李 純，周文倩，胡 瑞，趙志峰，盧曉黎

(四川大學(xué)輕紡與食品學(xué)院，四川 成都 610065)

葛根，又名野葛，為豆科植物野葛的干燥根[1-3]。具有降血壓、抗癌、解酒和通便等作用[4]。流變性是食品所表現(xiàn)出來的彈性力學(xué)和黏性流體力學(xué)的性質(zhì)，對食品的運(yùn)輸、傳送、加工工藝以及咀嚼食品時(shí)的滿足感都起著非常重要的作用，特別是食品在加工過程中，對流體的流變性進(jìn)行研究，不僅可以了解食品組織結(jié)構(gòu)的變化，還可以間接的控制食品質(zhì)量[5-8]。近年來，很多學(xué)者對板栗、荸薺和西米淀粉的流變特性進(jìn)行研究，但對于葛根全粉流變性質(zhì)的理論研究較少。本實(shí)驗(yàn)著重研究葛根全粉含量、增稠劑種類及含量、pH值、食鹽含量、白砂糖含量對葛根全粉漿表觀黏度的影響，為葛根全粉漿的加工工藝、質(zhì)量穩(wěn)定控制和設(shè)備設(shè)計(jì)提供必要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

葛根生粉：主要成分為淀粉58.8%、水分2.3%、灰分1.5%、脂肪3.6%、蛋白質(zhì)0.5%、還原糖3.8%和總糖8%，粒度為300目；黃原膠、瓊脂、海藻酸鈉、魔芋膠、羧甲基纖維素鈉為食品添加劑；食鹽、一級白砂糖為食品級；檸檬酸、氫氧化鈉為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；GYB型均質(zhì)機(jī) 上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠；JM型膠體磨 溫州市鹿城精益膠體磨機(jī)械廠。

1.3 方法

葛根生粉于炒制鍋中經(jīng)150℃、30min熟化處理后，稱取一定質(zhì)量葛根全粉溶于1500mL的蒸餾水中，在攪拌的條件下分別加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增稠劑、食鹽和白砂糖，于電爐上加熱至80℃并完全溶解，保溫5min。在80℃條件下分別過膠體磨和20MPa的高壓均質(zhì)機(jī)，最后得到葛根全粉漿。

1.3.2 全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對葛根全粉漿流變特性的影響

分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%、8%、10%、12%和14%的葛根全粉漿，測定不同轉(zhuǎn)速和溫度下的表觀黏度，分析葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對流變特性的影響。

1.3.3 不同增稠劑對葛根全粉漿流變特性的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葛根全粉漿5份，分別添加0.26%的黃原膠、瓊脂、海藻酸鈉、魔芋膠和羧甲基纖維素鈉(CMC)作為增稠劑，測定不同轉(zhuǎn)速和溫度下葛根全粉漿的表觀黏度，分析不同增稠劑對葛根全粉漿流變特性的影響。

嚴(yán)格執(zhí)行《軍事訓(xùn)練條例》《民兵軍事訓(xùn)練大綱》等軍事訓(xùn)練法規(guī)，結(jié)合省軍區(qū)、軍分區(qū)的訓(xùn)練指示，安排好縣（市、區(qū)）的民兵預(yù)備役人員訓(xùn)練，嚴(yán)格訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)，保證人員、時(shí)間、內(nèi)容、要求四落實(shí)。破解裝備器材受限、師資力量薄弱、訓(xùn)練場地匱乏等普遍存在的難題，采取模擬簡便器材替代實(shí)訓(xùn)器材，與地方應(yīng)急部門和高校共享教學(xué)資源，搞好各種訓(xùn)練保障。遵循訓(xùn)練規(guī)律，按照先基礎(chǔ)后應(yīng)用、先技術(shù)后戰(zhàn)術(shù)、先專業(yè)后演練方法，杜絕訓(xùn)練“走過場”搞“假把式”，提高遂行多種任務(wù)的能力。

1.3.4 增稠劑含量對葛根全粉漿流變特性的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葛根全粉漿5份，分別添加0.14%、0.2%、0.26%、0.32%和0.38%的黃原膠，測定不同轉(zhuǎn)速和溫度下葛根全粉漿的表觀黏度，分析增稠劑含量對葛根全粉漿流變特性的影響。

1.3.5 食鹽含量對葛根全粉漿流變特性的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葛根全粉漿5份，分別添加1%、2%、3%、4%和5%的食鹽，測定不同轉(zhuǎn)速和溫度下葛根全粉漿的表觀黏度，分析食鹽含量對葛根全粉漿流變特性的影響。

