不同品种大米淀粉的流变学特性研究.pdf

2 0 0 6 年8 月第2 1 卷第4 期中国粮油学报J o u m a lo ft h eC h i n e s eC e r e a l sa n dO i l sA s s o c i a t i o nV 0 1 2 1，N o 4A u g 2 0 0 6不同品种大米淀粉的流变学特性研究许永亮程科邱承光赵思明(华中农业大学食品科技学院，武汉4 3 0 0 7 0)摘要以不同品种大米淀粉为材料，研究淀粉糊的流变学特性，温度、淀粉糊浓度对黏度系数、流变指数的影响，为淀粉质食品的原料选择和加工提供参数。结果表明，大米淀粉糊呈假塑性流体的特性。不同品种大米淀粉湖的流变特性有较大差异，金优和放心米的热稳定性较差，大米淀粉糊的黏度系数为o 1 1 1。黏度系数和流变指数对温度和浓度对有较大的依赖性。大米淀粉的流动能约为1 6 6 1 0 6 J m o l 2 0 5 3 1 0 6 J m o l o关键词大米淀粉流变学大米淀粉广泛应用于食品加工，流变特性是淀粉的重要物化特性之一，黏度系数、流变指数和流动能是流变特性的重要参数J。淀粉质流体食品的流变特性影响到食品的品质，如硬度、黏稠度和咀嚼度等，加工过程中原料的输送、搅拌、混合、能量的损耗等与物料的流变特性密切相关。国内外对影响大米淀粉糊流变特性的因素旧1、稻米淀粉糊老化过程的流变特性J、稻米支链淀粉的流变特性4J、贮藏过程中大米淀粉的流变特性HJ、改性大米淀粉的流变特性拍、食品添加剂对大米淀粉流变特性的影响 o 等已有较多研究。认为大米淀粉由长链的直链淀粉(A m)和支链淀粉(A p)组成。大米淀粉糊为假塑性流体，温度和浓度等对流变特性具有影响。稻米淀粉糊的流变学与稻米流质食品的品质和稳定性密切相关。然而不同品种大米由于直链淀粉、支链淀粉的含量不一样，淀粉分子特性和分子构象等的差异，其流变特性也不一样。我国对不同品种大米淀粉糊的流变特性的研究仍较少，从而难以对大米淀粉的流变特性作全面的评价和比较。本文通过对不同品种大米淀粉糊黏度系数、流变指数、流动能以及大米品种、温度、浓度对淀粉糊基金项目：湖北省自然科学基金大米淀粉特性与米制品品质的相关性研究(9 9 J 0 9 1)收稿日期：2 0 0 5 0 7 1 2作者简介：许永亮，男，1 9 8 2 年出生，硕士研究生，食品科学通讯作者：赵思明，女，1 9 6 3 年出生，教授，博士后，食品大分子功能及特性研究黏度系数、流变指数、流动能的影响进行研究，了解不同品种大米淀粉糊黏度、流动能的变化规律，确定大米淀粉糊的流变类型和影响大米淀粉糊流变特性的因素，为大米食品加工的原料选择、大米淀粉深加工和开辟新用途提供依据。1材料与方法1 1实验材料，1 2 种大米(2 0 0 3 年产)，其品种类型及生产厂家，见表1。1 2 大米淀粉和淀粉糊的制备1 2 1 大米淀粉的制备称取适量的大米，用0 4(w w)的N a O H 溶液于室温下浸泡2 4 小时后，用胶体磨粉碎，用0 4(w w)N a O H 的碱液反复浸泡7 8 次后，水洗5 次，用盐酸将浆液的p H 调到6 5 7 0，再水洗两次，将水洗后的淀粉浆液于4 0 0 0 r m i n 的转速下离心1 0 m i n(T D L 一5 一A 型低速离心机上海安亭科学仪器厂)，取下层沉淀物，自然干燥即得大米淀粉，粉碎过8 0 目筛备用。1 2 2 大米淀粉糊的制备称取适量的淀粉，加入一定量的水，沸水浴2 0 3 0 m i n，制成4(w w)和6(w w)的淀粉糊。1 3 流变学特性用流变仪(H A A K 型旋转流变仪，H A A K EB U C H L E RI n s t r u m e n t s，I n c，U S A，转子型号：M V S T)，在转速n 为l r m i n、2 r m i n、4 r m i n、8 r m i n、1 6 r m i n、3 2 r m i n、6 4 r m i n 和1 2 8 r m i n 时，采用4 和6(w 万方数据第2 1 卷第4 期许永亮等不同品种大米淀粉的流变学特性研究1 7W)的浓度，于5。C 一6 0 下测定大米淀粉糊的转矩S值，并计算出各自对应的切应力丁(丁=A s，P a，A 为常数)。采用幂率定律计算流变指数仪和黏度系数1(P a S“)。下：q(T d u)a：n 1“下2qLr，2n 1式中，1 一速度梯度或剪切速率，s，当R i R。很小时，y 一志。u 一流体的线速度，m s；U a 一10a1 0 i转子外径处的线速度，m s；r 一转子至转筒之间任意处半径，m；R。转子外径，m；R i 一转筒内径，m。对于M V S T 型转子，R。=2 1 m m，R。