湿热处理对马铃薯淀粉Ghost理化性质的影响

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220001

摘要/Abstract

摘要：

淀粉Ghost是淀粉糊化后残留在糊化淀粉乳液（Gelatinized Starch Dispersions，GSD）中的不溶性空心囊结构，因其形似“ghost”而得名。控制Ghost的含量与性质可以调控GSD的各种理化性质（如消化率、电导率和粘弹性等）。为进一步了解改性淀粉Ghost对淀粉基产品性能的影响，为其应用提供参考，文中利用马铃薯淀粉起糊温度低、高膨胀性的特点，以蜡质和普通马铃薯淀粉为研究对象，通过优化Brabender参数，制备了马铃薯淀粉Ghost，并探讨了不同湿热处理温度对两种马铃薯淀粉Ghost理化性质的影响。结果表明：湿热处理普通和蜡质马铃薯淀粉Ghost的SEM图多呈囊状和厚片状，膨胀度分别为1.23 ~ 2.71和1.58 ~ 2.78，粒径分别为15.2 ~ 51.3 μm和21.5 ~ 81.0 μm，抗性淀粉（RS）含量分别为90.7% ~ 98.4%和90.4% ~ 98.4%。湿热处理升高了马铃薯淀粉的起始糊化温度，减小了马铃薯淀粉的膨胀体积，增强了淀粉分子之间的相互作用，从而导致马铃薯淀粉Ghost的平均粒径和快消化淀粉（RDS）含量降低，直链淀粉含量、相对结晶度、RS含量增加，完整性增强；随着湿热处理温度的升高，马铃薯淀粉Ghost的RS含量和相对结晶度呈上升趋势，平均粒径和RDS含量呈下降趋势；马铃薯淀粉Ghost的完整性随着湿热处理温度的升高而增强，110 ℃湿热处理后制备的蜡质和普通马铃薯淀粉Ghost均能保持完整性良好的空心囊结构。湿热处理通过增强淀粉颗粒内部直链淀粉与支链淀粉、直链淀粉与脂质以及支链淀粉与支链淀粉之间的连接，可以显著地改善普通和蜡质马铃薯淀粉Ghost的完整性和稳定性；通过控制湿热处理条件，可以调控淀粉Ghost的结构，从而精准化生产含Ghost产品。文中研究结果对于湿热处理淀粉的应用具有一定的指导意义。

关键词: 马铃薯淀粉, Ghost结构, 理化性质, 湿热处理, 淀粉消化性

Abstract:

Starch Ghost is an insoluble hollow sac structure that remains in GSD (Gelatinized Starch Dispersions) after starch gelatinization, named for its shape like “ghost”. Controlling the content and properties of Ghost can regulate such physicochemical properties of GSD as digestibility, electrical conductivity, viscoelasticity, etc. To further understand the effect of modified starch Ghost on the performance of starch-based products and provide a reference for its application, this paper used waxy and native potato starch with low pasting temperature and high expansion as research objects to prepare potato starch Ghost by optimizing Brabender parameters, and the influence of heat-moisture treatment temperature on the preparation and properties of two kinds of potato starch Ghost was discussed. The results show that the SEM images of heat-moisture treatment native and waxy potato starch Ghost are mostly cyst-like and thick, with swelling degrees of 1.23 ~ 2.71 and 1.58 ~ 2.78, particle sizes of 15.2 ~ 51.3 μm and 21.5 ~ 81.0 μm, and RS contents of 90.7% ~ 98.4% and 90.4% ~ 98.4%, respectively. The heat-moisture treatment increases the onset temperature but reduces the expansion volume of potato starch, and enhances the interaction between starch molecules, which leads to the decrease of the average particle size and rapid digestion starch (RDS) content of potato starch Ghost, but the content of amylose, relative crystallinity, resistant starch (RS) and the inte-grity of potato starch Ghost are increased. With the increase of heat-moisture treatment temperature, the average particle size and RDS content of potato starch Ghost show a decreasing trend, while the relative crystallinity and RS content show an increasing trend. The integrity of potato starch Ghost increases with the increase of heat-moisture treatment temperature, and the two kinds of potato starch Ghost prepared after 110 ℃ heat-moisture treatment can maintain a good hollow sac structure. By enhancing the connections between amylose and amylopectin, amylose and lipid, and amylopectin and amylopectin in starch granules, the heat-moisture treatment can significantly improve the integrity and stability of native and waxy potato starch Ghost. By controlling the conditions of heat-moisture treatment, the structure of starch Ghost can be regulated, so as to accurately produce products containing Ghost. These results have certain guiding significance for the application of heat-moisture treatment starch.