1.3.6 白砂糖含量對葛根全粉漿流變特性的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葛根全粉漿5份，分別添加3%、6%、9%、12%和15%的白砂糖，測定不同轉(zhuǎn)速和溫度下葛根全粉漿的表觀黏度，分析白砂糖含量對葛根全粉漿流變特性的影響。

1.3.7 pH值對葛根全粉漿流變特性的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葛根全粉漿5份，添加0.5%氫氧化鈉、0.5%檸檬酸，調(diào)節(jié)pH值分別為3、5、7、9和11，測定不同轉(zhuǎn)速和溫度下葛根全粉漿的表觀黏度，分析pH值對葛根全粉漿流變特性的影響。

1.3.8 葛根全粉漿的觸變性

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葛根全粉漿，在恒溫下，用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測定葛根全粉漿表觀黏度隨轉(zhuǎn)速從6r/min逐漸增大至60r/min，再逐漸減小至6r/min時(shí)的變化。并繪制出上行線與下行線之間滯后圈的大小[5]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Origin8.5軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對葛根全粉漿流變特性的影響

在溫度為30℃時(shí)，測定不同轉(zhuǎn)速下質(zhì)量分?jǐn)?shù)對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖1所示，在轉(zhuǎn)速相同的情況下，葛根全粉漿表觀黏度隨著葛根全粉添加量的增加而增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速較小時(shí)，這種變化趨勢更明顯。這主要是因?yàn)殡S著葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，分子鏈數(shù)目也逐漸增多，以致鏈分子之間的纏繞也增多，分子蠕動(dòng)困難，從而使葛根全粉漿的表觀黏度增大[9]。當(dāng)葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)，葛根全粉漿的表觀黏度隨著轉(zhuǎn)速的增加而降低，說明葛根全粉漿屬于剪切稀化體系，也稱假塑性流體。葛根全粉漿在靜置時(shí)或在低轉(zhuǎn)速下，淀粉粒或淀粉分子之間常會(huì)發(fā)生絮凝和纏繞，增加淀粉?；虻矸鄯肿娱g的作用力，會(huì)使剪切力增加，所以在低轉(zhuǎn)速下表現(xiàn)為高黏度性質(zhì)。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，速度梯度增加，纏繞或聚集在一起的葛根淀粉會(huì)發(fā)生解體或變形，從而降低流體阻力，表現(xiàn)出剪切稀化的現(xiàn)象[10]。另外一個(gè)原因是葛根中主要是淀粉等鏈狀高分子，在剪切力的作用下沿流體流動(dòng)方向變形，或者卷曲成球狀，從而使葛根全粉漿的表觀黏度降低。

圖 1 不同轉(zhuǎn)速下質(zhì)量分?jǐn)?shù)對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.1 Effect of kudzu powder concentration on the apparent viscosity of kudzu syrup at various rotation speeds

圖 2 不同溫度下質(zhì)量分?jǐn)?shù)對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.2 Effect of kudzu power concentration on the apparent viscosity of kudzu syrup at various temperatures

在轉(zhuǎn)速為12r/min時(shí)，測定不同溫度下質(zhì)量分?jǐn)?shù)對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖2所示，當(dāng)溫度一定時(shí)，葛根全粉漿表觀黏度隨著葛根全粉添加量的增加而增大；在同一葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，隨著溫度的上升，表觀黏度逐漸降低，葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大時(shí)，溫度對其表觀黏度影響越大。主要原因是溫度升高時(shí)，會(huì)促使分子之間的相互作用力降低，從而使表觀黏度降低[11]。

2.2 不同增稠劑對葛根全粉漿流變特性的影響

在溫度為30℃、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定不同轉(zhuǎn)速下增稠劑對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖3所示，在同一轉(zhuǎn)速下，添加了黃原膠的葛根全粉漿的表觀黏度最大；隨著轉(zhuǎn)速的增加，添加5種增稠劑的葛根全粉漿的表觀黏度均逐漸降低。

圖 3 不同轉(zhuǎn)速下增稠劑對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.3 Effect of different thickening agents on the apparent viscosity of kudzu syrup at various rotation speeds

圖 4 不同溫度下增稠劑對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.4 Effect of different thickening agents on the apparent viscosity of kudzu syrup at various temperatures

在轉(zhuǎn)速為12r/min、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定不同溫度下增稠劑對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖4所示，添加同一增稠劑的葛根全粉漿表觀黏度隨著溫度的上升而逐漸下降，這是因?yàn)楦鸶蹪{所表現(xiàn)出來的黏性主要是分子之間的吸引力，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子活動(dòng)增強(qiáng)，導(dǎo)致分子間距離增大，引力減小，從而使其表觀黏度降低。