=2 0 8 m m，A=3 0 l。采用非线性回归方法、S A S8 0 计算黏度系数、流变指数和流动能。2结果与分析2 1 大米淀粉的流变曲线1 2 种不同来源稻米淀粉糊的流变曲线的趋势相5 04 0宅3 0增2 0尽I OOL牟R倒尽03 06 09 01 2 01 5 0f a)三江大米(浓度为6)03 06 09 01 2 01 5 0(b)三江大米(浓度为4)似，以三江大米(粳型)、余赤米(籼型)和泰国糯米(糯型)淀粉糊为例，不同温度和不同浓度下的流变曲线见图1。由图1 可知，剪切力随剪切速率或浓度的上升，均呈上升趋势。三江大米和余赤米的流变曲线比泰国糯米的流变曲线弯曲，是因为三江大米和余赤米直链淀粉的含量较泰国糯米多，长链的直链淀粉分子易于取向，导致剪切稀化倾向大，流变曲线的弯曲程度大。浓度为4 时，相同剪切速率下，泰国糯米淀粉糊的切应力明显大于其它大米淀粉的切应力，是因为其支链淀粉的含量高，呈团块的支链淀粉分子链之间形成网络结构，流动时阻力大，切应力大。但在浓度为6 时，不同品种大米淀粉糊的应力响应值差别不大。剪切速率一定时，随着温度的升高，由于淀粉糊的自由体积增加，链段的活动能力增加，分子链间部分氢键断裂，所以分子问的相互作用力减弱，切应力减小。2 2 黏度系数和流变指数蛊0R倒恳击iR馏恩(c)余赤米(浓度为6)O3 06 09 01 2 01 5 0(d)余赤米(浓度为4)2O8642O2086420 万方数据1 8中国粮油学报2 0 0 6 年第4 期5 04 0罨3 0毒倒2 0恩l OO2 01 5毒1 0翻暴5O03 06 09 01 2 01 5 0(e)泰国糯米(浓度为6)03 06 09 01 2 01 5 0泰国糯米(浓度为4)田1不同品种大米的流变曲线采用幂率定律，经非线性回归，得不同浓度下温度对大米淀粉糊的黏度系数q 和流变指数仅的影响，见图2。由图2(a)、(b)、(c)和(d)可知，温度上升时，由于淀粉分子得到充分伸展，占有的空间增大，柔性增强【8J，淀粉糊的黏度系数下降。在1 0 一6 0 范围7内，较高浓度时(6)，随着温度的上升，金优和放心米的黏度系数下降的较快，表明金优和放心米的热稳定性最差。不同品种大米淀粉糊的黏度系数相差较大。浓度为6 时，金优2 0 7、天然香米、余红米淀粉糊的黏度系数较大，约为2 1 1，其它大米淀粉糊簟譬毒鬟糯1 02 03 04 05 06 0温度，(a)温度对黏度系数的影响(浓度为6)簟晕毒鬈檩譬毒鬟橡摹协譬纛鬟檩1 10 91 02 03 04 05 06 0温度(b)温度对黏度系数的影响(浓度为6)1 02 03 04 05 06 0温度，(c)温度对黏度系数的影响(浓度为4)温度(d)温度对黏度系数的影响(浓度为4)图2 不同品种大米的黏度系数叽的黏度系数，约为0 5 4 5。浓度为4 时，天然香米、余红米、金优2 0 7、泰国香米、泰国糯米淀粉糊的”o：2，”：晒 万方数据墅1 卷第4 期许永亮等不同品种大米淀粉的流变学特性研究1 9一：=：黏度系数较大，约为0 4 1 1，其它大米淀粉糊的黏度系数较小，约为0 1。0 5。由图3(a)、(b)、(c)和(d)可知，在1 0 a C。6 0 范围内，大米淀粉糊的流变指数仅均小于1，表明大米淀粉糊为假塑性流体。4 0。C 前，随着温度的上升，淀粉分子的热运动增强，分子的构象会发生较大的变化，流变指数变化较大。4 0。C 后，可能是淀粉分子已得到充分伸展，随温度的升高，流变指数的变化趋于稳定。浓度下降时，溶质的含量降低，流变指数上升，流体趋向牛顿流体的特性。2 3 流动能的确定采用A r r h e n i u s 方程：1=q o e 出肌(2)式中，1 1 0 为系数；E 为活化能，在本文表示流体的流动能；J t o o l，R 为通用气体常数，R=8 3 1 4 J m o l：T为温度，k。经回归分析，得2 5 时大米淀粉糊(4)的流动能E 和q。值，见表2。80 5蒜靼制爝0 40 30 6芍籁0 5靶制媛0 4O 31 02 03 04 05 06 0温度(a)温度对流变指数的影响(浓度为6)1 02 03 04 05 06 0温度，(b)温度对流变指数的影响(浓度为6)O 8O 7芍籁靶0 6制媛O 5O 4l O2 03 04 05 06 0温度(c)温度对流变指数的影响(浓度为4)b 萎三鐾塾，o 泰国香米厶天津小站米：一XYXZVr一-，1 02 03 04 05 06 0温度(d)温度对流变指数的影响(浓度为4)图3 不同品种大米的流变指数a流动能是分子跃迁时克服周围分子的作用所需要的能量旧1，不同来源淀粉分子的分子量、分子链的长度、支化度和分子的网络结构等的差异使得淀粉分子在流动时所需的能量也不一样。