擠壓處理對(duì)淮山全粉速溶性和理化性質(zhì)的影響

1、PAGE 8 -擠壓處理對(duì)淮山全粉速溶性和理化性質(zhì)的影響淮山又名大薯、山薯、懷山藥等，因具有極高的食用和藥理價(jià)值而被公認(rèn)為藥食同源材質(zhì)之一1。淮山全粉是淮山經(jīng)干燥處理后的粉狀產(chǎn)品，具有易保存、便捷等特點(diǎn)而廣泛用于食品加工領(lǐng)域2。淮山全粉由于淀粉含量較高，使得其溶解性能低，導(dǎo)致在速溶性食品的研究領(lǐng)域受到限制性的應(yīng)用3。擠壓技術(shù)能夠通過(guò)高溫、高壓及剪切力的作用，改變物料在擠壓機(jī)中的變化和破壞物料的結(jié)構(gòu)，形成具有一定膨脹性、多孔及易被水結(jié)合的擠出物，具有低消耗、高效率、高營(yíng)養(yǎng)保存率、方便且適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，在速溶性食品開(kāi)發(fā)中是一種非常有效的加工方法4。小米、香蕉粉等經(jīng)擠壓處理后，顆粒整體結(jié)構(gòu)受損，淀粉

2、遭到破壞，尤其是支鏈淀粉的糖苷鍵降解成許多可溶性成分及直鏈淀粉等，提高了擠出產(chǎn)品的溶解性5-6。葛根粉經(jīng)擠壓處理后，不僅堆積密度和結(jié)構(gòu)得到改變，而且顆粒在復(fù)水過(guò)程中的團(tuán)聚性顯著降低，從而整體提高了其水溶性7。目前關(guān)于淮山擠壓處理的研究主要集中在工藝優(yōu)化、原輔料改性等方面，而對(duì)于擠壓處理對(duì)淮山全粉速溶性和理化性質(zhì)的影響鮮有報(bào)道8-9。本研究采用擠壓技術(shù)處理淮山全粉，通過(guò)對(duì)其水溶性與理化特性及主要成分變化進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，旨在揭示擠壓處理對(duì)淮山全粉速溶性和理化性質(zhì)的影響，為擠壓技術(shù)在淮山速溶食品加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。2.2擠壓處理對(duì)表觀結(jié)構(gòu)的影響2.2.1掃描電鏡觀察由圖1可知，N-YF的顆粒結(jié)

3、構(gòu)組織完整及呈現(xiàn)橢圓形，細(xì)胞壁結(jié)合緊密；E-YF的顆粒結(jié)構(gòu)則失去完整性，形成了疏松多孔的塊狀結(jié)構(gòu)，這可能是因?yàn)镹-YF受擠壓的作用，顆粒結(jié)構(gòu)遭到破壞，同時(shí)低水分條件下的高溫作用使其向熔融狀態(tài)轉(zhuǎn)變，淀粉失去晶體結(jié)構(gòu)并發(fā)生糊化，全粉顆粒粒度降低且表面積增加，水溶性得到提高5。劉駿9的研究也發(fā)現(xiàn)擠壓處理破壞了淮山全粉的顆粒結(jié)構(gòu)，張艷榮等13針對(duì)馬鈴薯全粉的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)擠壓后的馬鈴薯全粉，因受到擠壓過(guò)程中高溫高壓高剪切力的作用，其光滑的顆粒結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂痕且變得粗糙，增加了表面積且有利于水分子的溶入，進(jìn)一步說(shuō)明擠壓處理能提高全粉的水溶性與其顆粒結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。AN-YF(1000)；BN-YF(2000)；CE

4、-YF(1000)；DE-YF(2000)圖1淮山全粉的電子顯微鏡掃描圖Fig.1Scanningelectronmicroscopeofyamflour2.2.2顆粒粒度由表2知，E-YF的粒徑與N-YF相比，E-YF的d(0.1)、d(0.5)和d(0.9)、d4,3、d3,2的值都較小，SSA值則顯著增大(P0.05)，說(shuō)明淮山全粉經(jīng)擠壓處理后，其顆粒粒徑變小的同時(shí)SSA值增大。結(jié)合掃描電鏡觀察結(jié)果分析可知，這可能是因?yàn)榛瓷饺劢?jīng)擠壓處理后，淀粉顆粒破損嚴(yán)重，氫鍵斷裂的同時(shí)暴露出更多可與水相結(jié)合的羥基，導(dǎo)致其結(jié)晶區(qū)發(fā)生變化，同時(shí)，在高溫條件下的淮山全粉發(fā)生糊化，形成無(wú)規(guī)則的塊狀，從而降低

