陳夢雪，李明軍，李 飛

（1.信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 信陽 464000；2.信陽農(nóng)林學(xué)院，河南 信陽 464000）

紅薯（Ipomoea batatas），又稱甘紅薯。紅薯中淀粉含量非常豐富，除了可作為糧食、飼料、蔬菜作物之外，在食品工業(yè)中還應(yīng)用頗多，如制糖、釀酒、制酒精等。但由于天然淀粉的缺點較多，如水溶性差、難降解等，限制了淀粉在食品及其工業(yè)中的應(yīng)用，因此如何提高淀粉的活性和產(chǎn)物的取代度顯得尤為重要。

淀粉顆粒是由結(jié)晶和非結(jié)晶2 個區(qū)域構(gòu)成，結(jié)構(gòu)緊密的結(jié)晶區(qū)會限制氧化試劑向淀粉分子中滲透，從而導(dǎo)致淀粉的改性反應(yīng)效率低[1]。預(yù)處理可以破壞淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，提高分子間反應(yīng)效率，優(yōu)化氧化淀粉的性能。目前淀粉預(yù)處理的研究方法主要有物理法、化學(xué)法和生物酶法，如糊化、擠壓、輻射、超聲波、氧化、酸解和酶解等[2-3]。Manchun 等學(xué)者[4]通過研究超聲波預(yù)處理對木薯淀粉結(jié)構(gòu)特性的影響，發(fā)現(xiàn)超聲波處理會扭曲淀粉的結(jié)晶區(qū)，破壞淀粉顆粒的水分進出能力，使得淀粉的溶解度增加，吸水性也有較好的提升。閆溢哲等[5]研究結(jié)果表明隨著酸解時間的延長，玉米淀粉衍射峰之間增強，結(jié)晶度增加，微晶淀粉有序性增強，特征基團位置沒有發(fā)生明顯變化。Zeng等[6]采用微波預(yù)處理方式對蓮子淀粉進行改性，結(jié)果顯示微波功率越大，蓮子淀粉的膨脹度增大，直鏈淀粉對的滲出程度以及淀粉分子形狀變小，說明微波處理對蓮子淀粉的影響敏感。

文章通過不同方法預(yù)處理測定紅薯淀粉糊的黏度特性值、凍融性、凝沉性和透明度，得到了一系列氫氧化鈉、鹽酸、尿素超聲波和微波對紅薯淀粉黏度特性的影響，為紅薯淀粉加工提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅薯淀粉，德河鑫食品有限公司出品；尿素，鄭州派尼化學(xué)試劑廠；鹽酸，鄭州派尼化學(xué)試劑廠；氫氧化鈉，天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠。

MC 牌電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；HH-6 杰瑞爾恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；722 N 可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司；TDL-40B離心機，飛鴿牌系列；CDM-20X 恒溫股份干燥箱，上海瑯玕試驗設(shè)備有限公司；快速黏度分析儀RVA，澳大利亞新港科學(xué)儀器公司；粉碎機，美的電器；BCD-21917D 冰箱，海爾；WD900ASL23-Z微波爐，格蘭仕。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品預(yù)處理方法

（1）氫氧化鈉與甘薯淀粉預(yù)處理。分別取占紅薯淀粉不同質(zhì)量百分比（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）的0.05 moL/L氫氧化鈉處理15 min，然后測定紅薯淀粉糊的不同特性。

（2）鹽酸與甘薯淀粉預(yù)處理。分別取占紅薯淀粉糊中淀粉不同質(zhì)量百分比（0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%）0.5%鹽酸15 min，測定紅薯淀粉糊的不同特性。

（3）尿素與甘薯淀粉預(yù)處理。分別取占紅薯淀粉中淀粉不同質(zhì)量百分比（0.15%、0.30%、0.45%、0.60%、0.75%）的0.05 mol/L尿素處理15 min，測定紅薯淀粉的不同特性。

（4）超聲波與甘薯淀粉預(yù)處理。采用2×104Hz 的超聲波分別處理紅薯淀粉糊0 min、15 min、30 min、45 min、60 min，然后再測定紅薯淀粉糊的不同特性。

