劉燕，王璐穎，鄭曉衛(wèi)，王向紅，孫紀(jì)錄，*

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，河北保定071001；2.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司營養(yǎng)健康與食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102209）

山藥在世界上是排在木薯、馬鈴薯和甘薯之后的第四主要的薯類[1]，在中國許多地區(qū)種植發(fā)展迅速[2]。山藥營養(yǎng)豐富，含有淀粉、蛋白質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)素[3]，以及許多生物活性成分，如黏蛋白、薯蕷皂甙、尿囊素、膽堿、植物甾醇、低聚糖等[4]。

抗性淀粉（resistant starch，RS）是一類在人體小腸中不能被消化而在大腸中被微生物發(fā)酵的淀粉[5]。抗性淀粉有利于抑制腐敗菌的生長并增加益生菌的數(shù)量[6]，降低腸道的pH值，有益腸道健康，減少結(jié)腸癌；有助于控制餐后血糖、體重及平衡能量[7-8]。近年來，還發(fā)現(xiàn)抗性淀粉能夠顯著影響腸道菌群的多樣性[9-10]。

山藥原淀粉中抗性淀粉含量較低。為了提高抗性淀粉含量，可以對原淀粉進(jìn)行改性。在淀粉改性的不同方法中，化學(xué)方法較為常見。交聯(lián)淀粉是一種重要的化學(xué)改性淀粉，其中，淀粉的醇羥基與交聯(lián)劑的多元官能團(tuán)形成醚鍵或酯鍵。我國淀粉種類多，但目前國內(nèi)對淀粉改性的研究主要限于玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉等，對山藥淀粉的研究很少。因此，本文擬采用交聯(lián)化學(xué)法處理山藥淀粉，優(yōu)化交聯(lián)淀粉制備工藝，提高抗性淀粉得率，并系統(tǒng)分析所得交聯(lián)淀粉的理化性質(zhì)、穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)特性，為其在食品中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山藥：棒藥，產(chǎn)自河北保定蠡縣。

三偏磷酸鈉（分析純）：阿拉丁試劑（上海）有限公司；三聚磷酸鈉（分析純）：天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心；淀粉葡萄糖苷酶（100 000 U/g）、α-淀粉酶（3 700 U/g）：北京索萊寶科技有限公司；豬胰腺α-淀粉酶（13 U/g）：上海源葉生物科技有限公司；3，5-二硝基水楊酸（分析純）：上海尚寶生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

EVOLSI5掃描電子顯微鏡：卡爾蔡司（上海）管理有限公司；XD6多晶X射線衍射儀：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；Spectrum 65傅里葉變換紅外光譜：鉑金埃爾默儀器有限公司；EZTEST質(zhì)構(gòu)儀：日本島津公司；NDJ-5S數(shù)字式黏度計(jì)：上海佑科儀器儀表有限公司；DSC8000差示掃描量熱儀：美國PERKINELMER公司；Viscograph-E黏度儀：德國布拉班德公司；WSC-2B便攜式精密色差儀：上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 山藥原淀粉的提取

山藥清洗，切塊，榨汁，200目篩過濾。用蒸餾水洗滌濾渣多次，合并濾液，靜置2 h。棄去上清液，用水重復(fù)洗滌沉淀，至上清液無色。淀粉層反復(fù)用95%乙醇洗滌，至上清液無色。將淀粉層離心（3 000 g，10 min），得到白色的濕淀粉。將濕淀粉60℃干燥24 h，粉碎，過200目篩，制得山藥原淀粉。

1.3.2 山藥交聯(lián)淀粉的制備工藝優(yōu)化

1.3.2.1 單因素試驗(yàn)

1）反應(yīng)pH值的影響

配制40%的山藥淀粉乳，加入占淀粉干基的10%的Na2SO4，攪拌混勻；用1 mol/L的NaOH調(diào)pH值分別至 8、9、10、11、12；加入占淀粉干基的 10%的三偏磷酸鈉/三聚磷酸鈉（質(zhì)量比為99∶1）；45℃反應(yīng)4 h；用1 mol/L的HCl調(diào)pH值至6.5；洗滌、烘干、粉碎、過篩，制得交聯(lián)淀粉。測定其抗性淀粉含量，獲得最適pH值。

