淀粉糊化及其检测方法

摘要：淀粉糊在食品工业具有重要应用价值。淀粉糊性质直接影响食品品质。该文介绍淀粉糊化特性及其检测方法，详述各种检测方法在淀粉糊中应用实例，并指出其中优缺点；提出今后淀粉糊检测方法发展方向，为淀粉糊在食品工业广泛应用奠定基础。

关键词：淀粉糊化淀粉检测淀粉

1、淀粉糊化及糊化特性

淀粉糊化过程实质是微晶束溶融过程。淀粉颗粒中微晶束之间以氢键结合，糊化后淀粉分子间氢键断裂，水分子进入淀粉微晶束结构，分子混乱度增加，糊化后淀粉一水体系行为直接表现为粘度增加。淀粉颗粒包括结晶结构和非晶结构(无定形结构)。淀粉结晶结构都与淀粉组成结构、天然合成、糊化过程、化学反应活性及变性淀粉性质应用等密切相关。在淀粉改性处理过程中，若其结晶结构被破坏，即非晶化后，将其在偏光显微镜下观察时，偏光十字消失。天然木薯淀粉颗粒具有明显对称偏光十字，说明存在晶体结构。预糊化木薯淀粉由于经历高温糊化过程，从而导致其颗粒膨胀，晶体结构消失。同样相类似，天然糯玉米淀粉颗粒偏光十字明显，而预糊化糯玉米淀粉晶体结构完全被破坏，无偏光十字。上述例子表明，淀粉经糊化后颗粒膨胀，晶体结构消失，无偏光十字。淀粉颗粒在过量水存在情况下连续加热引起颗粒进一步吸水膨胀。

淀粉糊特性是由淀粉类型、淀粉浓度、加热处理方式及其它共存物所决定。不同品种淀粉糊特性存在很大差别，且淀粉糊粘度、粘度稳定性、织纹特性、透明度、抗剪切能力、凝胶形成能力、凝沉性等均会直接影响淀粉糊用途。许多工业生产过程都需要经糊化淀粉，如纺织上浆和工业用淀粉水解。糊化直接影响到系统流变学和粘度特性，使淀粉更易被酶作用，糊化温度低，可明显降低糊化过程能耗。如稻米用于酿造业，其淀粉糊化温度低的特性尤为重要。淀粉糊粘度特性及其改变其它溶液和糊的粘度能力可用于食品工业，也可在石油钻井中用于调节钻探泥浆粘度。影响淀粉糊化因素很多，主要有淀粉颗粒微晶结构、直链淀粉含量、酸碱条件、添加剂及加工处理方式等。

2、淀粉糊化性质裣测

淀粉糊化过程是淀粉颗粒结晶区熔化，分子水解，颗粒不可逆润胀过程，糊化后淀粉一水体系直接表现为粘度增加。根据淀粉颗粒吸水膨胀、粘度增大、偏光特性改变，其糊化过程可分为淀粉乳中水分子被淀粉粒无定形区极性基团吸附并加热到初始糊化前的可逆润胀阶段，及继续加热达到糊化起始温度后的不可逆润胀阶段。淀粉糊化粘度可用布拉班德粘度仪(Brabender Viscograph，BV)和快速粘度分析仪(Rapid Visco Analyzer，RVA)测定。从RVA可读出峰值粘度(Peak Viscosity，PV)、热糊粘度(Hot PasteViscosity，HPV)、冷糊粘度(Cool Paste Viscosity，CPV)，并可进一步计算出崩解值(Breakdown)、回升值(Setback)等参数。

淀粉糊化特性测定方法多种多样。最早用于淀粉和含淀粉制品糊化特性测定的是稠度计，其后陆续出现其它类型粘度计。第一台布拉班德糊粘度测定仪使用是在上世纪30年代，该粘度测定仪成为工业界广泛用于淀粉和含淀粉制品特性评价标准仪器，该仪器最初是用来评价黑麦面粉质量和控制添加麦芽的小麦面粉中淀粉酶活性大小。差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry，DSC)首次用于淀粉性质测定是在1971年，这是一种热分析方法。

2．1差示扫描量热法(DSC)

