糖醇对甘薯淀粉理化性质的影响

南 冲 熊 柳 孙庆杰 杨姗姗

(青岛农业大学食品科学与工程学院，青岛 266109)

甘薯(Ipomoea batatas LAM)，又名红薯、番薯、地瓜、山芋、红苕等，为旋花科块根类作物，是我国重要的粮食、饲料和工业原料，在我国的种植面积约660万公顷，仅次于水稻、小麦和玉米，居第4位［1－3］。目前对于甘薯除了传统的蒸、煮、烤等直接使用外，各种休闲食品如:甘薯果酱、甘薯果脯、甘薯糕及糖渍甘薯食品和甘薯糖果类等越来越受到广大消费者的喜爱，但是，这些食品，由于含糖量多，热量高，不适宜糖尿病、肥胖症等患者食用。因此，用低糖、低热量和功能性糖来替代蔗糖在甘薯制品中的应用具有相当重要的意义。

糖醇是指糖(包括四碳糖、五碳糖、六碳糖或其聚合体)的还原性羰基经过加氢后生成的一类多元醇，具有低热量，防龋齿，不会引起血糖的升高，促进肠道内双歧杆菌增殖，改善肠道功能等功能，以糖醇作为食糖的替代品被广泛应用于焙烤、糖果、饮料、果脯等食品工业中。糖醇虽然不是糖，但具有某些糖的属性，不论外观和性能均和食糖有不少相似之处，如糖醇外观是白色粉状，液体产品也和糖浆相似。大部分糖醇都有一定甜味、吸湿性和较高的耐热性，宜于制造松软性食品，如蛋糕、面包等。除半乳糖醇外，大部分糖醇在水中的溶解性都很好，可以作为甜食品原料制取果脯、糕点和饮料。

甘薯是一种富含淀粉的作物，淀粉含量高达30%左右，因此，甘薯淀粉的理化性质严重影响甘薯的加工应用。目前，糖类、盐类及胶类等对于甘薯淀粉性质影响的研究较多，M H Lee［4］研究了海藻酸钠、瓜尔胶、阿拉伯胶、刺槐豆胶和黄原胶等9种多糖胶体在反复冻融处理过程中对甘薯淀粉凝沉的抑制效果，结果表明:海藻酸钠、瓜尔胶和黄原胶抑制淀粉凝沉的效果最明显。高群玉等［5］在甘薯淀粉糊性质的研究中，测定了甘薯淀粉在不同浓度、pH、食糖、盐和硬脂酸条件下对甘薯淀粉糊黏度曲线的影响，结果指出添加蔗糖、NaCl和硬脂酸都增加甘薯淀粉糊黏度的热稳定性和冷湖黏度，但是降低了峰值黏度。李光磊等［6］在不同食品成分对红薯淀粉糊黏度特性的影响中指出，NaCl使红薯淀粉糊的峰值黏度下降，蔗糖则使红薯淀粉糊的峰值黏度升高，二者均能增强淀粉糊的回生性。但是，国内外对于糖醇对淀粉性质影响的研究较少，Y－R Kim等［7］利用核磁共振研究了糖和糖醇对玉米淀粉凝胶冷冻性质的影响。M H Beak等［8］研究了糖和糖醇对于玉米淀粉凝胶热力学稳定性的影响，得出了不同的糖和糖醇对玉米淀粉凝胶热力学稳定性影响是不同的，糖和糖醇均促进了支链淀粉的重结晶，糖醇比相应的糖更容易使得淀粉老化。糖醇对于红薯淀粉性质的影响未见报道，因此本研究以甘薯淀粉为原料，研究了麦芽糖醇、赤藓糖醇和木糖醇对甘薯淀粉溶胀度、可溶指数、糊化特性以及质构特性的影响，以期为糖醇替代蔗糖生产低糖、低热量、功能性甘薯和甘薯淀粉制品提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

甘薯淀粉:青岛海达尔淀粉有限公司;麦芽糖醇、赤藓糖醇、木糖醇:山东福田糖醇有限公司。

1.2 试验仪器

Anke TDL－40B型离心机:上海安亭科学仪器厂;DHG－9070A型恒温干燥箱:上海精宏实验设备有限公司;Sartorius电子天平:北京赛多利斯天平有限公司;红外水分测定仪:北京赛多利斯天平有限公司;电热恒温水浴锅:龙口市先科仪器公司;TAXT.Plus物性测定仪:英国 Stable Micro Systems公司;Newport－4D快速黏度分析仪(RVA):澳大利亚新港公司。