Key words: potato starch, Ghost structure, physicochemical property, heat-moisture treatment, starch diges-tibility

中图分类号:

TS231

高群玉, 刘强, 董诗婷. 湿热处理对马铃薯淀粉Ghost理化性质的影响[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(8): 12-20.

GAO Qunyu, LIU Qiang, DONG Shiting. Influence of Heat-Moisture Treatment on Physicochemical Properties of Potato Starch Ghost[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2022, 50(8): 12-20.

图/表 9

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参考文献 27

1	DEREK R， PRENTICE M， STARK J R，et al ．Granule residues and“ghosts”remaining after heating A-type barley-starch granules in water［J］．Carbohydrate Research，1992，227：121-130．
2	LI J H， VASANTHAN T， HOOVER R，et al ．Starch from hull-less barley：Ⅳ．Morphological and structural changes in waxy，normal and high-amylose starch gra-nules during heating［J］．Food Research International，2004，37（5）：417-428．
3	WEI C X， QIN F L， ZHOU W D，et al ．Comparison of the crystalline properties and structural changes of starches from high-amylose transgenic rice and its wild type during heating［J］．Food Chemistry，2011，128（3）：645-652．
4	ZHANG B， DHITAL S， FLANAGAN B M，et al ．Mechanism for starch granule Ghost formation deduced from structural and enzyme digestion properties［J］．Journal of Agricultural & Food Chemistry，2014，62（3）：760-771．
5	CAI C， ZHAO L， HUANG J，et al ．Morphology，structure and gelatinization properties of heterogeneous starch granules from high-amylose maize［J］．Carbohydrate Polymers，2014，102：606-614．
6	CARRILLO-NAVAS H， AVILA-DE L， GÓMEZ-LURíA D，et al ．Impact of ghosts on the viscoelastic response of gelatinized corn starch dispersions subjected to small strain deformations［J］．Carbohydrate Polymers，2014，110：156-162．
7	HERNAN D Z-J C， LOBATO-CALLEROS C， SOSA E，et al ．Electrochemical characterization of gelatinized starch dispersions：voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy on platinum surface［J］．Carbohydrate Polymers，2015，124：8-16．
8	GARCIA-HERNANDEZ A， VERNON-CARTER E J， ALVAREZ-RAMIREZ J ．Impact of ghosts on the mechanical，optical，and barrier properties of corn starch films［J］．Starch/St a ¨ rke，2017，69（1/2）：1600308．
9	LI Z， WEI C ．Morphology，structure，properties and applications of starch ghost：a review［J］．Int J Biol Ma-cromol，2020，163：2084-2096．
10	罗志刚，高群玉．湿热处理改性淀粉的研究进展［J］．中国粮油学报，2006，21（1）：47-50．
	LUO Zhi-gang， GAO Qun-yu ．Research progress of heat-moisture treatment modified starches［J］．Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2006，21（1）：47-50．
11	廖卢艳，吴卫国．湿热改性淀粉研究进展［J］．食品与机械，2015，31（5）：266-269．
	LIAO Lu-yan， WU Wei-guo ．Research progress of heat-moisture modified starches［J］．Food & Machinery，2015，31（5）：266-269．
12	HUANG J， WEI N， LI H，et al ．Outer shell，inner blocklets，and granule architecture of potato starch［J］．Carbohydr Polym，2014，103：355-358．