2）反應(yīng)時(shí)間的影響

配制40%的山藥淀粉乳，加入占淀粉干基的10%的Na2SO4，攪拌混勻；用1 mol/L的NaOH調(diào)pH值至11；加入占淀粉干基的10%的三偏磷酸鈉/三聚磷酸鈉（質(zhì)量比為 99 ∶1）；45 ℃分別反應(yīng) 1、2、3、4、5 h；其余步驟同1），獲得最佳反應(yīng)時(shí)間。

3）反應(yīng)溫度的影響

配制40%的山藥淀粉乳，加入占淀粉干基的10%的Na2SO4，攪拌混勻；用1 mol/L的NaOH調(diào)pH值為11；加入占淀粉干基的10%的三偏磷酸鈉/三聚磷酸鈉（質(zhì)量比為 99 ∶1）；分別在 35、40、45、50、55 ℃反應(yīng)4 h；其余步驟同1），獲得最適反應(yīng)溫度。

1.3.2.2 響應(yīng)面法試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以反應(yīng)pH值、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度為響應(yīng)因子，以抗性淀粉含量為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析和顯著性檢驗(yàn)，得到多元二次回歸方程，確定最佳工藝條件。試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Box-Behnken center combination experiment design

1.3.3 抗性淀粉含量的測定

參照美國分析化學(xué)家協(xié)會(huì)AOAC（Association of Official Analytical Chemists）（2002.02）[11]。

1.3.4 結(jié)合磷含量測定

參照GB/T 22427.11-2008《淀粉及其衍生物磷總含量測定》淀粉及其衍生物磷總含量測定[12]。

1.3.5 溶解度和膨脹力測定

將淀粉樣品配成2%（g/mL）的淀粉乳，分別在不同溫度（55、65、75、85、95℃）的水浴中加熱攪拌 30 min；3 000 g離心30 min；取上清液，于105℃烘至恒重[13]。溶解度和膨脹力分別用（1）式和（2）式計(jì)算。

式中：S為溶解度，%；A為上清液干重，g；W為淀粉樣品的質(zhì)量，g；B為膨脹力，%；P為離心后淀粉質(zhì)量，g。

1.3.6 糊透明度測定

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳，調(diào)pH值至6.5，在沸水浴中加熱30 min，冷卻至25℃，以蒸餾水作參比，測定在650 nm處的透光率[14]。

1.3.7 穩(wěn)定性測定

1.3.7.1 耐酸性測定

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的淀粉乳，置于水浴鍋中，升溫至95℃，保持30 min；冷卻至25℃，測其黏度；然后，加鹽酸調(diào)pH值至3.0，再用NDJ-5S數(shù)字式黏度計(jì)測其黏度[15]。比較加酸前后黏度的降低率。

1.3.7.2 剪切穩(wěn)定性測定

配制3%（g/mL）的淀粉乳，在95℃水浴中加熱30 min；冷卻至25℃，測其黏度；再用磁力攪拌器以200 r/min攪拌淀粉糊5 min，測其黏度；計(jì)算剪切后黏度的降低率[15]。

1.3.7.3 凍融穩(wěn)定性測定

配制3%淀粉乳，置于沸水浴中糊化20 min，冷卻至25℃；然后將淀粉糊等分成4份，分別倒入4個(gè)離心管中；冰箱中冷凍24 h；取出，自然解凍6 h；取1管于3 000 g離心20 min，棄去上清液，稱重。其余3管再冷凍、解凍，至 4管做完，按（3）式計(jì)算[16]：