5、了顆粒粒徑和增大了比表面積，宋超洋5在以小米為原料的研究上也得到了類似結(jié)果。通常情況下，全粉顆粒粒徑的整體變小和比表面積的增大都是提高其溶解性的有利因素。表2淮山全粉的顆粒粒度特征Table2Particlesizecharacteristicsofyamflour2.3擠壓處理對(duì)結(jié)晶特性的影響2.3.1短程晶體結(jié)構(gòu)FTIR可表征N-YF和E-YF的晶體結(jié)構(gòu)變化，并通過(guò)測(cè)定相應(yīng)的吸收峰來(lái)判斷氫鍵和官能團(tuán)類型18。24002100cm-1區(qū)域的峰為叁鍵和雙鍵區(qū)，由圖2-a知，E-YF在2349cm-1處有1個(gè)新的峰出現(xiàn)，為引起19。16321645cm-l內(nèi)的峰為淀粉非晶區(qū)結(jié)合水OH引起7。與N

6、-YF相比較，E-YF在1632和1379cm-1出現(xiàn)了偏移，可能是擠壓處理導(dǎo)致氫鍵裂解，分子間相互作用減弱20。9001100cm-1區(qū)域的峰被用來(lái)表征淀粉的結(jié)構(gòu)，其中，1022cm-1處的峰與淀粉中無(wú)序結(jié)構(gòu)相關(guān)，995和1045cm-1處的峰與淀粉的有序結(jié)構(gòu)相關(guān)；而1045和1022cm-1的峰高比R(A1045/A1022)或995和1022cm-1的峰高比R(A995/A1022)常被用來(lái)評(píng)價(jià)淀粉結(jié)構(gòu)，A1045/A1022或A995/A1022峰高比大時(shí)，表樣品的結(jié)晶區(qū)破壞程度低，短程有序晶體結(jié)構(gòu)較好，結(jié)晶度較高，反之則反5,21?；瓷饺劢?jīng)擠壓處理后，A1045/A1022和A99

7、5/A1022分別從1.02降至0.91、0.92降至0.78(圖2-b)，說(shuō)明擠壓處理破壞了淮山全粉的有序晶體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了更多的無(wú)序的非晶體區(qū)域。WANG等7以葛根粉為原料的研究也得到類似的結(jié)果。因此判斷擠壓通過(guò)破壞淮山全粉的短程晶體結(jié)構(gòu)來(lái)提高其溶解性。a-紅外圖譜；b-紅外吸收比圖2N-YF和E-YF的紅外圖譜與紅外吸收比Fig.2InfraredspectrumandinfraredabsorptionratioofN-YFandE-YF2.3.2長(zhǎng)程晶體結(jié)構(gòu)XRD可表征淀粉長(zhǎng)程晶體結(jié)構(gòu)，其主要分為A、B、C及V4種型，其中V型淀粉結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榈矸郯l(fā)生糊化22。由圖3可以看出，N

8、-YF在17和22處有未分裂的雙衍射峰，而在5.6和24處的衍射峰較弱，這是一個(gè)B型淀粉結(jié)構(gòu)；E-YF在20處出現(xiàn)了一個(gè)單衍射峰，原有的衍射峰消失，這說(shuō)明淮山全粉經(jīng)擠壓處理后，其淀粉長(zhǎng)程結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。此外，N-YF的相對(duì)結(jié)晶度為15.60%，而E-YF的僅為4.78%，表明淮山全粉的晶型結(jié)構(gòu)遭到了擠壓處理的破壞，產(chǎn)生了親水性較強(qiáng)的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。張艷榮等13在以馬鈴薯全粉為對(duì)象的研究中也得到了類似結(jié)果，發(fā)現(xiàn)經(jīng)擠壓處理后馬鈴薯全粉的晶型結(jié)構(gòu)遭到破壞，從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變成非結(jié)晶態(tài)，結(jié)晶度顯著降低。非結(jié)晶區(qū)比例的增加有利于淀粉糊化及與水發(fā)生水合作用，從而可增加水溶性。2.4擠壓處理對(duì)主要組分的影響由表3可

