快速黏度分析仪与旋转流变仪测定淀粉黏度特性的对比

黄峻榕， 唐晓东， 蒲华寅

(陕西科技大学 食品与生物工程学院, 陕西 西安　710021)



快速黏度分析仪与旋转流变仪测定淀粉黏度特性的对比

黄峻榕， 唐晓东， 蒲华寅

(陕西科技大学 食品与生物工程学院, 陕西 西安710021)

摘要：分析比较了快速黏度分析仪和旋转流变仪在薯类、豆类和谷类淀粉黏度性质测定方面的差异.结果显示：与快速黏度分析仪的测定值相比，旋转流变仪测得的不同淀粉糊化温度值低1 ℃～8 ℃，不同淀粉峰值黏度值高0～335 cP.两种仪器的测定结果与变温速率的关系一致：变温速率大，测得的淀粉糊化温度和峰值黏度高；变温速率小，测得的淀粉糊化温度和峰值黏度低.由此可知，淀粉的黏度特性不仅与淀粉的种类有关，还与测试的仪器以及测试的条件有很大的关系.因此，在进行淀粉黏度测定时，需要将淀粉种类、测试仪器以及测试条件综合起来考虑以确保讨论结果更科学.

关键词：快速黏度分析仪； 旋转流变仪； 淀粉； 黏度

0引言

黏度是淀粉在糊化过程中的一种重要的性质.目前，淀粉黏度测定仪器主要有布拉班德黏度仪、快速黏度仪和旋转流变仪，关于前两种仪器的对比研究已有报道[1-4].Thiewes等[5]发现布拉班德黏度仪和快速黏度分析仪在测定马铃薯、蜡质玉米和小麦淀粉黏度性质方面的差异性不显著.Defenbaugh等[6]通过研究得出的结论是，升温速率与布拉班德黏度仪和快速黏度分析仪测定的淀粉黏度值有很大的相关性.Mert等[7]发现通过旋转流变仪测定玉米淀粉流变性质的同时，也可以快速、准确地得到其黏度参数值.张智明等[8]总结了旋转流变仪在食品中的广泛应用，并介绍了其基本工作原理.但有关快速黏度分析仪与旋转流变仪对比的研究尚未见报道.

本研究用这两种仪器分别测试薯类、豆类和谷类淀粉的黏度特性，并对结果进行对比分析，研究结果可为今后淀粉黏度特性的研究和产品开发提供理论支持.

1实验部分

1.1实验材料

马铃薯淀粉(青海威思顿薯业集团有限责任公司)；红薯淀粉(北京德众嘉鑫经贸有限公司)；木薯淀粉(上海禾煜贸易有限公司)；绿豆淀粉(西安香再来调味品厂)；豌豆淀粉(成都扬天食品有限公司)；小麦淀粉(上海禾煜贸易有限公司)；荞麦淀粉(榆林市新田源集团富元淀粉有限公司)；玉米淀粉(上海禾煜贸易有限公司).

1.2主要仪器设备

快速黏度分析仪(RVA-TecMaster，瑞典波通瑞华科学仪器公司，如图1所示)；旋转流变仪(AR-2000，美国TA公司，如图2所示).

图1　快速黏度分析仪(左)及其样品盒与搅拌桨(右)

图2　旋转流变仪(左)及其样品盒与搅拌桨(右)

1.3实验方法

1.3.1样品制备

用蒸馏水配制5%(w/w，以干基计)的淀粉乳28 g，分别置于快速黏度分析仪和旋转流变仪的专用测量杯中.

1.3.2测试程序

本研究采用了两种不同的程序来分析两种仪器在不同种类淀粉黏度特性测定方面的差异，表1、表2分别为两种测试程序的设定值，图3为两种测试程序的温度控制曲线图.

表1　测试程序1(变温速率12 ℃/min)

表2　测试程序2(变温速率6 ℃/min)

图3　两种测试程序的温度控制曲线图

2结果与讨论

2.1两种仪器的区别

快速黏度仪和旋转流变仪都是一种由计算机控制，配有专用软件的旋转式黏度测试仪.它们都能快速升温/冷却,准确调节搅拌器的转速，同时保证试样温度均匀一致.这两种仪器共同的优点在于样品用量少，测定过程短[9].两者在黏度单位、测定范围等方面有所不同(如表3所示).

表3　快速黏度分析仪与旋转流变仪的区别

注：“+”表示难易及高低.

2.2两种仪器测定8种淀粉的黏度曲线

对8种淀粉的测定结果表明：同一种淀粉通过两种仪器(快速黏度分析仪和旋转流变仪)测定可得到相近的黏度曲线，如图4、图5所示.根据Schoch等[10]对黏度曲线的分类，马铃薯淀粉的黏度曲线为A型，有明显黏度峰，且在温度到达峰值黏度后，黏度快速大幅降低.红薯、木薯和玉米淀粉的黏度曲线为B型，峰值黏度较低，之后黏度下降且幅度较小.绿豆、豌豆和小麦淀粉的黏度曲线为C型，没有明显的黏度峰，在加热过程中，黏度保持稳定，在冷却时黏度升高.在测定程序相同的情况下，快速黏度分析仪测得的淀粉黏度曲线与旋转流变仪测得的淀粉黏度曲线存在微小的差异，这种差异与仪器的测定精度有关(如表3所示).

