2006年8月第21卷第4期中国粮油学报Journal o f the Ch i n ese C erea ls and O ils A ssoc i a ti o nVo.l21,N o.4Aug.2006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 430070)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0.1~11。
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1.66 106J/m ol~20.53 106J/ m o l。
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[1]。
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[2]、稻米淀粉糊老化过程的流变特性[3]、稻米支链淀粉的流变特性[1,4]、贮藏过程中大米淀粉的流变特性[5]、改性大米淀粉的流变特性[6]、食品添加剂对大米淀粉流变特性的影响[7]等已有较多研究。
认为大米淀粉由长链的直链淀粉(Am)和支链淀粉(Ap)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(99J091)收稿日期:2005-07-12作者简介:许永亮,男,1982年出生,硕士研究生,食品科学通讯作者:赵思明,女,1963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12种大米(2003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Na OH溶液于室温下浸泡24小时后,用胶体磨粉碎,用0.4% (w/w)Na OH的碱液反复浸泡7~8次后,水洗5次,用盐酸将浆液的pH调到6.5~7.0,再水洗两次,将水洗后的淀粉浆液于4000r/m i n的转速下离心10m in(TDL-5-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80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20~ 30m in,制成4%(w/w)和6%(w/w)的淀粉糊。
1.3 流变学特性用流变仪(HAAK型旋转流变仪,HAAKE B UC HLER Instrum ents,Inc.,USA,转子型号:MVST),在转速n为1r/m in、2r/m in、4r/m i n、8r/m i n、16r/m i n、32r/m in、64r/m in和128r/m i n时,采用4%和6%(w/第21卷第4期许永亮等 不同品种大米淀粉的流变学特性研究表1 12种大米品种(品牌)和生产厂家品 种类 型生产厂家品 种类 型生产厂家金优207籼型湖南金健米业股份公司泰国香米籼型香米泰国正明火砻公司放心米籼型湖南金健米业股份公司珍珠米粳型湖南金健米业股份公司余赤米籼型湖南常德天津小站米粳型天津国瑞谷物发展公司余红米籼型湖南常德三江大米粳型湖南金健米业股份公司丝苗米籼型湖南常德东北大米粳型沈阳隆迪粮食制品公司天然香米籼型香米湖南金健米业股份公司泰国糯米糯米w )的浓度,于5 ~60 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 ( =As ,Pa ,A 为常数)[1]。
采用幂率定律计算流变指数 和黏度系数(Pa s)。
= (du dr)=(1)式中, 速度梯度或剪切速率,s -1,当R i -R a很小时,u aR a -R i。
u 流体的线速度,m /s ;u a 转子外径处的线速度,m /s ;r 转子至转筒之间任意处半径,m;R a 转子外径,m;R i 转筒内径,m 。
对于MVST 型转子,R a =21mm,R i =20.8mm,A =3.01。
采用非线性回归方法、SAS 8.0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12种不同来源稻米淀粉糊的流变曲线的趋势相似,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,所以分子间的相互作用力减弱,切应力减小。
2.2黏度系数和流变指数17中国粮油学报2006年第4期图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 和流变指数 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[8],淀粉糊的黏度系数下降。
在10 ~60 范围内,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207、天然香米、余红米淀粉糊的黏度系数较大,约为2~11,其它大米淀粉糊图2 不同品种大米的黏度系数的黏度系数,约为0.5~4.5。
浓度为4%时,天然香米、余红米、金优207、泰国香米、泰国糯米淀粉糊的18第21卷第4期许永亮等 不同品种大米淀粉的流变学特性研究黏度系数较大,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10 ~60 范围内,大米淀粉糊的流变指数 均小于1,表明大米淀粉糊为假塑性流体。
40 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。
40 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 rrhen i u s 方程:= 0e-E /RT(2)式中, 0为系数;E 为活化能,在本文表示流体的流动能;J/m o,l R 为通用气体常数,R =8.314J/m o ;l T 为温度,k 。
经回归分析,得25 时大米淀粉糊(4%)的流动能E 和 0值,见表2。
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[8],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[9]。
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1.66 106J/m ol~20.53 106J/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19中国粮油学报2006年第4期表2 不同品种大米淀粉糊的流动能E和(浓度为4%,w/w)大米品种-E 106(J/m ol) 0大米品种-E 106(J/m ol) 0金优2077.260.0361泰国香米9.760.0120放心米9.620.0055珍珠米1.660.1348余红米12.010.0054天津小站米8.790.0073余赤米20.530.000062三江大米17.230.0002丝苗米19.420.00009东北大米13.190.0016天然香米8.070.0319泰国糯米13.70.0120回归方程的复相关系数均大于0.85(珍珠米除外,为0.79)。
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207、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207、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。
40 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1.66 106J/m o l~20.53 106J/mo,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,2003,34(2):58-60[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,1995,(4):10-14[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[J].华中农业大学学报,2002,21(2):161-165[4] A nastase H ag en i m ana,P i ngpi ng P u,X i ao li n D i ng.Study ont her m a l and rheo log ical properties o f nati ve r i ce starchesand the i r correspond i ng m i x tures[J].Food R esearch In terna ti ona.l2005,(38):257-266[5] N avdeep S i ngh Sodh,i N arp i nder.S i ngh M orpho log ica,lthe r m al and rheolog i ca l properti es of starches separatedfro m rice cu lti vars g rown i n India[J].F ood Che m istry.2003,(80):99-108[6] 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,2005,21(1):17-20[7] 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,2004,(5):7-9[8] 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),2004,20(5):590-592[9] 何曼君,陈维孝,董西侠.高分子物理[M].上海:复旦大学出版社,2000.261-264Rheol og ical Properti es of Starches fro mD ifferent R ice V arietyXu Y ong li ang Cheng K e Q i u Chengguang Zhao S i m i ng (Co llege o f Food Science and Technology,H uazhong AgriculturalUn i v ersity,W uhan 430070)Abst ract The rheo l o g ical pr operties of starches fro m different rice variety and the influence o f te m perature and concentration on consistency coeffic i e nt and flo w behavior i n dex w ere studied in o r der to offer para m eters for se lecting ra w m ateri a l and food pr ocessi n g.Resu lts indicate tha t rice starch paste is pseudoplasti c.The r heo log ica l properties of rice starch pastes fro m different rice vari e ty are d i v erse.The ther m os stability isw eak for varieti e s Ji n you and Fan gx i n.The consistency coefficients of rice starches range bet w een0.1~11w ith i n10~60 .The consistency coeffi cient and flo w behavior i n dex are dependent on te m perature and concen trati o n.The flo w i n g ener g ies o f rice starches are about1.66 106J/m o l to20.53 106J/m o.lK ey w ords rice,starch,r heo logy20。