1.3 试验方法

1.3.1 甘薯淀粉溶胀度、可溶指数的测定［9］

可溶指数=干燥物质量/(糖醇质量+淀粉质量)×100%

溶胀度=沉淀物质量/(糖醇质量+淀粉质量)×(1－可溶指数)

1.3.2 甘薯淀粉糊化特性的测定［10］

采用快速黏度分析仪进行测定，按糖醇与淀粉干基比是 0∶1、0.2∶1、0.5∶1、1∶1、2∶1、4∶1 分别称取麦芽糖醇、赤藓糖醇、木糖醇的量。温度程序如下:淀粉浆先在50℃下平衡1 min，然后以12℃/min的速率加热到95℃，在95℃保持2.5 min，再以相同的速率冷却到50℃，最后在50℃保持2 min。搅拌叶片的转速在前10 s为960 r/min，其他时间均为160 r/min。

1.3.3 甘薯淀粉凝胶质构特性的测定

将RVA测定后的甘薯淀粉糊，在4℃下放置24 h，测定淀粉凝胶质构特性。采用TA.XT plus物性仪对淀粉凝胶的质构进行测定，主要参数为:运行模式:Texture Profile Analysis(TPA);试验前速:1.00 mm/s;试验速度:1.00 mm/s;返回速度:5.00 mm/s;测试距离:30.00%;感应力:Auto－10.0 g;数据取点数:200 pps;探头:HDP－LKB，探头高度为30 mm。

2 结果与讨论

2.1 糖醇对甘薯淀粉溶胀度、可溶指数影响的结果

2.1.1 糖醇对甘薯淀粉溶胀度的影响

不同添加量的麦芽糖醇、赤藓糖醇和木糖醇对甘薯淀粉溶胀度影响的结果分别见图1～图3。

近年来中国逐渐成为世界上最重要经济体之一，高铁是我国在世界高端装备制造业领域取得成功的代表性产业之一。随着中国高铁在世界上美誉度和知名度的提升，该产业迎来了重要的国际化发展机遇。

由图1～图3可见，随着加热温度的升高，各样品的溶胀度增加;添加糖醇后，甘薯淀粉的溶胀度相对于未添加糖醇的甘薯原淀粉(对照)下降，且随着糖醇添加量的增加，溶胀度显著下降，这说明麦芽糖醇、赤藓糖醇和木糖醇这3种糖醇的加入均抑制了甘薯淀粉的溶胀。这是由于糖醇含有多个羟基，极易结合淀粉乳中的水分，相对地减少了淀粉溶胀的水分，且随着糖醇添加量的增加，其结合水分越多，对于淀粉溶胀的抑制就越强。

2.1.2 糖醇对甘薯淀粉可溶指数的影响

不同添加量的麦芽糖醇、赤藓糖醇和木糖醇对甘薯淀粉可溶指数影响的结果分别见图4～图6。

由图3～图6可以看出，各样品均是随着加热温度的升高，可溶指数呈上升趋势，且随着3种糖醇添加量的增加，可溶指数逐渐增大。这是由于糖醇溶于水，在水分充足时，糖醇添加量越多，溶于水中的越多。当温度低于75℃，可溶指数随温度上升，变化不明显，但当温度高于75℃时，可溶指数显著增加，且随着3种糖醇添加量的增加，随着温度的升高，可溶指数的增加明显降低，这说明3种糖醇与水结合的添加明显的抑制了直链淀粉的溶出，且随着糖醇添加量的增多，抑制越明显。这与Georgia等［11］的研究结果相似，他们指出糖醇的溶出与直链淀粉结晶的结构有关，因为糖醇与直链淀粉之间形成氢键桥。