式中：m1為離心管的質(zhì)量，g；m2為離心前離心管加淀粉糊的質(zhì)量，g；m3為離心棄上清液后離心管加淀粉糊的質(zhì)量，g。

1.3.8 消化性測定

參照Englyst等的方法[5]。

1.3.9 DSC熱特性測定

參照馬麗蘋等的方法[17]。

1.3.10 糊化性質(zhì)測定

配制10%的淀粉乳，充分?jǐn)嚢韬蠓胖玫絍iscograph-E黏度儀中，由25℃升至50℃并保持1 min，3.67 min內(nèi)上升到95℃，保持2.5 min，然后下降到50℃，保持2 min，記錄這一過程的糊化溫度、峰值黏度、最低黏度、消減值、最終黏度與回生值[18]。

1.3.11 顏色值測定

使用色差儀測量，自動(dòng)比較樣板與樣品之間的顏色差異，輸出L*、a*、b*3組數(shù)據(jù)和比色后的ΔL、Δa、Δb。通過覆蓋零校準(zhǔn)來校準(zhǔn)儀器[19]。

1.3.12 質(zhì)地分析

將50 mL 10%的淀粉懸浮液置于100 mL燒杯中，加熱至95℃，保持15 min，冷卻至25℃，然后在4℃下儲(chǔ)存24 h。將燒杯中形成的凝膠直接用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行質(zhì)地分析，每個(gè)凝膠用P35/L圓柱形探針穿透4 mm。在穿透循環(huán)期間，以1.0 mm/s的速度獲得時(shí)間曲線。所得曲線用于計(jì)算凝膠硬度、最大黏附力、黏附性、彈性、膠黏性和咀嚼性[13]。

1.3.13 結(jié)構(gòu)特征觀察

1.3.1 3.1 傅里葉變換紅外光譜

稱取2 mg樣品在紅外燈的照射下，置于研缽中研磨，然后與約150 mg干燥的溴化鉀粉末充分混合，繼續(xù)研磨后壓片，置于紅外光譜儀內(nèi)，在4 000 cm-1～400 cm-1波長處掃描，繪制紅外光譜圖[19]。

1.3.1 3.2 X射線衍射

使用粉末X射線衍射儀獲得淀粉樣品的X射線衍射圖案。檢測散射輻射，角度范圍從3°（2θ）到60°（2θ），掃描速度為 8°（2θ）/min。利用 MDI Jade 6 對樣品的結(jié)晶度進(jìn)行定量分析[19]。

1.3.1 3.3 掃描電鏡

使用EVOLSI5掃描電子顯微鏡，工作電壓10 kV，將樣品鋪在導(dǎo)電膠上，并固定在電鏡樣品托上，10 mA噴金40 s，抽真空并掃描拍照[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 山藥交聯(lián)淀粉制備的單因素試驗(yàn)

2.1.1 反應(yīng)pH值的影響

考察不同的反應(yīng)pH值對制備山藥交聯(lián)淀粉的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 反應(yīng)pH值對交聯(lián)淀粉中抗性淀粉含量的影響Fig.1 Effect of reaction pH on RS content in cross-linked starch

由圖1可見，在受試pH值范圍內(nèi)，隨著pH值提高，所得交聯(lián)淀粉中的抗性淀粉含量先升高后降低；pH 10時(shí)抗性淀粉的含量最大，為35.64%。交聯(lián)反應(yīng)的本質(zhì)在于淀粉中的羥基與交聯(lián)劑酯化，堿性條件能活化羥基，但過高的pH值對淀粉顆粒破壞較大，反而不利于抗性淀粉形成。

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間的影響

考察不同的反應(yīng)時(shí)間對制備山藥交聯(lián)淀粉的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對交聯(lián)淀粉中抗性淀粉含量的影響Fig.2 Effect of reaction time on RS content in cross-linked starch

由圖2可見，當(dāng)反應(yīng)4 h時(shí)，抗性淀粉的含量最大，為35.56%。反應(yīng)時(shí)間過久，交聯(lián)劑分子之間會(huì)相互作用，產(chǎn)生空間位阻，從而使得抗性淀粉含量降低。