（5）微波與甘薯淀粉預(yù)處理。采用800 W 微波分別處理紅薯淀粉5 s、10 s、15 s、20 s、25 s 后再測定紅薯淀粉糊的不同特性。

1.2.2 紅薯淀粉糊黏度特性測定

配制8%的紅薯淀粉乳，采用升溫-降溫循環(huán)：保持在50℃，1 min；3.75 min 內(nèi)加熱到95℃；保持在95℃，2.5 min，在3.75 min 內(nèi)降到50℃；然后保持在50℃，2 min。測得淀粉糊黏度曲線,分析峰值黏度（Peak Viscosity）、谷值黏度（Trough Viscosity）、最終黏度（Final Viscosity）、破損值（Breakdown）、回生值（Setback）、出峰時間（Peak Time）及成糊溫度（Peak Temperature）。

1.2.3 淀粉糊凍融穩(wěn)定性的測定

配制8%的淀粉乳，沸水浴中糊化并冷卻至室溫，取10 mL導(dǎo)入塑料離心管中，加蓋置于-15℃冰箱內(nèi)，24 h 后取出室溫下自然解凍，然后在4 000 r/min條件下離心20 min，棄去上清液（若無水析出則反復(fù)凍融，直至有水析出），并用濾紙按壓吸取沉淀物的水分，稱取沉淀物質(zhì)量，記錄凍融次數(shù)和析水率。析水率是析出的水的質(zhì)量和淀粉糊的質(zhì)量比。

1.2.4 淀粉糊凝沉性的測定

配制8%淀粉糊在預(yù)處理15 min后的淀粉乳在沸水浴中糊化，冷卻至室溫。取50 mL 糊移入50 mL 量筒中靜置。每隔1 h記錄上清液體積。

1.2.5 淀粉糊透明度的測定

經(jīng)過預(yù)處理后的8%的質(zhì)量淀粉糊在沸水浴中糊化15 min，至25℃，以蒸餾水作為參比液。用1 cm 比色皿在620 nm 波長下測定淀粉糊的吸光度。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理及分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 統(tǒng)計分析軟件進行統(tǒng)計處理，采用Originpro2021對數(shù)據(jù)進行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅薯淀粉糊黏度特性

2.1.1 氫氧化鈉預(yù)處理紅薯淀粉糊黏度特性

采用1.2.1樣品預(yù)處理方法，氫氧化鈉對紅薯淀粉黏度特性的影響見表1。

表1 氫氧化鈉預(yù)處理紅薯淀粉糊黏度特性值Tab.1 The characteristic value of starch paste in sweet potato

由表1 可知，隨著NaOH 比值的增加，樣品的峰值黏度、谷值黏度和最終黏度均增加，這是因為氫氧化鈉可滲透到淀粉顆粒的無定型區(qū)和晶格之間，使得淀粉分子間的氫鍵遭到破壞，淀粉結(jié)晶之間距離變大、淀粉中活性成分也變多，結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞的程度也隨之增大，進而使得淀粉樣品的反應(yīng)效率和反應(yīng)速度增加。

2.1.2 鹽酸預(yù)處理紅薯淀粉黏度特性

采用1.2.1樣品預(yù)處理方法，鹽酸對紅薯淀粉黏度特性的影響見表2。

表2 鹽酸與預(yù)處理紅薯淀粉糊黏度特性值Tab.2 The viscosity properties of hydrochloric acid and pretreated sweet potato

由表2可知，隨著鹽酸濃度的增加，紅薯淀粉樣品的黏度是逐漸減小的，由此可見，淀粉黏度與酸濃度成反比，酸濃度越高，黏度越小。這是因為酸的作使得糖苷鍵水解，淀粉分子間隔變小。淀粉顆粒中直鏈淀粉分子間經(jīng)由氫鍵結(jié)合成結(jié)晶性結(jié)構(gòu)，酸滲入更為困難，淀粉更加不易水解，而無定形區(qū)域支鏈淀粉分子卻比較容易被酸滲入，淀粉水解變得更為容易，從而提高淀粉的結(jié)晶度。

