1、 1 本科毕业论文 （ 20 届） 食品科学与工程 紫甘薯淀粉的特性研究 摘 要 本文主要研究了紫甘薯淀粉的理化特性。研究发现：紫甘薯淀粉的糊化温度为45 -70 ；随着加热时间的增长，老化变得严重。紫甘薯淀粉的透光率是随加热时间增长而下降，膨胀势与可溶度则与之相反。 紫甘薯淀粉的粘度是随着淀粉质量分数的增加而增大， 4%淀粉糊的冷热稳定性最优。 通过对紫甘薯淀粉脱色影响因素的研究，结果得到最优的脱色工艺条件：温度 40 ， pH 9， 30%H2O2 添加量 2%，反应时间 8h。 关键词： 紫甘薯；淀 粉；特性；脱色 ABSTRACT The physical and chemical p
2、roperties of purple sweet potato starch were studied in this paper.The results showed that the pasting temperature was 45 -70 .The retrogradation raised with the increasing of the time.With the heating time increased.The transmittance of purple sweet potato starch decreased,while the expansion poten
3、tial and soluble degrees increased.Starch viscosity was increacing by the content raise.But the heat and cold stability of 4% sweet potato starch was the best.The technological conditions for bleaching of sweet potato starchs influence factors were studied.The results showed that optimum bleaching c
4、onditions were 30% H2O2 concentration of 2%,reaction temperature 40 ,pH 9 and reaction time 8h. Key word: Purple sweet potato; Starch; Characteristics; Decolorization I 目 录 1 前言 . 2 2 材料与方法 . 4 2.1 材料与试剂 . 4 2.2 试验方法 . 5 2.2.1 原料处理 . 5 2.2.2 紫甘薯淀粉的糊化测定方法 . 5 2.2.3 紫甘薯淀粉的老化测定方法 . 5 2.2.4 紫甘薯淀粉的透光率测定方
5、法 . 5 2.2.5 紫甘薯淀粉的溶胀势测定方法 . 5 2.2.6 紫甘薯淀粉的脱色测定方法 . 6 2.2.7 紫甘薯淀粉的粘度测定方法 . 6 3 结果与分析 . 6 3.1 紫甘薯淀粉的糊化 . 6 3.2 紫甘薯淀粉在不同加热时间下的老化 . 7 3.3 紫甘薯淀粉在不同加热时间下的透光率 . 8 3.4 紫甘薯淀粉在不同处理时间下的溶胀势 . 8 3.5 不同质量分数的紫甘薯淀粉粘度变化 . 9 3.6 紫甘薯淀粉的脱色研究 . 9 3.6.1 不同反应温度对于淀粉脱色效果的影响 . 9 3.6.2 不同反应时间对于淀粉脱色效果的影响 . 10 3.6.3 不同 30%H2O2
6、添加量对于淀粉脱色效果的影响 . 11 3.6.4 紫甘薯淀粉脱色最佳工艺条件的确定 . 11 4 讨论 . 12 参考文献 . 14 致 谢 . 错误 !未定义书签。 附录 1 文献综述 . 错误 !未定义书签。 附录 2 外文翻译 . 错误 !未定义书签。 2 1 前言 紫甘薯 (Purple sweet potato)又称紫心甘薯、紫肉甘薯、紫地瓜等，属旋花科根茎类一年生或多年生草本植物，是甘薯中的特有品种类型 1。由于花青素含量高达 20-180mg/100克，比一般的薯类高了好几倍，所以在实际应用中也是比较常见的品种。紫甘薯原产自于美洲，在我国的栽种历史已有 400多年，现有的品种就