2.1.3 反應(yīng)溫度的影響

考察不同的反應(yīng)溫度對制備山藥交聯(lián)淀粉的影響，結(jié)果見圖3。

當(dāng)反應(yīng)溫度為45℃時(shí)，抗性淀粉的含量最大，為35.13%。當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，淀粉在堿性條件下會(huì)發(fā)生部分淀粉糊化，使淀粉顆粒結(jié)構(gòu)破壞，從而阻止抗性淀粉的生成。

2.2 山藥交聯(lián)淀粉制備的響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

在中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)中，主要考察反應(yīng)pH值、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對所得交聯(lián)淀粉中抗性淀粉含量的影響，從而找出最佳制備工藝，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果如表2所示。

圖3 反應(yīng)溫度對交聯(lián)淀粉中抗性淀粉含量的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on RS content in cross-linked starch

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和結(jié)果Table 2 Box-Behnken experimental design and results

通過分析表2數(shù)據(jù)，得到各因素與響應(yīng)值之間的多元二次回歸方程為：Y=36.64-1.19A-0.58B-0.11C+3.08AB-1.55AC-0.73BC-1.42A2-3.10B2-1.57C2。利用Design-Expert軟件對表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到方差分析及回歸方程顯著性檢驗(yàn)結(jié)果，見表3。

由表 3 可知，模型的 F=43.56，P＜0.01，該模型是顯著的。失擬項(xiàng)P值為0.073 7＞0.05，相關(guān)系數(shù)R2=0.982 5，模型失擬項(xiàng)不顯著，表明該模型具有極顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；該模型擬合程度良好，因此可用此模型對試驗(yàn)進(jìn)行模擬和預(yù)測。由回歸模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，反應(yīng)pH值影響極顯著（P＜0.01），反應(yīng)時(shí)間影響顯著（P＜0.05），而反應(yīng)溫度無顯著影響。對二次變量而言，AB、AC、A2、B2、C2對 Y 值影響極顯著（P＜0.01）。

表3 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Table 3 Test of significance for regression equation coefficients

為了進(jìn)一步研究相關(guān)變量間的交互作用并確定最優(yōu)點(diǎn)，采用Design Expert軟件繪制響應(yīng)面曲線圖，結(jié)果如圖4所示。

圖4 各因素交互作用對抗性淀粉含量影響的響應(yīng)面圖Fig.4 The response surface graph of the effects of interaction of various factors on RS content

從各因素之間兩兩相互作用的影響面圖形觀察，AB、AC、BC曲線較陡，且等高線為橢圓，所以反應(yīng)pH值和反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)pH值和反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度均存在顯著的交互作用，這與表3的方差分析結(jié)果一致。

2.2.2 最佳條件預(yù)測及驗(yàn)證

通過響應(yīng)面分析，確定最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)pH值為10.0，反應(yīng)時(shí)間為3.34 h，反應(yīng)溫度為48.05℃，抗性淀粉含量的預(yù)測值為38.05%。為了試驗(yàn)操作的方便，選擇交聯(lián)反應(yīng)最佳的反應(yīng)條件為：反應(yīng)pH值為10.0，反應(yīng)時(shí)間為3.3 h，反應(yīng)溫度為48℃。在此條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，取平均值，最終為38.17%。該結(jié)果與原淀粉中抗性淀粉含量（20.32%）相比提高了17.85%，說明該模型可以有效預(yù)測最優(yōu)工藝條件。

2.3 山藥交聯(lián)淀粉的結(jié)合磷含量

根據(jù)GB 29926-2013《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑磷酸酯雙淀粉》規(guī)定，淀粉中結(jié)合磷含量上限為0.4%。本試驗(yàn)所制備的交聯(lián)淀粉中結(jié)合磷含量為0.38%，達(dá)到合格要求。