因此，黃原膠在研究的轉(zhuǎn)速和溫度范圍內(nèi)對葛根全粉漿的表觀黏度有較顯著的提升作用，這可能是因?yàn)辄S原膠自身負(fù)電荷間的相斥性容易與葛根淀粉的羥基形成氫鍵，使體系纏結(jié)點(diǎn)增加，表觀黏度增加明顯[12-13]，對葛根全粉漿的保藏有很好的穩(wěn)定作用，因此選用黃原膠進(jìn)行下一步研究。

2.3 黃原膠對葛根全粉漿流變特性的影響

在溫度為30℃、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定不同轉(zhuǎn)速下黃原膠對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖5所示，隨著轉(zhuǎn)速的增加，添加不同量黃原膠的葛根全粉漿的表觀黏度都降低，這可能是因?yàn)樵谳^小轉(zhuǎn)速下，黃原膠可與葛根淀粉形成包裹水分的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使葛根全粉漿的表觀黏度增大；當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，破壞了包裹水分的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使葛根全粉漿的表觀黏度降低[14-15]。

圖 5 不同轉(zhuǎn)速下黃原膠加入量對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.5 Effect of xanthan gum on the apparent viscosity of kudzu syrup at various rotation speeds

圖 6 不同溫度下黃原膠加入量對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.6 Effect of xanthan gum on the apparent viscosity of kudzu syrup at various temperatures

在轉(zhuǎn)速為12r/min、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定不同溫度下黃原膠對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖6所示，當(dāng)黃原膠含量相同時(shí)，溫度越高，葛根全粉漿表觀黏度越低。隨著黃原膠含量的增加，葛根全粉漿的表觀黏度也逐漸增加，這可能是因?yàn)楦鸶矸坌纬傻娜苣z結(jié)構(gòu)，在黃原膠的加入下得到了固化，從而使葛根全粉漿的表觀黏度增加[14]。

因此，葛根全粉漿表觀黏度隨黃原膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增加，但當(dāng)黃原膠添加量達(dá)到0.26%后，繼續(xù)增大其質(zhì)量分?jǐn)?shù)，葛根全粉漿表觀黏度的變化不是很明顯，這和文獻(xiàn)[16]中的研究有相同的結(jié)論，這是因?yàn)楫?dāng)黃原膠含量達(dá)到一定值后，多糖鏈之間的作用趨于穩(wěn)定，從而使其表觀黏度變化不明顯。

2.4 食鹽對葛根全粉漿流變特性的影響

在溫度為30℃、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定不同轉(zhuǎn)速下食鹽對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖7所示，在同一轉(zhuǎn)速下，隨著食鹽用量的增加，葛根全粉漿的表觀黏度逐漸下降；當(dāng)食鹽含量相同時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增大，葛根全粉漿的表觀黏度逐漸下降。

圖 7 不同轉(zhuǎn)速下食鹽加入量對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.7 Effect of salt on the apparent viscosity of kudzu syrup at various rotation speeds

圖 8 不同溫度下食鹽加入量對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.8 Effect of salt on the apparent viscosity of kudzu syrup at various temperatures

在轉(zhuǎn)速為12r/min、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定不同溫度下食鹽對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖8所示，當(dāng)食鹽含量相同時(shí)，隨著溫度的上升，葛根全粉漿的表觀黏度逐漸下降。

因此，添加一定量的食鹽會(huì)降低葛根全粉漿的表觀黏度，這是因?yàn)槭雏}是一種強(qiáng)電解質(zhì)，在水中可全部解離為Na+和Cl-，從而減弱葛根淀粉與淀粉及淀粉與水分子之間的相互作用，使得葛根全粉漿的表觀黏度下降[17-18]。

2.5 白砂糖對葛根全粉漿流變特性的影響

在溫度為30℃、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定不同轉(zhuǎn)速下白砂糖對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖9所示，在同一轉(zhuǎn)速下，隨著白砂糖含量的增加，葛根全粉漿的表觀黏度呈微弱上升的趨勢，當(dāng)白砂糖含量相同時(shí)，轉(zhuǎn)速對葛根全粉漿的表觀黏度影響顯著。

在轉(zhuǎn)速為12r/min、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定不同溫度下白砂糖對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖10所示，葛根全粉漿在40℃時(shí)的表觀黏度反而大于在30℃的表觀黏度，原因是在溫度較低時(shí)，葛根中的淀粉呈緊密的束狀排列，白砂糖的羥基很難進(jìn)入淀粉顆粒的間隙，不能形成氫鍵交聯(lián)，當(dāng)溫度高于30℃時(shí)，白砂糖中的羥基進(jìn)入淀粉顆粒間隙與淀粉中的羥基結(jié)合形成氫鍵，所以葛根全粉漿在40℃時(shí)的表觀黏度大于在30℃時(shí)的表觀黏度。