9、以看出，擠壓處理導(dǎo)致淮山全粉中的淀粉含量從66.39%顯著降低至43.46%，支鏈淀粉含量從41.28%顯著降低至15.54%，糊精和還原糖的含量則分別從13.76%和0.52%顯著增加至25.84%和1.33%，而直鏈淀粉含量從25.11%增加至27.92%，說(shuō)明淀粉的分子結(jié)構(gòu)遭到破壞，淀粉發(fā)生了糊化，支鏈淀粉解聚，從而也證明溶解度的提高主要受支鏈淀粉的影響。宋歡等8研究發(fā)現(xiàn)擠壓處理使得人參和山藥復(fù)合粉發(fā)生糊化，尤其支鏈淀粉發(fā)生降解成直鏈淀粉、糊精及可溶性小分子糖類物質(zhì)等，導(dǎo)致這些物質(zhì)的相對(duì)含量增加，也即可溶性成分含量增加，從而提高了其速溶特性。本文則以淮山全粉為材料，得到了類似的研究結(jié)果。

10、此外，經(jīng)擠壓處理后的淮山全粉，其不可溶性膳食纖維含量降低，可溶性膳食纖維含量增加，說(shuō)明淮山全粉中的纖維素因擠壓過(guò)程中高溫、高剪切及高壓的相互作用發(fā)生解聚降解，從而有利于提高溶解性9。圖3淮山全粉的X-射線衍射圖Fig.3X-rayandrelativecrystallinityofyamflour表3淮山全粉的主要組分變化(干基)單位:g/100gTable3Changesofmaincomponentsinyamflour(drybasis)2.5擠壓處理對(duì)糊化特性的影響經(jīng)擠壓處理后，淮山全粉的峰值黏度、谷值黏度、破損值、最終黏度和回生值都顯著降低(P0.05)(表4)。峰值黏度與淀粉顆粒溶

11、脹相關(guān)，擠壓過(guò)程中，淀粉發(fā)生糊化，糊化度增加，殘留的粒狀淀粉減少，膨脹程度降低，導(dǎo)致峰值黏度也顯著降低23?；瓷饺劢?jīng)擠壓處理后，峰值黏度從3838.67Pas降至63.67Pas，說(shuō)明大分子顆粒發(fā)生了劇烈糊化降解。谷值黏度反映淀粉高溫下承受的耐剪切力，破損值反映其熱穩(wěn)定性10。E-YF與N-YF相比較，其谷值黏度、破損值分別僅為34.33Pas和29.33Pas，較低的谷值黏度和破損值表明E-YF比N-YF更加穩(wěn)定。此外，擠壓處理促使淮山全粉擁有較低的最終黏度及回生值，說(shuō)明擠壓處理后淮山全粉不易老化，適合應(yīng)用于速溶食品中?；瓷饺酆匦缘母淖儽砻鞔蠓肿宇w粒發(fā)生了劇烈變化，并朝著有利于與水結(jié)

12、合的方向發(fā)展。方浩標(biāo)等23的研究結(jié)果證實(shí)，紫糙米經(jīng)擠壓膨化后，糊化黏度值降低，其吸水能力也同時(shí)得到增強(qiáng)。表4淮山全粉糊化特性單位：PasTable4Gelatinizationcharacteristicsofyamflour2.6擠壓處理對(duì)熱力學(xué)性質(zhì)的影響由表5可知，經(jīng)擠壓處理后淮山全粉的TO、TP、TC和H的值分別從98.33、107.04、129.27、4598.42J/g顯著降低至78.45、104.02、115.90、3668.41J/g(P0.05)，表明擠壓處理導(dǎo)致淮山全粉發(fā)生糊化，這與上述糊化度變化情況的分析結(jié)果相吻合。徐曉茹等24用大米淀粉為原料，發(fā)現(xiàn)擠壓處理也降低了大米淀粉

13、的TO值、TP值、TC值和H值。此外，淮山全粉因受到擠壓過(guò)程中的高溫剪切作用，淀粉的顆粒、晶體結(jié)構(gòu)遭到損壞，氫鍵裂解，雙螺旋鏈解聚，導(dǎo)致H顯著降低，這與上述X-射線衍射分析的結(jié)果一致。經(jīng)糊化作用和晶體結(jié)構(gòu)被受損的原料有利于水分快速滲透和在較低溫度下溶解，從而提高其常溫下的溶解性能8。表5淮山全粉熱力學(xué)性質(zhì)參數(shù)Table5Thermodynamicpropertiesofyamflour注：負(fù)號(hào)(-)代表差示掃描量熱儀測(cè)定N-YF和E-YF的曲線在坐標(biāo)軸下方，這是一個(gè)放熱過(guò)程3結(jié)論本試驗(yàn)研究了擠壓處理對(duì)淮山全粉速溶性和理化性質(zhì)的影響?；瓷饺劢?jīng)過(guò)擠壓處理之后，其速溶特性得到顯著提高，首先擠壓處理通過(guò)破壞淮山全粉的