2.4 山藥交聯(lián)淀粉的溶解度與膨脹力

溶解度與膨脹力是衡量淀粉與水之間作用大小的一個(gè)重要指標(biāo)。山藥原淀粉（對照）和交聯(lián)淀粉的溶解度和膨脹力分別見圖5和圖6。

隨著溫度升高，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)不斷被破壞，溶解度不斷增加。與原淀粉相比，交聯(lián)淀粉的溶解度降低，這可能是由于淀粉分子間通過交聯(lián)鍵變得更加穩(wěn)固。

在較高溫度下，淀粉微晶束開始松動(dòng)[20]。由圖6可見，山藥交聯(lián)淀粉的膨脹力小于原淀粉。這可能是由于原淀粉達(dá)到糊化溫度后顆粒大量吸水膨脹，而交聯(lián)淀粉未達(dá)到糊化溫度，因此只能產(chǎn)生有限的膨脹[21]。

2.5 山藥交聯(lián)淀粉的糊透明度

圖5 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉在不同溫度下的溶解度Fig.5 Solubility of yam raw starch and cross-linked starch at different temperatures

圖6 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉在不同溫度下的的膨脹力Fig.6 Swelling power of yam raw starch and cross-linked starch at different temperatures

糊透明度是指淀粉經(jīng)糊化、冷卻后，光線穿過淀粉糊的能力。它可以通過不透明性和光澤影響食品的色澤。山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的糊狀透明度見圖7。

圖7 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的糊透明度Fig.7 Paste transparency of yam raw starch and cross-linked starch

圖7表明，與原淀粉相比，交聯(lián)淀粉的糊透明度較低。這是由于交聯(lián)處理使淀粉的平均分子質(zhì)量增大，導(dǎo)致交聯(lián)淀粉顆粒分散程度降低[22]。

2.6 山藥交聯(lián)淀粉的穩(wěn)定性特征

2.6.1 耐酸性

在酸性條件下，淀粉分子會(huì)部分降解，分子鏈變短，從而黏度降低。山藥原淀粉和交聯(lián)淀粉的耐酸性如表4所示。

表4 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的耐酸性Table 4 Acid resistance of yam raw starch and cross-linked starch

由表4可見，相比于原淀粉，交聯(lián)淀粉的黏度變化較小。這是因?yàn)榻宦?lián)淀粉存在交聯(lián)鍵，使淀粉分子的平均分子質(zhì)量增加，并增強(qiáng)了淀粉分子之間的作用力。

2.6.2 耐剪切性

山藥原淀粉和交聯(lián)淀粉的耐剪切性如表5所示。

表5 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的耐剪切性Table 5 Shear stability of yam raw starch and cross-linked starch

與山藥原淀粉相比，交聯(lián)淀粉的耐剪切性增強(qiáng)。交聯(lián)鍵的存在，增強(qiáng)了淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.6.3 凍融穩(wěn)定性

凍融穩(wěn)定性的程度由析水率表示，山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的凍融穩(wěn)定性見表6。

表6 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的凍融穩(wěn)定性Table 6 Freeze-thaw stability of yam raw starch and cross-linked starch

由表6可見，交聯(lián)淀粉的析水率小于原淀粉，表現(xiàn)出了良好的凍融穩(wěn)定性，特別適于在冷凍食品中應(yīng)用。

2.7 山藥交聯(lián)淀粉的體外可消化性

淀粉酶的親和力與淀粉的來源、顆粒大小、直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例以及晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)[23]。山藥原淀粉和交聯(lián)淀粉的體外可消化性如表7所示。

由表7可見，交聯(lián)淀粉中RDS含量降低，SDS和RS含量分別升高了17%和87%。交聯(lián)淀粉分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而限制了淀粉酶的作用，適于制備降血糖功能性食品。

表7 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的體外可消化性Table 7 In vitro digestibility of yam raw starch and cross-linked starch