圖 9 不同轉(zhuǎn)速下白砂糖加入量對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.9 Effect of sugar on the apparent viscosity of kudzu syrup at various rotation speeds

圖 10 不同溫度下白砂糖加入量對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.10 Effect of sugar on the apparent viscosity of kudzu syrup at various temperatures

由上述實(shí)驗(yàn)可知，白砂糖可以使葛根全粉漿的表觀黏度增加，白砂糖含量越高，其表觀黏度越大，這是因?yàn)榘咨疤呛罅苛u基，可以與葛根全粉漿里的淀粉顆粒等形成一定的連接作用。總體來說，白砂糖對葛根全粉漿的表觀黏度影響不大，所以在實(shí)際生產(chǎn)加工中，應(yīng)根據(jù)風(fēng)味的需求適當(dāng)添加白砂糖。

2.6 pH值對葛根全粉漿流變特性的影響

在溫度為30℃、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定不同轉(zhuǎn)速下pH值對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖11所示，轉(zhuǎn)速相同時(shí)，葛根全粉漿的表觀黏度呈先上升后下降的趨勢，pH7時(shí)，葛根全粉漿的表觀黏度最大。

圖 11 不同轉(zhuǎn)速下pH值對葛根粉漿表觀黏度的影響Fig.11 Effect of pH on the apparent viscosity of kudzu syrup at various rotation speeds

圖 12 不同溫度下pH值對葛根全粉漿表觀黏度的影響Fig.12 Effect of pH on the apparent viscosity of kudzu syrup at various temperatures

在轉(zhuǎn)速為12r/min、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定不同溫度下pH值對葛根全粉漿表觀黏度的影響，結(jié)果如圖12所示，溫度相同時(shí)，pH值對葛根全粉漿的表觀黏度影響較小。

由上述實(shí)驗(yàn)可知，pH值為7時(shí)，葛根全粉漿所表現(xiàn)出的表觀黏度最大，偏酸和偏堿都使葛根全粉漿的表觀黏度降低，但趨勢不顯著，可見，pH值對葛根全粉漿的表觀黏度影響較小。

2.7 葛根全粉漿的觸變性

圖 13 葛根全粉漿的觸變性Fig.13 Thixotropy of kudzu syrup

在溫度為30℃、葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，測定葛根全粉漿表觀黏度與轉(zhuǎn)速的變化曲線，結(jié)果如圖13所示，葛根全粉漿表觀黏度隨轉(zhuǎn)速逐漸增大時(shí)變化的上行線與隨轉(zhuǎn)速逐漸減小時(shí)變化的下行線之間存在滯后圈，說明葛根全粉漿具有觸變性。具有觸變性液體的表觀黏度不但與轉(zhuǎn)速有關(guān)，也與剪切時(shí)間有關(guān)，原因是當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，葛根中淀粉粒子間結(jié)合的結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致葛根全粉漿的表觀黏度降低；當(dāng)剪切停止時(shí)，粒子之間的結(jié)構(gòu)又會(huì)部分恢復(fù)原樣，但是需要一定的時(shí)間[19]。從而出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速減小時(shí)的曲線與增加時(shí)的曲線不重疊的滯后圈，圈的大小反映了流體的觸變性強(qiáng)弱[20]。葛根全粉漿的這種性質(zhì)一般有利于食品的加工，如有利于在食品加工過程中的泵送和灌注；但有時(shí)也會(huì)帶來麻煩，如在葛根全粉漿制作過程中的熟化階段，由于物料各處的轉(zhuǎn)速不一，使得物料的熟化程度不均一[5]。

3 結(jié) 論

葛根全粉漿屬于非牛頓假塑性流體，具有剪切稀化現(xiàn)象。

在不同溫度和轉(zhuǎn)速下，葛根全粉漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)及增稠劑、糖、鹽添加量對葛根全粉漿的表觀黏度都有影響；葛根全粉漿的表觀黏度隨葛根質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大；添加了黃原膠的葛根全粉漿的表觀黏度較大；添加白砂糖可以增加葛根全粉漿的表觀黏度，有助于提高葛根全粉漿的穩(wěn)定性；添加食鹽會(huì)降低葛根全粉漿的表觀黏度；pH值對葛根全粉漿的表觀黏度影響較小。

葛根全粉漿表觀黏度隨轉(zhuǎn)速逐漸增大變化的上行線與隨轉(zhuǎn)速逐漸減小時(shí)變化的下行線之間存在滯后圈，說明葛根全粉漿具有觸變性。

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