2.2 糖醇对甘薯淀粉糊化特性的影响

不同添加量的麦芽糖醇、赤藓糖醇和木糖醇对甘薯淀粉糊化特性曲线及特征值影响的

结果分别见图7～图9和表1～表3。

图9 不同添加量木糖醇对甘薯淀粉糊化特性影响的曲线图

由图7～图9可以看出，麦芽糖醇、赤藓糖醇和木糖醇在不同添加量下对甘薯淀粉糊化特性曲线的影响呈现一致性，即在测试初期，随着加热温度的升高，淀粉颗粒开始溶胀，黏度值上升，当溶胀和多聚体逸出导致黏度增加与破裂和多聚无重新排列导致黏度降低之间达平衡时，黏度达最大值，即峰值黏度。峰值黏度显示了淀粉或混合物结合水的能力。之后当温度保持恒定，由于机械力的作用，黏度值下降，随着混合物逐渐冷却，直链淀粉分子间发生重聚合，使得黏度有所上升。

由表1～表3所示，糊化温度随糖醇添加量的增加均呈不同程度的上升，这是由于糖醇更易与水结合，抑制了淀粉的溶胀，达到淀粉的糊化需要更高的能量。这与M H Baek等［8］在采用DSC对糖和糖醇对玉米淀粉凝胶热稳定性中得到的结论是一致的。在糖醇添加量小于0.5∶1时，3种糖醇对于甘薯淀粉峰值黏度的影响均不显著，当麦芽糖醇和木糖醇添加量均为1∶1时，甘薯淀粉峰值黏度显著升高至最大值，随着3种糖醇添加量的继续增加，峰值黏度均逐渐下降。Georgia等［11］在研究山梨糖醇对淀粉脂肪酸体系的理化特性的影响中指出，添加山梨糖醇后，玉米淀粉糊黏度增大且随着山梨糖醇浓度的增大，黏度增大显著，并指出这是由于山梨糖醇与直链淀粉双螺旋结构的表面之间建立了氢键桥，导致直链淀粉亲水性和流动性增大，故而黏度增大。当糖醇的添加量小于2∶1时，麦芽糖醇和赤藓糖醇对甘薯淀粉衰减值和回生值影响不显著，而随着木糖醇添加量的增大，回生值升高。这说明了木糖醇在一定量范围内促进了甘薯淀粉的短期回生。当糖醇的添加量为4∶1时，3种糖醇均显著性的降低了淀粉糊的回生值，降幅达37.88%。

表1 不同添加量麦芽糖醇对甘薯淀粉糊化特征值的影响

表2 不同添加量赤藓糖醇对甘薯淀粉糊化特征值的影响

表3 不同添加量木糖醇对甘薯淀粉糊化特征值的影响

2.3 糖醇对甘薯淀粉凝胶质构的影响

RVA测定后的甘薯淀粉糊，在4℃下放置24 h后所得的甘薯淀粉凝胶，采用质构仪测定的不同添加量的麦芽糖醇、赤藓糖醇和木糖醇对甘薯淀粉凝胶质构特性影响的结果见表4～表6。

表4 不同添加量麦芽糖醇对甘薯淀粉凝胶质构的影响

表5 不同添加量赤藓糖醇对甘薯淀粉凝胶质构的影响

表6 不同添加量木糖醇对甘薯淀粉凝胶质构的影响

由表4～表6可以看出，相对于甘薯原淀粉，添加糖醇后，淀粉凝胶硬度增加，当糖醇添加量为2∶1时，硬度值显著性增加，且之后随着糖醇添加量的继续增多，硬度值变化不明显。M H Baek等［8］在采用DSC对糖和糖醇对玉米淀粉凝胶热稳定性的研究中指出，木糖醇、山梨糖醇和甘露糖醇的添加促进了玉米淀粉的重结晶和淀粉凝胶的回生。Anil Gunaratne等［12］在对小麦淀粉和马铃薯淀粉的研究中指出，添加一定量的蔗糖和葡萄糖等亦促进了淀粉的回生，原因可能是糖的添加影响了直链淀粉的重结晶，增加了直链淀粉分子间的作用及空间网络结构的刚性。相对于未添加糖醇的甘薯原淀粉，添加麦芽糖醇和木糖醇均不同程度的降低了甘薯淀粉凝胶的弹性、内聚性和恢复性，并随添加量的增多，降低越明显;在试验设计的添加量水平范围内，赤藓糖醇的添加量对甘薯淀粉凝胶的弹性没有显著性影响;当赤藓糖醇添加量小于2∶1时，对甘薯淀粉凝胶的内聚性和恢复性没有显著性影响，添加量为4∶1时，淀粉凝胶的内聚性和恢复性显著性降低。这是由于赤藓糖醇、木糖醇以及麦芽糖醇3种糖醇所含的羟基与淀粉和水之间形成了氢键，由于3种糖醇的结构以及所含羟基数目的不同，导致了它们对于淀粉凝胶质构的不同影响。