2.8 山藥交聯(lián)淀粉的DSC特性

山藥原淀粉和交聯(lián)淀粉的差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）特性如表8所示。

由表8可見，交聯(lián)淀粉的起始糊化溫度較高為81.6℃，Tc-To的溫度也較大為7.9℃，表明交聯(lián)處理使得淀粉難以糊化。交聯(lián)淀粉的駐H提高到了15.12，表明交聯(lián)淀粉發(fā)生相變時(shí)所需能量提高。駐H與淀粉的晶體形狀、雙螺旋結(jié)構(gòu)等有關(guān)。交聯(lián)處理后淀粉的磷酸基團(tuán)能夠通過負(fù)電荷產(chǎn)生誘導(dǎo)斥力，從而延緩淀粉鏈的締合作用[24]。

表8 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的DSC特性Table 8 DSC characteristics of yam raw starch and cross-linked starch

2.9 山藥交聯(lián)淀粉的糊化性質(zhì)

山藥淀粉與交聯(lián)淀粉的糊化特性參數(shù)如表9所示。

由表9可見，交聯(lián)淀粉的峰值黏度低于原淀粉，這是由于交聯(lián)淀粉分子間形成較強(qiáng)的共價(jià)鍵，淀粉顆粒不易吸水膨脹，使得峰值黏度降低[25]。交聯(lián)淀粉的糊化溫度提高到86.43℃。原淀粉的消減值較大為1 328 mPa·s，表明其不穩(wěn)定性較大；原淀粉的回生值也較大為2 975 mPa·s，表明原淀粉的抗老化性弱。這與Gunaratne等的試驗(yàn)結(jié)果相一致[26]。

表9 山藥原淀粉和交聯(lián)淀粉的糊化特性Table 9 Gelatinization characteristics of yam raw starch and cross-linked starch

2.10 山藥交聯(lián)淀粉的顏色

淀粉的顏色值降低會(huì)影響其質(zhì)量，從而降低其可接受性，因此，淀粉需要高亮度值和低色度值。山藥原淀粉和交聯(lián)淀粉的顏色值如表10所示。

表10 山藥原淀粉和交聯(lián)淀粉的顏色值Table 10 Color values of yam raw starch and cross-linked starch

從表10可見，原淀粉比交聯(lián)淀粉白，駐L*為2.64。兩樣品的總色差相比，原淀粉的駐E*較大，為2.64。

2.11 山藥交聯(lián)淀粉的質(zhì)地分析

山藥原淀粉和交聯(lián)淀粉的質(zhì)地分析如表11所示。

表11 山藥原淀粉和交聯(lián)淀粉的質(zhì)地Table 11 Texture of yam raw starch and cross-linked starch

表11表明，交聯(lián)淀粉的硬度提高，原因可能在于淀粉分子通過交聯(lián)處理而聚集，凝膠組織較大。但是，交聯(lián)淀粉黏附性、彈性、膠黏性與咀嚼性都有所降低。

2.12 山藥交聯(lián)淀粉的結(jié)構(gòu)特征

2.1 2.1 傅里葉變換紅外光譜觀察

山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的傅里葉變換紅外光譜如圖8所示。

由圖8可見，原淀粉與交聯(lián)淀粉的化學(xué)鍵基本相同，在吸收峰波數(shù)方面差別較大。在1 642 cm-1處的峰由分子內(nèi)氫鍵形成，原淀粉中較強(qiáng)，而交聯(lián)淀粉減弱，這是由于交聯(lián)后化學(xué)鍵增多和分子內(nèi)氫鍵減少所致[27]。與原淀粉相比，交聯(lián)淀粉在1 017cm-1處的吸收峰增強(qiáng)，但峰的強(qiáng)度很小。995 cm-1～1 050 cm-1是P-O-C伸縮振動(dòng)吸收帶，這表明反應(yīng)生成的淀粉磷酸酯含量比較少。

圖8 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的傅里葉變換紅外光譜Fig.8 Fourier transform infrared spectroscopy of yam raw starch and cross-linked starch

