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小麦淀粉凝胶中少量碳酸钠对魔芋甘露聚糖诱导变化的影响

Yun Zhou^a, Dan Zhao^a, Charles G. Winkworth-Smith^b, Tim J. Foster^b,Satoru Nirasawa^c, Eizo Tatsumi^c, Yongqiang Cheng^a,lowast;

摘要：

使用快速粘度分析仪（RVA），用魔芋葡甘露聚糖（KGM）和低浓度的Na₂CO₃（0.1-0.2wt％的淀粉）产生小麦淀粉凝胶。通过差示扫描量热法（DSC），流变测量和共焦激光扫描显微镜（CLSM）表征小麦淀粉在不同比例的KGM和Na₂CO₃中的胶凝特性。少量Na₂CO₃产生的凝胶，具有增加弹性，并且对在老化期间的结构顺序不显著影响。通过对复合凝胶的CLSM图像的比较，0.2wt％的淀粉的Na₂CO₃允许通过KGM和直链淀粉相互作用在分散的溶胀颗粒周围形成纤维样延伸，使得溶胀颗粒分散在微相内。这在不存在Na₂CO₃的情况下，在凝胶的CLSM图像中不是典型的。动态储能模量和动态幂律指数大大高于在Na₂CO₃存在下相同浓度的KGM观察到的那些，支持Na₂CO₃可促进KGM和淀粉组分之间强的链间缔合的假设。

关键词:魔芋葡甘露聚糖，Na₂CO₃，淀粉胶，相分离，凝沉

1、简介

小麦淀粉颗粒是由少量脂质，磷酸单酯和酶，20-30％直链淀粉和70-80％支链淀粉组成的半结晶颗粒存在（BeMiller＆Whistler，2009，第7和8章）。当淀粉颗粒在过量的水中加热至逐渐升高的温度时，颗粒膨胀，随后从颗粒结构释放直链淀粉（BeMiller＆Whistler，2009，第7和8章）。在膨胀到某一点后，颗粒塌陷并形成由颗粒残余物和可溶性淀粉组分组成的复合胶体悬浮液（Koganti，Mitchell，Ibbett，＆Foster，2011）。在充分冷却时，凝胶的刚性逐渐增加，随后发生脱水收缩，这种现象被统称为“老化”。Hoover（1995）假定淀粉回生的两阶段过程包括直链淀粉和支链淀粉：第一阶段由于溶解在连续相中的直链淀粉的构象排序，在储存几小时内几乎完成; 支链淀粉随后的重排和结晶发生在第二阶段，这需要几天。

淀粉与不同水胶体的相互作用已被广泛研究（BeMiller，2011; Chaisawang＆Suphantharika，2006; Mali等，2003; Sudhakar，Singhal，＆Kulkarni，1995; Viturawong，Achayuthakan，＆Suphantharika，2008; Xu等，2012 ）。通常认为低浓度水胶体可以显着改变淀粉分散体的胶凝性质。 大多数水胶体包括瓜尔胶，刺槐豆胶和kappa;-角叉菜胶可以加速凝胶化动力学，其在单相内直链淀粉和水胶体之间的热力学不相容性或通过氢和离子键的分子相互作用方面合理化（Funami等人，2005; Funami，Nakauma等 ，2008）。已有许多以前的报告调查水胶体对淀粉的胶凝和老化性能的影响的差异，其中强调了在离子电荷方面具有结构多样性的多糖种类（BeMiller，2011）。在阿拉伯胶 - 小麦淀粉的复合系统中报道了糊化或凝胶形式的稠度降低以及短期老化的加速(Funami, Nakauma, et al., 2008; Funami, Noda, Hiroe, Asai, amp; Ikeda,2008).。黄原胶有效抑制肿胀力，影响颗粒肿胀和聚合物渗漏（Chaisawang＆Suphantharika，2005），促进蜡质玉米淀粉的联合（Abdulmola，Hember，Richardson，Morris，1996）。发现半乳甘露聚糖增加了淀粉的粘度（Funami等，2005; Sudhakar等，1995）。 复合淀粉中性水胶体凝胶从未达到淀粉凝胶的最终凝胶强度，这意味着水胶体防止形成相同数目的在纯淀粉糊中发生的交联（Chaisawang＆Suphantharika，2005）。