7、多大 2000多种 2。甘薯具有产量高，营养好，风味佳，应 用广泛，种植简易等优点，在我国的种植面积约 600万公顷以上，约为世界种植面积的 65.4%；年产量约 1.2亿吨，占世界甘薯产量的 85.9%（ FAO， 2002），在世界粮食生产中总产列第7位 3。紫甘薯的薯皮薯肉均呈现紫色或者深紫色，除了具有普通甘薯的营养成分外，还大量含有硒元素、花青素、黄酮、糖蛋白等功能性成分，被广泛称为“蔬菜皇后”。在紫甘薯市场开发中，鲜食是个重头戏，其间富含的花青素等一类有益于人体的保健物质能被充分利用吸收，而且外观好看，色泽饱满，熟食味佳；国内外大量提取紫甘薯中的花青素作为一种天然色 素，应用到各个行
8、业中；当然也可以把紫甘薯加工成全粉，色泽美观，营养丰富，可以作为一种极好的食品加工原料，应用到各色糕点中，做为主料或配料；还有一部分则会加工成休闲食品，例如炸薯片、薯饼等。 在新鲜甘薯中，含水量大约为 60%-80%，碳水化合物 10%-30%，大量的淀粉和微量的低聚糖和单糖。另外还有蛋白质，脂肪，纤维，有机酸，果胶，维生素及矿物质等。被俗称为“土人参” 4。除了丰富的食用价值，甘薯的药用价值也不低。中医认为甘薯性甘平，无毒，有养心神、补虚乏、健脾胃、益气力、通乳汁、消疮肿、强肾阴等 5-6。紫甘薯中的功能性成分有色素、矿物质和游离氨基酸、果胶、有机酸类提取物、糖酯类提取物和脂肪醛类提取物等。
9、紫甘薯色素属花青素类色素，而研究表明花青素类色素具有优异的抗氧化、抗突变和抗癌活性，而且紫甘薯色素是一种水溶性天然色素，色泽鲜艳，无毒无味，稳定性好且耐光耐热，可应用于食品、医药和化妆品行业中。再者，紫甘薯中丰富的锌、铁、铜、锰、钙、硒等微量元素，能帮助人体抗疲劳、抗衰老、消除自由基等；果胶能降低胆固醇和血糖，还可用作血浆代用品等。而有机酸类提取物、糖酯类提取物和脂肪醛类提取物则分别具有抑制黑色素、抗癌及 降血脂等作用 7。现有的紫甘薯工业加工多为得到这些成分。根据毛建霏等人研究发现用柠檬酸水溶液作为提取3 液 ,使用超声波辅助萃取，能快速有效的得到紫甘薯色素 8。李红、孙建荣的研究则发现紫甘
10、薯天然色素在提取剂 0.5%，盐酸 -65%乙醇混合液 V(0.5%盐酸 )： V（ 65%乙醇） =1:1，提取温度 80 ，提取时间 120min，料液比 1:20条件下提取的染料在酸性条件下稳定性好，且摩擦牢度和皂洗牢度满足服装的色牢度要求 9。而江雪等发现紫甘薯多糖对于辐射具有一定的防护作用，主要是多糖对造血系统起到保护以及恢复 作用；还能提高抗氧化物酶的活性，减少氧自由基的产生等；同时能保护细胞膜结构，刺激胸腺和脾脏的增值 10。还有很多研究者开发出了紫甘薯饮料、紫甘薯糊等，使得紫甘薯开始被人们广泛的食用。 但是，紫甘薯中除了这些功能性成分具有优异的利用价值，丰富的淀粉资源也具有相当
11、不菲的应用价值。现如今淀粉已经不再仅限于食用，人们已经开始将其作为吸附剂、保形剂等使用，除此还衍生出变性淀粉，以丰富工业生产。常见的变性淀粉比如多孔淀粉，被添加进糖果或咖啡等具有浓郁香味的食品中，作为被吸附物，缓慢的释放香气，由于多孔淀粉能比原淀粉吸 附更多的物质，而且可以更长久的维持香味 11；羧甲基淀粉则被添加进冰淇淋、果汁等中起到增稠和稳定的作用，还能有效地防止奶蛋白质的凝聚，延长保藏期 12；而双醛淀粉的应用就更广泛了，应用到制革中，可以使皮革具有革色浅、质软和耐水洗等特性，作为上浆剂和交联剂就可以提高纺织品的耐洗烫性能，是纺织品更耐用，添加入烟草中就可以防水等 13。还有抗性淀粉、预
12、糊化淀粉、环状糊精、酸变性淀粉、交联淀粉等。变性淀粉已经成功的取代了 酪蛋白、乳脂取代物在肉、乳等仿制品及牛乳中的应用。淀粉已经全面进入了包括工业、农业、机械、 化工等生产应用。据了解，目前全世界已有 2000种以上的以淀粉为原料的深加工产品，变性淀粉是淀粉深加工中的第二大品种。过去国外的工厂主要使用“原淀粉”，可是近十年，就会根据各种不同的需求，逐渐改用更加低损耗、高效益的“变性淀粉”。而且多数的变性淀粉具有很强的专用性，即一个型号的变性淀粉只针对一种用途。据调查，美国年产淀粉千万吨以上，变性淀粉就有 300万吨， 1991年造纸业就用了67.5万吨； 1987年，日本淀粉年产 260万吨，