3 结论

麦芽糖醇、赤藓糖醇和木糖醇这3种糖醇均明显降低了甘薯淀粉的溶胀度和溶解度，且随着添加量的增多，降低越明显。糊化温度随糖醇添加量的增加均呈不同程度的上升，在糖醇添加量小于0.5∶1时，3种糖醇对于甘薯淀粉峰值黏度的影响均不显著，当麦芽糖醇和木糖醇添加量均为1∶1时，甘薯淀粉峰值黏度显著升高至最大值，随着3种糖醇添加量的继续增加，峰值黏度均逐渐下降。当糖醇的添加量小于2∶1时，麦芽糖醇和赤藓糖醇对甘薯淀粉衰减值和回生值影响不显著，而随着木糖醇添加量的增大，回生值升高。添加糖醇后，淀粉凝胶硬度增加，并且糖醇添加量为2∶1时，硬度达最大值。麦芽糖醇和木糖醇均不同程度的降低了甘薯淀粉凝胶的弹性、内聚性和恢复性;在试验设计的添加量水平范围内，赤藓糖醇的添加量对甘薯淀粉凝胶的弹性没有显著性影响。这说明糖醇的结构，所含羟基的数目以及与淀粉形成氢键桥的能力显著的影响了甘薯淀粉的理化性质。

志谢:青岛农业大学大学生创新立项项目。

［1］唐忠厚，陆国权.甘薯抗性淀粉理化特性研究［J］.中国粮油学报，2010，25(1):37 －42

［2］刘桂玲，张鹏，郑建利，等.不同类型甘薯品种主要经济性状和营养成分差异［J］.中国粮油学报，2012，27(2):10－13

［3］李忠海，刘建军，钟海雁，等.响应面法优化甘薯淀粉酶解条件的研究［J］.中国粮油学报，2009，24(10):64－69

［4］M H Lee.Freeze － thaw stabilization of aweet potato starch gel by poly saccharide gums［J］.Food Hydrocolloides，2002，16:345－352

［5］高群玉，吴磊，刘垚.甘薯淀粉胡性质的研究［J］.食品工业科技，2008，29(08):153 －155

［6］李光磊，曾杰，孙科祥.不同食品成分对红薯淀粉糊黏度特性的影响［J］.食品工业科技，2009(1):104－106

［7］Y － R Kim，B － S Yoo，P Cornillon，et al.Effect of sugars and sugar alcohols on freezing behavior of corn starch gel as monitored by time domain1H NMR spectroscopy［J］.Carbohydrate Polymers，2004，55:27 －36

［8］M H Beak，B Yoo，S T Lim.Effects of sugars and sugar alcohols on thermal transition and cold stability of corn starch gel［J］.Food Hydrocolloids.2004(18):133 － 142

［9］Jones C R.The production of mechanically damaged starch in milling as a governing factor in the diastatic activity of flour［J］.Cereal Chem.，1940(17):133 －169

［10］Jane J，Chen Y Y，Lee L F，et al.Effects of amylopectin branch chain length and amylose content on the gelatinization and pasting properties of starch［J］.Cereal Chemistry，1999(76):629－637

［11］Georgia Mantzari，Stylianos N.Raphaelides，Stylianos Exarhopoulos.Effect of sorbitol addition on the physicochemical characteristics of starch － fatty acid systems［J］.Carbohydrate Polymers，2010(79):154 －163

［12］Anil Gunaratne，Somathilaka Ranaweera，Harold Corke.Thermal，pasting，and gelling properties of wheat and potato starches in the presence of surose，glucose，glycerol，and hydroxypropyl β － cyclodextrin ［J］.Carbohydrate Polymers，2007(70):112 －122.