紅外光譜吸收峰的強(qiáng)度可用于定量分析。通過淀粉結(jié)晶區(qū)的有序特征峰和非結(jié)晶區(qū)的無序特征峰計(jì)算兩個(gè)特征峰的強(qiáng)度比值，從而得到結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)的含量比例。1 045 cm-1附近的吸收峰對應(yīng)淀粉的有序結(jié)構(gòu)，1 022 cm-1附近的吸收峰對應(yīng)淀粉的非晶區(qū)[28]。1 045 cm-1/1 022 cm-1的比值可以反映淀粉的有序程度，比值越大，說明淀粉的有序程度越高。

山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的1 045 cm-1/1 022 cm-1的峰強(qiáng)度比值見圖9。

圖9 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的1045cm-1/1022cm-1的峰強(qiáng)度比值Fig.9 Absorbance ratio of yam cross-linked raw starch and crosslinked starch at 1 045 cm-1/1 022 cm-1

由圖9可見，交聯(lián)淀粉的吸光度比值較小，為1.09，這是由于交聯(lián)處理小幅度地破壞了淀粉的有序性。

2.1 2.2 X射線衍射圖譜觀察

山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的X射線衍射圖如圖10所示。

原淀粉與交聯(lián)淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)幾乎保持原狀，仍然為A型，表明交聯(lián)反應(yīng)主要發(fā)生在淀粉的無定形區(qū)域。衍射角的數(shù)值應(yīng)在結(jié)果中反映出來。山藥原淀粉和交聯(lián)淀粉的相對結(jié)晶度如表12所示。

圖10 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的X射線衍射圖譜Fig.10 X-ray diffraction pattern of yam raw starch and crosslinked starch

表12 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的相對結(jié)晶度Table 12 Relative crystallinity of yam raw starch and cross-linked starch

從表12可見，交聯(lián)淀粉的相對結(jié)晶度與原淀粉相比，由25.3%上升到29.1%，這可能是由于經(jīng)過交聯(lián)后，磷酸基團(tuán)以架橋的形式將淀粉分子結(jié)合起來，形成多維的空間結(jié)構(gòu)，分子之間結(jié)合得更加緊密，無定型區(qū)的有序性增加。

2.1 2.3 掃描電子顯微鏡觀察

山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的掃描電鏡圖如圖11所示。

圖11 山藥原淀粉與交聯(lián)淀粉的掃描電鏡圖Fig.11 SEM graph of yam raw starch and cross-linked starch

由圖11可知，山藥原淀粉顆粒較完整，沒有裂縫和破損，表面較光滑，顆粒的大小差別不大，而交聯(lián)淀粉顆粒之間有連接，表面變得粗糙，一些小淀粉顆粒附著在較大顆粒表面，一些小淀粉顆粒之間相互聚集形成較大的粒團(tuán)。這說明，通過與交聯(lián)劑的多個(gè)官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，在淀粉分子之間形成架橋，將分子連接起來。

3 結(jié)論

在本研究中，確定了制備山藥交聯(lián)淀粉的反應(yīng)條件：反應(yīng)pH值為10，反應(yīng)時(shí)間為3.3 h，反應(yīng)溫度為48℃，所得交聯(lián)淀粉中抗性淀粉含量為38.17%。與山藥原淀粉相比，交聯(lián)淀粉的溶解度、膨脹力、糊透明度、體外可消化性（緩慢消化淀粉和抗性淀粉含量分別升高了17%和87%）、顏色值、黏附性、彈性、膠黏性與咀嚼性降低，耐酸性、耐剪切性、凍融穩(wěn)定性、糊化溫度、抗老化性和硬度升高。交聯(lián)淀粉的有序程度下降；晶體結(jié)構(gòu)仍為A型，相對結(jié)晶度有所提高；顆粒形態(tài)發(fā)生明顯變化，少許淀粉顆粒發(fā)生聚集。因此，可以根據(jù)山藥交聯(lián)淀粉與原淀粉的特點(diǎn)，將其有針對性地應(yīng)用于不同食品中。