13、变性淀粉就有 15万吨左右； 1991年欧洲淀粉年产 572万吨，变性淀粉就占了 90万吨。 而我国将近 200万吨的年产，变性淀粉仅站了 3万多吨。可见国内的变性淀粉水平还是相对比较落后且单一的。所以加大变性淀粉的开发研究可以在很大程度上提升我国变性淀粉的加工利用。4 而 紫甘薯作为新型品种，其中含有的大量的优质淀粉也可以被提取应用于生产实践中。虽然国内对紫甘薯本身的研究起步较晚，研究成果也较少，目前较为完整的加工品种仅有紫色干薯片、甘薯条、全细胞颗粒紫色甘薯粉等 14，而直接以紫甘薯淀粉为加工原料的产品就更是微乎其微。所以在紫甘薯产品的加工生产中，产品单一，技术落后，产业化程度不高，致使资
14、源浪费情况相当 严重衍生产品的市场竞争力并且满足人们对于追求健康、安全食品的愿望，对紫甘薯淀粉的理化特性进行详细的研究是具有重大意义的。而本课题就主要对淀粉的糊化、老化、透光率、溶胀势、白度及粘度等理化特性进行实验测定，对实际的实验数据进行分析讨论，尽可能的得出一些结论，为今后深入研究紫甘薯淀粉提供一些基础依据及参考，也能为各界提供一份相对详细的紫甘薯淀粉理化特性的数据，和实际生产以及一些新型品种开发的参考。 2 材料与方法 2.1 材料与试剂 紫甘薯全粉，于低温干燥处密封包藏。 表 1 主要化学药品和试剂 试剂 纯度 生产厂家 盐酸 分析纯 溧阳市光源工贸有限公司 氢氧化钠 分析纯 浙江中星
15、化工试剂有限公司 30%过氧化氢 分析纯 杭州高晶精细化工有限公司 表 2 主要仪器和设备 仪器名称 型号 生产厂家 全自动测色色差计 WSC-S 上海 物理光学仪器厂 电子精密天平 PL203 梅特勒 -托利多仪器（上海）有限公司 数显粘度计 NDJ-8S 上海精科天平 冰箱 BCD-212DC 青岛海尔股份有限公司 紫外可见分光光度计 754 上海菁华科技仪器有限公司 数显恒温水浴锅 HH-4 金坛市城西青兰实验 仪器厂 鼓风干燥箱 DHG-9145A 上海慧泰仪器制造有限公司 5 电磁炉 MC-SF2012 广东美的生活电器制造有限公司 离心机 TGL-20bR 上海安亭科学仪器厂 2.
16、2 试验方法 2.2.1 原料处理 本实验采用的是酸处理法提取紫甘薯淀粉。 具体方法为：将紫甘薯全粉加入蒸馏水中搅拌，混合均匀后添加 0.1mol/L 的盐酸边搅拌边测定溶液 pH，当 pH达到 5 时，停止加入。静置浑浊液片刻，然后用纱布过滤得紫甘薯的淀粉糊。过滤结束后静止片刻，撇去上清液，将淀粉溶液放入 鼓风干燥箱 中，在 40 -50的温度下烘干，就可得紫甘薯淀粉。所得的紫甘薯淀粉要密封保藏于低温干燥环境中。 2.2.2 紫甘薯淀粉的糊化测定方法 准确配制 8%的紫甘薯淀粉乳，从室温开始水浴加热，匀速升温到 30 后，用 NDJ-8S数显粘度计测定其粘度值并记录。持续升温，每 5 测定一
17、次粘度值直至 95 ，然后在 95 温度下恒温保持 30min后测定其粘度值，再以相同速度降温至 50 测定粘度值，恒温保持 50 温度 30min后测定粘度值 15。 2.2.3 紫甘薯淀粉的老化测定方法 用紫甘薯淀粉准确配制 8%的淀粉乳 9 份，将淀粉乳密封后置于沸水浴中加热，处理时间分别为 20min， 25min， 30min， 35min， 40min， 45min， 50min，55min 和 60min。加热结束后，自然冷却后调糊使其浓度维持稳定，再分别从每份淀粉糊中称取 50g 进行密封包装，至于 2 冰箱中冷藏 24 小时，取出后用离心机以 3000r/min 的转速离心
18、15min，将上清液和沉淀物分离，分别称重后可以计算出析水率，也就是老化值 16。 2.2.4 紫甘薯淀粉的透光率测定方法 用紫甘薯淀粉准确配制 8%的淀粉乳 5 份，将配制好的淀粉乳置于沸水浴中分别加热搅拌 20min、 30min、 40min、 50min 和 60min，加热结束后取出自然冷却至室温，即 25 。再用蒸馏水调整体积使之与原始体积相同。用分光光度计，以蒸馏水作参比，在 650nm 波长下测定各淀粉糊的透光率 17。 2.2.5 紫甘薯淀粉的溶胀势测定方法 用紫甘薯淀粉准确配制 8%的淀粉乳 5 份，在 95 的水浴锅中分别均匀搅拌6 处理一段时间，处理的时间分别为 20m