差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry，DSC)是在程序升温条件下。保持待测物质与参照物温差为零，测定由于待测物相变或化学反应等引起输给它们所需能量差与温度关系一种方法，是用来进行高分子聚合物物态转化及热效应分析的常用技术手段，可用于测定高聚物晶体熔点、结晶度、物态转变热效应等。目前，淀粉糊化温度大多采用差示扫描量热法测定，从DSC谱上可确定糊化起始温度(To)、峰值温度(Tp)、最终糊化温度(Tc)和糊化过程焓变(AH)等参数。

DSC用于研究淀粉优势主要体现在：

(1)适用样品水分范围广；

(2)试样盒密封，样品水分不变；

(3)直接测出实验中试样热量变化：

(4)省时，不需额外技术等。

在淀粉研究中，DSC主要用于研究淀粉糊化特性、糊化程度、淀粉糊回生程度及淀粉颗粒晶体结构相转移温度测定。

2．2布拉班德粘度仪(Brabender Viscograph，BV)

布拉班德粘度曲线是世界淀粉行业通用一种评价淀粉糊化性质手段，不同淀粉具有不同布拉班德粘度曲线。通过分析，可得到糊化速度快慢、糊化温度、粘度稳定性和糊凝沉性趋势等许多重要数据。布拉班德粘度仪是在恒定转子转速下，在对淀粉乳进行连续、均匀加热升温过程中，旋转样品钵中淀粉乳(糊)与静止测定探头之间存在一个扭矩力，这个扭矩信号通过探头，转换成电信号输入到相应计算机中，被特定数据处理软件处理后，成功将粘度、温度和时间三者完美体现在同一张图象中。为进一步了解淀粉颗粒糊化后粘度变化特性，布拉班德粘度仪还增加保温、降温、保温过程中粘度与温度变化之间关系。得到这条曲线就是通常所说布拉班德粘度曲线。曲线可完整记录整个加热升温、热保温、降温及冷保温中粘度与时变化。应用布拉班德粘度仪检测淀粉粘度时，虽测定时间较长，但更能反映出不同时刻粘度变化情况。

2．3快速粘度分析仪(RVA)

2．3．1 RVA糊化原理

RVA工作原理是将产品复煮，测定淀粉转化程度来分析熟化度，类似于实际生产线上调质机，可用于在线工艺控制、产品开发、计量、输送、故障排除和竞争性产品分析RVA测定所需时间一般不超过20 min，需要样品量为2～4 g，获得信息结果为糊化温度、粘度及粘度间关系。

2．3．2快速粘度分析仪主要技术特点

(1)内置微处理器与计算机共同完成RVA控制和检测(粘度和温度测量、转速与加热／冷却速率控制等)功能。操作者可利用在计算机上运行Thermoclinefor Windows程序设定测试程序并对图形信息进行数据处理和结果分析。

(2)由计算机控制恒速转动搅拌器既可保证试样温度均一，又起着粘度传感器作用。电动机工作电流由微处理器测量和调节，使搅拌器转速保持恒定。操作者可根据试样特点和测试目的选择合适搅拌器转速(剪切力)。

(3)使用RVA进行测试时，被测试样置于铝制样品筒内。在测试时由铜质哈夫基座夹住铝制样品筒，使其稍有变形，从而保证基座与样品筒紧密接触，使热传导迅速。基座温度可按设定程序，由计算机准确控制。一定浓度淀粉悬浮液在加热一高温一冷却过程中，其粘滞力(Viscosity)会发生变化，这一粘滞性变化过程称为淀粉谱，采用RVA测定所得淀粉谱则称为RVA谱。

综上可知，RVA速度快，用料少，用途广泛，可测定绝对粘度；BV耗时长，样品需要量大，能较为真实反映淀粉糊化实际情况；DSC用料少，速度快，可提供糊化所需热焓，便于经济核算，但不能反映粘度。快速粘度分析仪(RVA)是一种由微处理器控制连续记录式旋转粘度计，能对试样施加可改变的温度，具有加热、冷却和可改变剪切力能力，同时还能连续检测试样粘度，采集数据和结果分析通过计算机接口送达专用软件进行处理，或通过前面板上显示器显示。由于它能以可控制方式迅速加热并冷却试样，因此特别适于测试淀粉质产品。因此，在今后淀粉特性分析时，应尽量应用RVA作为淀粉性质检测分析主要仪器，以便提高工作效率及分析准确度