魔芋葡甘露聚糖（KGM）是一种水溶性的中性水胶体，从魔芋植物的块茎中提取出来。它主要由beta;-1,4-连接的D-甘露糖基和d-葡糖基残基组成，摩尔比约为1.6：1（Katsuraya等，2003; Maeda，Shimahara，Sugiyama，1980）。葡甘露聚糖主链具有5％至10％的乙酰基取代残基。除了促进链的脱乙酰化之外，碱还通过增加溶剂化来解释KGM的凝胶化行为（Williams等，2000）。 碱性浓度对KGM凝胶化速率有很大的影响，并决定了凝胶的弹性模量（Huang，Takahashi，Kobayashi，Kawase，Nishinari，2002）。 当与淀粉结合时，KGM与淀粉协同相互作用，导致粘度显着增加，并进一步抑制淀粉颗粒缔合，表明KGM阻止了米淀粉凝胶退化（Charoenrein，Tatirat，Rengsutthi，Thongngam，2011）。

在淀粉的大多数应用中，还存在其它组分（糖，盐，碱等），并且因此影响淀粉的胶凝和退化行为。 碱对于开发许多传统淀粉类食品的理想产品质量特征至关重要。 例如，加入Na₂CO₃和NaOH使亚洲面条的特征呈黄色和质感。 Na₂CO₃（1％的淀粉）可以影响蜡相和非蜡状谷物淀粉的退化性能，其效果不如NaOH在相同添加量下的显着性（Lai，Karim，Norziah，＆Seow，2004）。

碱 - 水胶体组合已经用于基于淀粉的各种加工食品中，但复合碱和水胶体对淀粉回复的影响尚未得到持续研究。 显然，混合淀粉/水胶体/碱性凝胶中的结构形成需要更多的基础工作。 这些研究将为预测和控制含有淀粉的加工配方产品的结构和结构提供依据。

本研究旨在进一步了解Na₂CO₃-KGM-淀粉的多组分体系。 在本研究中，将小麦淀粉与KGM-Na₂CO₃溶液结合，主要通过流变学技术研究（1）主要储存在初期的胶凝行为，（2）主要通过热和微观技术储存时的退化行为。

2、材料和方法

2.1、物料

小麦淀粉购自Sigma Chemical Co.（St。Louis，USA）。 水分含量为11.5％，蛋白质含量le;0.3％。 直链淀粉和支链淀粉使用Jarvis和Walker（1993）描述的分光光度法测定。魔芋粉HXZC由华西子魔芋制品有限公司（中国湖北）提供。 冷冻干燥后，经酒精沉淀纯化，粉碎后粉碎，水分，灰分，粗蛋白，脂肪，葡甘露聚糖含量分别为3.7％，0.8％，0.6％，0.1％，97.8％ w / w）。分析级Na2CO3（北京化学试剂有限公司，中国北京）用于无需进一步纯化的Na2CO3溶液的制备。 荧光素5-异硫氰酸酯（FITC）购自Sigma Chemical Co.（St.Louis，USA）。

2.2、 制备Na2CO3-KGM淀粉凝胶

为了制备KGM-Na₂CO₃-淀粉混合物，首先用0.1g / mL Na₂CO₃储备溶液的蒸馏水稀释Na₂CO₃溶液; 然后将所需量的纯化魔芋粉在磁力搅拌下缓慢溶解于Na₂CO₃溶液中，加热至80℃5分钟并冷却至室温; 最后，用顶置式搅拌器将适量的淀粉加入到Na₂CO₃ -KGM溶液中。 使用三种浓度的RVA的RVA Standard 1分布制备淀粉分散体：CLSM为4％（重量/重量），流变学分析为8％（重量/重量），DSC为20％（重量/重量）。 每个样本名称被简化：（1）WS;（2）WS 0.1％Na2CO3; （3）WS 0.2％Na2CO3; （4）WS 5％KGM;（5）WS 5％KGM 0.1％Na2CO3; （6）WS 5％KGM 0.2％Na2CO3;（7）WS 10％KGM; （8）WS 10％KGM 0.1％Na2CO3; （9）WS 10％KGM 0.2％Na2CO3其中百分比指的是除以小麦淀粉的重量。

2.3、 热性能测定

使用DSC-60量热计（Shimadzu，Tokyo，Japan）进行DSC分析以确定Na₂CO₃-KGM-淀粉共混物的热性能。 以20℃/min的受控恒定速率从20-90℃加热后，将锅从90℃淬灭至4℃，并在4℃下储存1,7或28天。 储存后，取出样品，使其在室温下平衡1小时，然后在第二次运行中以10℃/ min从4℃升至120℃。 每个样品一式三份运行。 通过将再燃焓除以凝胶化焓估计退化比（Temsiripong，Pongsawatmanit，Ikeda，＆Nishinari，2005）。