19、in、 30min、 40min、 50min 和 60min。加热结束后，取出样品进行自然冷却，直至淀粉糊的中心温度为室温为止。用离心机以 8000r/min 的转速离心 15min，把上清液与沉淀物分开。将上清液水浴烘干，称重得可溶淀粉干重 A，称量沉淀物就能得到淀粉糊重量。计算公式参考：可溶率 =A/W 100%(W：淀粉样品重量（干基） )颗粒膨胀势 =淀粉糊重量 /试样干重（ 1-可溶率） 16。 2.2.6 紫甘薯淀粉的脱色测定方法 准确配制 8%的紫甘薯淀粉乳，然后平分成 16 份。用 2%氢氧化钠调节 pH值，放置于一定温度下的恒温水浴锅中搅拌， 15min 后边搅拌边加入一定
20、量的 30% H2O2。水浴恒温反应一段时间后，测定反应体系的 pH 值，抽滤弃滤液，得甘薯淀粉乳，在 40-50 下恒温干燥 3h 可得淀粉，然后测定淀粉的白度 17。 2.2.7 紫甘薯淀粉的粘度测定方法 选用 3号转子在 H范围内以 6转分的速度测定粘度。用紫甘薯淀粉准确配制4%、 5%、 6%、 7%和 8%的淀粉乳各一份，放置于恒温锅内不断搅拌加热，从 30开始每 5C 测定一次粘度值， 每个温度保持 5min，直至测定到 95 的粘度后恒温保温 30min，再测定保温后的粘度值，最后自然冷却淀粉糊至 50 ，测定该温度下的粘度值 18。 3 结果与分析 3.1 紫甘薯淀粉的糊化 图
21、1 紫甘薯淀粉的糊化曲线05000100001500020000250003000035000400003 0 3 5 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 5 8 0 8 5 9 0 9 5 9 5 5 0 5 0 温度粘度（Pa.s）淀粉糊化的本质其实就是在加热过程中悬浮液中的水分子开始剧烈运动进入淀粉分子里，使分子与分子之 间 的氢键断裂，原本排列紧密的微晶束结构变得松散无序，淀粉分子得到充分伸展，使得整个淀粉糊体系的混乱度增加，而淀粉分子上的氢键与水分子发生高度水化作用 19。由图 1 中可见，紫甘薯淀粉在7 30 -45 之间，变化趋势并不大，这可能 与淀粉在较
22、低温度下不溶于水有关。当温度达到 45 以上后，随着温度的上升，水分子开始大量进入到淀粉分子中，并充分保存于淀粉分子里，与分子间的氢键结合，致使淀粉分子迅速膨胀，整个体系开始进入糊化阶段，混乱度增加、粘度上升的现象，直到 70 时达到了顶峰。由此可以推断出，紫甘薯淀粉的起始糊化温度为 45 ，顶点温度为 70 ，而崩解温度为 75 ，对淀粉进行恒温静置，其粘度都呈现下降趋势，可见 8%的紫甘薯淀粉的冷稳定性是比较差的。对结果进行分析，紫甘薯淀粉的起始糊化温度相对比较低的，说明比较容易发生糊化作用。其峰值粘度相 对较高，而在整个粘度上升阶段中，紫甘薯淀粉的曲线比较平缓，可理解为到达顶峰粘度所需的
23、能量比较多。这可能与其内部晶体结构排列精密有关的。根据图 1 的变化，可以知道在加热和冷却过程中，紫甘薯淀粉的稳定性都比较弱，而凝胶性比较强。 3.2 紫甘薯淀粉在不同加热时间下的老化 图2 不同加热时间下的紫甘薯淀粉的老化曲线0 . 0 0 %5 . 0 0 %1 0 . 0 0 %1 5 . 0 0 %2 0 . 0 0 %2 5 . 0 0 %3 0 . 0 0 %3 5 . 0 0 %4 0 . 0 0 %2 0 m i n 2 5 m i n 3 0 m i n 3 5 m i n 4 0 m i n 4 5 m i n 5 0 m i n 5 5 m i n 6 0 m i n时间（m i n ）析水率老化作用其实是糊化作用的逆反应。其本质就是将已经分散，无定形的淀粉分子重新组合成不溶解的，高度密集的形式。直链淀粉和支链淀粉的直线部分再次趋向于平行排列，形成结晶体。只是经过糊化、老化的淀粉结构已经和原淀粉有很大差异。分析图 2，紫甘薯淀粉的 析水率其实并不高，即使加热 60min，析水率也只有 35.61%。可见，紫甘薯淀粉的冻融稳定性还是可以的。随着加热时间的增加，老化程度不断加深。在 20min-25min 和 55min-60min 时间段，老化较为剧烈，可能是因为水分子大量进入淀粉分子中，使内容物迅速溶出。