分子链较长，缠绕严重，分子链的刚性较大，分子链网络较密的流体流动能较大旧1。通常糯米支链淀粉的含量高，分子链柔性大，网络结构密实，籼米的直链淀粉的含量高，分子链较长，分子链的刚性大，都会导致其淀粉糊的流动能较大。分子链较短的淀粉糊的流动能较小。由表2 可知，大米淀粉的流动能为1 6 6X1 0 6 J m o l 2 0 5 3 1 0 6 J m o l，其中余赤米、丝苗米、三江大米、泰国糯米、东北大米和余红米的流动能较大，流动时所需的能量较多，珍珠米的流动能较小，流动时所需的能量较少。3结论大米淀粉糊具有假塑性流体的特征。大米品 万方数据中国粮油学报2 0 0 6 年第4 期表2 不同品种大米淀粉糊的流动能E 和1 1 0(浓度为4，w w)盔鲞是塑=量兰!Q!(Z 虫尘)塑盍鲞昌弛=曼兰!Q!f 匕塑丛2旦Q金优2 0 77 2 60 0 3 6 1泰国香米9 7 60 0 1 2 0放心米9 6 20 0 0 5 5珍珠米1 6 60 1 3 4 8余红米1 2 O l0 0 0 5 4天津小站米8 7 90 0 0 7 3余赤米2 0 5 30 0 0 0 0 6 2三江大米1 7 2 30 0 0 0 2丝苗米1 9 4 20 0 0 0 0 9东北大米1 3 1 90 0 0 1 6丞签垂鲞：Q ZQ：Q 21 2塞国猛鲞1 2：!Q：Q!垫回归方程的复相关系数均大于O 8 5(珍珠米除外，为0 7 9)。种、温度和浓度对黏度系数和流变指数有较大影响。浓度为6 时，金优2 0 7、天然香米、余红米淀粉糊的黏度系数较大，浓度为4 时，天然香米、余红米、金优2 0 7、泰国香米、泰国糯米淀粉糊的黏度系数较大。随着温度的上升，黏度系数下降，流变指数趋向于常数。金优和放心米淀粉糊的热稳定性最差。4 0 以上时，大米淀粉糊的流变特性变化趋于平缓。浓度下降时，黏度系数下降，流变指数稍有上升，流体趋向牛顿流体的特性。大米淀粉糊的流动能约为1 6 61 0 6 J t o o l 2 0 5 3 1 0 6 J t o o l，其中以余赤米、丝苗米、三江大米、泰国糯米、东北大米和余红米的流动能较大，珍珠米的流动能最小。参考文献 1 赵思明，俞兰芩，熊善柏，等稻米支链淀粉的流变学特性 J 农业机械学报，2 0 0 3，3 4(2)：5 8 6 0 2 高群玉，杨宜功影响淀粉糊流变特性因素的研究 J 食品工业科技，1 9 9 5，(4)：1 0 1 4赵思明，熊善柏，张声华稻米淀粉糊老化过程的流变学和质构特性 J 华中农业大学学报，2 0 0 2，2 1(2)：1 6 1 1 6 5A n a s t a s eH a g e n i m a n a，P i n g p i n gP u，X i a o l i nD i n g S t u d yo nt h e r m a la n dr h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fn a t i v er i c es t a r c h e sa n dt h e i rc o r r e s p o n d i n gm i x t u r e s J F o o dR e s e a r c hI n t e r n a t i o n a l 2 0 0 5，(3 8)：2 5 7 2 6 6N a v d e e pS i n g hS o d h i，N a r p i n d e r S i n g hM o r p h o l o g i c a l，t h e r m a la n dr h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fs t a r c h e ss e p a r a t e df r o mr i c ee u l t i v a r sg r o w ni nI n d i a J F o o dC h e m i s t r y 2 0 0 3，(8 0)：9 9 1 0 8于长筹酸改性淀粉流变特性及凝胶化性质的研究 J 现代食品科技，2 0 0 5，2 1(1)：1 7 2 0丁文平，王月慧，夏文水食品添加剂对大米淀粉流变特性的影响 J 食品工业，2 0 0 4，(5)：7 9马永强，吴晓丹，李志江，等萌发玉米淀粉流变学特性的研究 J 哈尔滨商业大学学报(自然科学版)，2 0 0 4，2 0(5)：5 9 0 5 9 2何曼君，陈维孝，董西侠高分子物理 M 上海：复旦大学出版社，2 0 0 0 2 6 1 2 6 4R h e o l o g i c a lP r o p e r t i e so fS t a