13	HAN H J， HOU J W，et al ．Insight on the changes of cassava and potato starch granules during gelatinization ［J］．International Journal of Biological Macromolecules，2018，126：37-43．
14	马芸．淀粉颗粒外壳的分离及其性质与结构研究［D］．西安：陕西科技大学，2018．
15	DHITAL S， SHRESTHA A K， GIDLEY M J ．Relationship between granule size and in vitro digestibility of maize and potato starches［J］．Carbohydrate Polymers，2010，82（2）：480-488．
16	KACZMARSKA K， GRABOWSKA B， SPYCHAJ T，et al ．Effect of microwave treatment on structure of bin-ders based on sodium carboxymethyl starch：FT-IR，FT-Raman and XRD investigations［J］．Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc，2018，199：387-393．
17	ENGLYST H N， KINGMAN S M， CUMMINGS J H ．Classification and measurement of nutritionally important starch fractions［J］．European Journal of Clinical Nutrition，1992，46（）：33-50．
18	DEBET M R， GIDLEY M J ．Why do gelatinized starch granules not dissolve completely？ Roles for amylose，protein，and lipid in granule“Ghost”integrity［J］．Journal of Agricultural & Food Chemistry，2007，55（12）：4752-4760．
19	HAN X Z， HAMAKER B R ．Association of starch granule proteins with starch ghosts and remnants revealed by confocal laser scanning microscopy［J］．Cereal Chemistry，2002，79（6）：892-896．
20	罗发兴，黄强，张乐兴．蜡质马铃薯淀粉的研究开发［J］．食品研究与开发，2007，28（7）：148-149．
	LUO Fa-xing， HUANG Qiang， ZHANG Le-xing ．Research and development of waxy potato starch［J］．Food Research and Development，2007，28（7）：148-149．
21	HAN X Z， HAMAKER B R ．Functional and microstructural aspects of soluble corn starch in pastes and gels［J］．Starch/Stärke，2015，52（2/3）：76-80．
22	VARATHARAJAN V， HOOVER R， LIU Q，et al ．The impact of heat-moisture treatment on the molecular structure and physicochemical properties of normal and waxy potato starches［J］．Carbohydrate Polymers，2010，81（2）：466-475．
23	JIRANUNTAKUL W， PUTTANLEK C，RUNGSARDT HONG V，et al ．Microstructural and physicochemical properties of heat-moisture treated waxy and normal starches［J］．Journal of Food Engineering，2011，104（2）：246-258．
24	HOOVER R， MANUEL H ．The effect of heat-moisture treatment on the structure and physicochemical properties of normal maize，waxy maize，dull waxy maize and amylomaize V starches［J］．Journal of Cereal Science，1996，23（2）：153-162．
25	刘珂．热处理，交联反应对马铃薯淀粉性质的对比研究［D］．广州：华南理工大学，2019．
26	WATCHARATEWINKUL Y， UTTAPAP D，PUTTANL- EK C，et al ．Enzyme digestibility and acid/shear stability of heat-moisture treated canna starch［J］．Starch/St a ¨ rke，2010，62（3/4）：205-216．
27	TAN X， LI X， CHEN L，et al ．Effect of heat-moisture treatment on multi-scale structures and physicochemical properties of breadfruit starch［J］．Carbohydrate Polymers，2017，161：286-294．

样品编号	起糊温度/℃	峰值黏度/（Pa·s）	最终黏度/（Pa·s）	崩解值/（Pa·s）	回生值/（Pa·s）	热糊稳定性/（Pa·s）
PS	63.1	1 275	965	696	321	216
PS-90	69.6	687	610	67	133	10
PS-100	75.2	364	149	0	163	215
PS-110	84.6	171	42	0	78	129
WPS	65.9	1 030	605	535	122	104
WPS-90	68.2	783	614	394	29	225
WPS-100	70.5	717	679	249	12	211
WPS-110	76.7	655	379	1	43	275