本研究使用自編的“教師關(guān)于游泳安全的調(diào)查問卷”，由廣東省2013年第一、二期中小學(xué)骨干體育教師游泳技能培訓(xùn)班的289名教師以及廣州市20所示范性高中的64名體育教師填寫。

2.1.3 尿素預(yù)處理紅薯淀粉糊黏度特性

采用1.2.1樣品預(yù)處理方法，尿素對紅薯淀粉黏度特性的影響見表3。

表3 尿素預(yù)處理后紅薯淀粉糊黏度特性值Tab.3 The starch paste viscosity characteristic value of sweet potato after urea pretreatment

尿素可使淀粉在室溫下糊化，由表3可知，隨著尿素量的增加，淀粉黏度隨之增加，但變化量不是很大。這與何珠蓮研究尿素溶劑體系對可溶性淀粉的溶解結(jié)果是一致的[7]。

2.1.4 超聲波預(yù)處理紅薯黏度特性

采用1.2.1樣品預(yù)處理方法，超聲波處理對紅薯淀粉黏度特性的影響見表4。

表4 超聲波預(yù)處理后紅薯黏度特性值Tab.4 The viscosity characteristics of sweet potatoes after ultrasonic pretreatment

由表4 可知，隨著超聲波處理時間的延長，峰值黏度、谷值黏度、破損值黏度均較小。這是由于超聲波處理時動能和空穴的作用導(dǎo)致淀粉鏈鍵斷裂，但當鏈長達到一定程度時，超聲波無法再繼續(xù)作用。因此當超聲波處理時間在60 s 時，淀粉糊黏度下降終止。對紅薯淀粉糊進行超聲波處理0 min、15 min、30 min、45 min、60 min，發(fā)現(xiàn)作用時間與相對黏度的下降呈線性關(guān)系。

2.1.5 微波預(yù)處理紅薯淀粉黏度特性

采用1.2.1樣品預(yù)處理方法，微波預(yù)處理對紅薯淀粉黏度特性的影響見表5。

表5 微波預(yù)處理后紅薯淀粉黏度特性值Tab.5 The characteristic value of sweet potato starch viscosity after microwave pretreatment

由表5 可知，經(jīng)微波預(yù)處理后的紅薯淀粉黏度隨著處理時間的增加逐漸升高，且谷值黏度和最終黏度都有所升高。

2.2 不同預(yù)處理方法對紅薯淀粉凍融性的影響

將紅薯淀粉按1.2.1 方法預(yù)處理后，測定其凍融穩(wěn)定性，見圖1。

由圖1 可知，經(jīng)過氫氧化鈉處理后的紅薯淀粉糊的析水率增大，凍融性降低，且在一定濃度后氫氧化鈉對紅薯淀粉糊的影響趨于一致，說明氫氧化鈉對紅薯淀粉糊的影響在一定濃度之后就不變了，在與淀粉糊成一定比例后，淀粉中分子結(jié)構(gòu)被徹底破壞，沒有進一步變化的空間；經(jīng)過鹽酸處理后紅薯淀粉糊的析水率升高，趨勢隨鹽酸量的增加而增大，在一定濃度后變化趨于一致，說明鹽酸對紅薯淀粉糊的影響在一定濃度后就無法使得紅薯淀粉糊透明度進一步變化；經(jīng)過尿素處理后的紅薯淀粉糊的析水率起點較高且變化趨勢很大，升值空間較其他幾種處理方法對紅薯淀粉糊透明度影響都大；經(jīng)過超聲波處理后的紅薯淀粉糊的析水率小幅度上升，上升趨勢比較平緩，且析水率較低，達到一定濃度后，紅薯淀粉糊析水率不變；經(jīng)過微波處理后的紅薯淀粉糊的析水率上升幅度較小，上升趨勢較其他方法小，上升趨勢緩慢。

圖1 不同預(yù)處理對紅薯淀粉糊凍融穩(wěn)定性的影響Fig.1 The effects of different pretreatments on the freeze-thaw stability of sweet potato starch paste

2.3 不同預(yù)處理方法對紅薯淀粉凝沉性的影響

將紅薯淀粉按1.2.1 方法預(yù)處理后，測定其凝沉性，見圖2。

圖2 不同預(yù)處理方法對紅薯淀粉凝沉性的影響Fig.2 The effects of different pretreatment methods on sweet potato starch condensation properties