r c h e sf r o mD i f f e r e n tR i c eV a r i e t yX uY o n g l i a n gC h e n gK eQ i uC h e n g g u a n gZ h a oS i m i n g(C o l l e g eo fF o o dS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y，H u a z h o n gA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y，W u h a n4 3 0 0 7 0)A b s t r a c tT h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fs t a r c h e sf r o md i f f e r e n tr i c ev a r i e t ya n dt h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r ea n dc o n c e n t r a t i o no nc o n s i s t e n c yc o e f f i c i e n ta n df l o wb e h a v i o ri n d e xw e r es t u d i e di no r d e rt oo f f e rp a r a m e t e r sf o rs e l e c t i n gr a wm a t e r i a la n df o o dp r o c e s s i n g R e s u l t si n d i c a t et h a tr i c es t a r c hp a s t ei sp s e u d o p l a s t i c T h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fr i c es t a r c hp a s t e sf r o md i f f e r e n tr i c ev a r i e t ya r ed i v e r s e T h et h e r m o ss t a b i l i t yi sw e a kf o rv a r i e t i e sJ i n y o ua n dF a n g x i n T h ec o n s i s t e n c yc o e f f i c i e n t so fr i c es t a r c h e sr a n g eb e t w e e n0 1 11w i t h i n1 0 6 0 T h ec o n s i s t e n c yc o e f f i c i e n ta n df l o wb e h a v i o ri n d e xa r ed e p e n d e n to nt e m p e r a t u r ea n dc o n c e n t r a t i o n T h ef l o w i n ge n e r g i e so fr i c es t a r c h e sa r ea b o u t1 6 6 1 0 6 J m 0 1t o2 0 5 3 1 0 6 J m 0 1 K e yw o r d sr i c e，s t a r c h，r h e o l o g y1l-JJJJ1 j1 JBM瞪口隋p 万方数据不同品种大米淀粉的流变学特性研究不同品种大米淀粉的流变学特性研究作者：许永亮，程科，邱承光，赵思明，Xu Yongliang，Cheng Ke，Qiu Chengguang，Zhao Siming作者单位：华中农业大学食品科技学院,武汉,430070刊名：中国粮油学报英文刊名：JOURNAL OF THE CHINESE CEREALS AND OILS ASSOCIATION年，卷(期)：2006,21(4)被引用次数：8次 参考文献(9条)参考文献(9条)1.赵思明;俞兰芩;熊善柏 稻米支链淀粉的流变学特性期刊论文-农业机械学报 2003(02)2.高群玉;杨宜功 影响淀粉糊流变特性因素的研究期刊论文-食品工业科技 1995(04)3.赵思明;熊善柏;张声华 稻米淀粉糊老化过程的流变学和质构特性期刊论文-华中农业大学学报 2002(02)4.Anastase Hagenimana;Pingping 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