样品编号	75 ℃膨胀体积/ （mL·g^-1）	95 ℃膨胀体积/ （mL·g^-1）	糊化度/%
PS	55.2±1.2^b	92.7±0.7^b	59.5±0.8^e
PS-90	40.9±0.4^d	47.4±0.4^e	86.3±0.1^a
PS-100	26.7±0.2^f	38.3±0.3^f	69.7±0.1^c
PS-110	12.6±0.2^g	30.4±0.2^h	41.5±0.5^h
WPS	139.2±0.7^a	>220.0±0.0^a	<63.3±0.3^d
WPS-90	47.1±0.7^c	88.4±0.4^c	53.2±0.5^f
WPS-100	29.0±0.4^e	56.4±0.4^d	51.4±0.3^g
WPS-110	25.0±0.5^f	34.3±0.3^g	73.0±0.9^b

样品编号	D₁₀/μm	D₅₀/μm	D₉₀/μm	D_4，3/μm
PS	15.2	28.4	51.3	31.1
PSG	60.0	121.4	239.6	137.4
PSG-90	2.5	85.2	151.0	84.3
PSG-100	1.3	49.5	123.0	52.3
PSG-110	0.7	4.3	109.0	38.2
WPS	21.5	43.8	81.0	52.2
WPSG	51.7	137.0	305.0	161.0
WPSG-90	81.2	133.0	226.0	145.0
WPSG-100	53.5	119.0	213.0	126.0
WPSG-110	0.5	89.5	170.0	82.7

[1]	陈瑾, 何大伟, 陈玲. 湿热处理环境下咖啡酸/绿原酸对板栗淀粉消化和回生性能的影响[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(8): 41-48.
[2]	李晓玺, 沈少丹, 陆萍, 等. 发酵协同多酚复合对大米淀粉消化性能的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2022, 50(1): 1-8.
[3]	李德海顾佳林孙常雁徐颖宗芳芳. 提取技术对酸性黑木耳多糖抗凝血活性的影响 [J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2018, 46(6): 94-102.
[4]	张本山郭陈锋李为民汪建平. 高取代度羧甲基淀粉的理化性质[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2017, 45(3): 111-116.
[5]	朱婷伟刘琴宗敏华李冰吴虹. 酶促酯交换对速冻专用油脂理化性质的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2017, 45(3): 132-137,152.
[6]	罗志刚徐小娟陈永志. 微波对马铃薯淀粉螺旋结构及消化性的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2017, 45(12): 1-7.
[7]	扶雄张明朱思明黄强. 湿热处理对玉米淀粉理化性质及消化性的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2015, 43(2): 27-32,65.
[8]	陈玲赵月张攀峰李晓玺李琳. 不同品种马铃薯淀粉的结构[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2013, 41(1): 133-138.
[9]	高群玉武俊超李素玲. 湿热处理对不同直链含量的玉米淀粉性质的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2011, 39(9): 1-6.
[10]	黄强刘莎扶雄. 酸解预处理对球磨法制备微细化淀粉理化性质的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2011, 39(4): 94-98.
[11]	钟振声钟艳萍孙昂. 马铃薯交联–羧甲基淀粉的结构与性能[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2011, 39(3): 22-27.
[12]	钟振声孙昂. 羧甲基淀粉糊液透明度的影响因素及其性能研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2010, 38(2): 32-38.
[13]	罗志刚谢显华徐中岳. 有机醇介质中盐酸对马铃薯淀粉性质的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2009, 37(3): 90-93，98.
[14]	罗发兴黄强张乐兴李琳. 乙酰化己二酸交联蜡质马铃薯淀粉糊的黏度性质[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2008, 36(3): 45-49.
[15]	李琳林静韵李坚斌陈玲李冰李晓玺 . 超声作用对马铃薯淀粉糊凝胶特性的影响[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2008, 36(11): 63-67.