經(jīng)圖2 分析可知，經(jīng)過預(yù)處理后的紅薯淀粉糊凝沉性有不同的變化趨勢。經(jīng)過氫氧化鈉處理后的紅薯淀粉糊的凝沉性變大，尤其是處理淀粉糊的氫氧化鈉質(zhì)量越多，凝沉性變化越大；經(jīng)過鹽酸預(yù)處理后的紅薯淀粉凝沉性變化趨勢較經(jīng)氫氧化鈉處理后的更加明顯，說明鹽酸預(yù)處理對紅薯淀粉糊凝沉性影響較大；經(jīng)過尿素處理后紅薯淀粉糊凝沉性較前2種預(yù)處理后的變化趨勢較小，但在尿素處理過程中，所用尿素量越多，對凝沉性影響就越大。由圖2 可以看出，在第3 個濃度的尿素對紅薯淀粉糊的影響強度明顯增大。這是尿素對紅薯淀粉糊影響趨勢的轉(zhuǎn)折處；超聲波處理后的紅薯淀粉糊凝沉性變化是5種處理方法中對紅薯淀粉糊凝沉性影響最小的一組。整個趨勢最為平穩(wěn)，說明超聲波對紅薯淀粉糊的凝沉性較其他幾種方法處理的影響較小；微波處理后的紅薯淀粉糊的凝沉性變化最大，整個變化趨勢較為明顯，由此顯示微波對紅薯淀粉的凝沉性影響很大，微波對紅薯淀粉中結(jié)構(gòu)影響最大，超聲處理時間越長紅薯淀粉的凝沉性越大。

2.4 固定濃度紅薯淀粉不同處理對其透明度的影響分析

將紅薯淀粉按1.2.1 中的方法預(yù)處理后，測定其透明度，見圖3。

圖3 不同預(yù)處理后紅薯淀粉糊透明度變化圖Fig.3 The transparency ency of sweet potato starch paste after different pretreatment

由圖3分析可知，微波對紅薯淀粉糊透明度影響最大，對紅薯淀粉糊結(jié)構(gòu)影響最大，起點高，上升趨勢明顯。處理時間越長，對透明度影響越大；超聲波對紅薯淀粉糊透明度影響較微波小，起點高，小幅度上升。處理時間越長，透明度越大；氫氧化鈉對紅薯淀粉糊透明度影響較大，上升趨勢明顯。對透明度有一定的改良作用；尿素對紅薯淀粉糊透明度沒有明顯的作用，整個趨勢平緩，沒有清晰的上升或下降趨勢。且濃度變化對淀粉糊透明度影響不大；鹽酸對紅薯淀粉糊透明度影響較小，但影響趨勢明顯，有一定的上升趨勢，且隨著鹽酸濃度的增加，透明度增大。

3 結(jié)論

通過試驗可知：氫氧化鈉處理后的紅薯淀粉糊峰值黏度和谷值黏度均增大，黏度特性值降低。經(jīng)過鹽酸預(yù)處理后紅薯淀粉糊黏度特性值降低。經(jīng)尿素預(yù)處理后的紅薯淀粉糊特性中峰值黏度升高、谷值黏度升高、破損值增大、最終黏度和回升值趨于平穩(wěn)。超聲波處理后的紅薯淀粉糊黏度峰值黏度和谷值黏度均下降，破損值和回升值變化趨勢不明顯，但有一定的下降浮動。微波處理后的紅薯淀粉黏度峰值黏度升高，谷值黏度變化不大，破損值小幅度上升下降。

尿素對紅薯淀粉糊凍融性影響最大，使得淀粉糊析水率升高，凍融性降低。

氫氧化鈉和鹽酸對紅薯淀粉糊凍融性基本相同，超聲波和微波對紅薯淀粉糊凍融性影響較小，且紅薯淀粉糊凍融性影響相同。

微波對紅薯淀粉糊透明度影響最大，超聲波次之，氫氧化鈉較小。鹽酸和尿素對紅薯淀粉糊透明度影響最小，且變化趨勢平緩。