2.4、流变特性的测定

流变学测量使用具有40mm平行板几何形状的AR1500ex流变仪（TA仪器，New Castle，DE，USA）进行，其由连接到底板上的珀尔帖系统的水浴控制。 从RVA获得的新鲜糊状物在25℃下储存1小时，然后用勺子装载到流变仪板上。 在每次测量之前，将样品放置10分钟（间隙：1.000mm）以回收负载时的结构分解。 暴露的样品边缘被薄的硅油层覆盖，以防止水分蒸发。

进行三个流变学测量：（a）在0.1至100s-1范围内的剪切速率下的稳态剪切速率扫描;（b）以恒定频率（6.283rad / s）进行30秒的时间扫描，然后进行应力扫描 0.1至100Pa以确定线性粘弹性范围（数据未显示）; （c）在线性粘弹性范围内以恒定变形（0.5％应变）进行频率扫描。 获得了记录动态模量G 1，G 2，作为频率的函数的机械光谱。 显示了一个代表性的数据，因为三次测量的数据没有差异。

2.5、共焦激光扫描显微镜（CLSM）

使用CLSM可视化KGM-Na2CO3体系中淀粉颗粒的分布模式。在保存48小时后，观察使用如上所述的RVA装置在KGM-Na₂CO₃水溶液中制备的淀粉糊（4％，w / w）。通过将0.2g FITC溶解在100mL蒸馏水中制备荧光素5-异硫氰酸酯（FITC）的储备溶液。淀粉悬浮液（100uL）通过与20uL FITC储备溶液混合而染色。样品在室温下储存24小时后进行分析，以避免由于扩散而引起的染色梯度。将染色样品的等分试样沉积在载玻片上，并在15分钟内观察。配备倒置显微镜的Leica TCS SP5共聚焦扫描激光显微镜（CLSM）用于Ar激光的单光子模式。 使用以下Leica物镜：10times;0.4IMM /干/ HC PL APO。 激发波长为488 nm，发射最大值在500-525 nm以内。数字图像文件以512times;512像素分辨率获取。

2.6、统计分析

使用SPSS（SPSS Inc.，Chicago，USA）统计分析结果。 使用方差分析（ANOVA）来确定结果之间的显着差异，并使用Duncans检验分离平均值，显着性水平为0.05.

3、结果与讨论

3.1、DSC

DSC广泛用于监测淀粉凝胶的退化（Prokopowich＆Biliaderis，1995）。在淀粉糊剂的储存过程中，淀粉成分的重新排序（Ring et al。，1987），退化吸热（40-60℃）的过程被认为是反应。

KGM和Na₂CO₃对小麦淀粉凝胶（20％，w / w）的退化行为的影响如表1所示。在4℃下1天储存后的重新焚烧焓比除以凝胶化焓 观察到KGM-淀粉悬浮液的（R1），这可以基于水的稳定性来解释。扩散控制链聚合过程是网络结构的重要决定因素（BeMiller＆Whistler，2009，第7章和第8章）。 水淀粉KGM体系中线性直链淀粉链的迁移可能被延迟，从而显着降低交联的初始形成。

表格1：

由差示扫描量热法（DSC）测得的魔芋葡甘露聚糖（KGM）或存在Na₂CO₃的条件下，小麦淀粉（WS）的热性质。

a结果以平均值plusmn;标准差一式三份表示。 具有不同字母（a-d）的同一列中的值在每个测试参数之间表明显着不同（ple;0.05）。

b R1是在4℃下1天储存后的重新焚烧焓之比除以凝胶化焓

cR2是在4℃下3天储存后的重新焚烧焓之比除以凝胶化焓

d R3是在4℃下储存14天后的重新焚烧焓之比除以凝胶化焓。

R2，4℃下储存3天后的重新焚烧焓的比例除糊化焓可归因于淀粉的短期退化，这可能主要涉及直链淀粉的构象排序（双螺旋）和短程排序 的支链淀粉侧链（Yoshimura，Takaya，＆Nishinari，1996）。 淀粉糊保存3天后，Na₂CO₃起主要作用，影响Delta;H₂的动力学（3天储存后的重新吸收焓），以确定回归率（表1）。 根据我们以前的研究，浸出的直链淀粉的量按照WS-WS KGM-WS KGM Na

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