图4　两种仪器测定8种淀粉的黏度曲线(程序1，12 ℃/min)

图5　两种仪器测定8种淀粉的黏度曲线(程序2，6 ℃/min)

2.3两种仪器测定8种淀粉的糊化温度

淀粉的糊化温度是淀粉黏度性质最重要的参数指标之一.从表4可以看出，在8种淀粉中，马铃薯淀粉的糊化温度最低(62.1 ℃～69.5 ℃)，小麦淀粉的糊化温度最高(91.6 ℃～95.5 ℃)，这与廖卢艳等[11]的发现一致.快速黏度分析仪与旋转流变仪测得的不同种类淀粉的糊化温度随变温速率的变化关系是一致的，变温速率大，测得的淀粉糊化温度高；变温速率小，测得的淀粉糊化温度低.

表4　两种仪器测定8种淀粉的糊化温度(℃)

Uriyapongson等[12]也报道过低的升温速率下测得淀粉糊化温度较小.这是由于变温速率较小时，淀粉颗粒受热搅拌时间较长，达到颗粒开始膨胀时的温度较低.而在相同的测试程序下，快速黏度分析仪测得的不同种类淀粉的糊化温度要比旋转流变仪测定结果高1 ℃～8 ℃.这与两种仪器测定8种淀粉到达糊化温度所需时间有关：时间越长，糊化温度越高，反之亦然(如表5所示).

表5　两种仪器测定8种淀粉到达糊化

2.4两种仪器测定8种淀粉的峰值黏度

淀粉的峰值黏度是区别淀粉性质最重要的特征参数.从图6、图7可以看出，马铃薯淀粉的峰值黏度最高，文献中也报道了马铃薯淀粉的峰值黏度高于豌豆、绿豆、小麦和玉米淀粉[13-15].快速黏度分析仪与旋转流变仪测得的不同种类淀粉的峰值黏度随变温速率的变化关系是一致的，变温速率大，测得的淀粉峰值黏度高；变温速率小，测得的淀粉峰值黏度低.这是由于变温速率大，即升温速度快，淀粉颗粒膨胀快，淀粉的峰值黏度高.

在相同的测试程序下，快速黏度分析仪测得淀粉的峰值黏度要比旋转流变仪测定结果低0～335 cP(如图7所示)，这一现象与Suh等[16]的研究结果一致.这与两种仪器测定8种淀粉到达峰值黏度所需时间有关：时间越长，到达峰值黏度时的温度越高(如表6所示)，表现出的黏度值越低，反之亦然(如表7所示).

图6　两种仪器测定8种淀粉的峰值黏度图

图7　两种测试程序下8种淀粉的峰值黏度图

淀粉程序1(变温速率12℃/min)快速黏度分析仪旋转流变仪差值程序2(变温速率6℃/min)快速黏度分析仪旋转流变仪差值马铃薯88.773.615.178.371.96.4红薯95.495.00.494.993.21.7木薯94.789.55.289.984.25.7绿豆95.093.31.794.993.01.9豌豆95.493.81.690.789.41.3小麦94.994.60.394.793.90.8荞麦89.587.81.785.082.52.5玉米95.093.71.394.693.01.6

表7　两种仪器测定8种淀粉到达峰值

3结论

通过对比快速黏度分析仪与旋转流变仪测定8种原淀粉的黏度特性，得到以下结论：

(1)快速黏度分析仪测得的不同淀粉糊化温度值高于旋转流变仪的测定值.

(2)快速黏度分析仪测得的不同淀粉峰值黏度值低于旋转流变仪的测定值.

(3)两种仪器的测定结果与变温速率的关系一致：变温速率大，测得的淀粉糊化温度和峰值黏度高；变温速率小，测得的淀粉糊化温度和峰值黏度低.

淀粉的黏度性质不仅仅与淀粉的种类有关，还与测试的仪器以及测试的条件有很大的关系.因此，在进行淀粉黏度测定时，为了得到最佳的测定结果，需要根据样品的黏度范围合理选择测试的仪器以及测试的条件.

参考文献

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[14] 马冰洁,唐洪波,马玲,等.马铃薯淀粉糊的黏度性质[J].东北林业大学学报,2006,34(4):73-75.

[15] 任顺成,李翠翠,邓颖颖,等.鹰嘴豆、饭豆、绿豆淀粉性质的比较[J].中国粮油学报,2011,26(1):61-64.

[16] Suh D S,Jane J.Comparison of starch pasting properties at various cooking conditions using the micro visco-amylo-graph and the rapid visco analyser[J].Cereal Chemistry,2003,80(6):745-749.

【责任编辑：陈佳】

Comparison of rapid viscosity analyzer and rotational rheometer on starch pasting properties

HUANG Jun-rong, TANG Xiao-dong, PU Hua-yin

(School of Food and Biological Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

Abstract:Pasting properties of tuber, legume and cereal starches were determined and compared by using rapid viscosity analyzer (RVA) and rotational rheometer, respectively.The pasting temperatures and the peak viscosities of different starches obtained by rotational rheometer were 1 ℃～8 ℃ lower and 0～335 cP higher than those by RVA,respectively.For these two kinds of instruments,the relationship between the results and the cooking (heating/cooling) rate is consistent: the pasting temperature and the peak viscosity were higher when measured at higher cooking rate.It can be seen that starch pasting properties were related not only to type of starch,but also to instrument and testing condition.Therefore,it is more scientific to consider these three factors together in the discussion of results.

Key words:rapid viscosity analyzer; rotational rheometer; starch; viscosity

中图分类号：TS231

文献标志码：A

文章编号：1000-5811(2016)02-0118-05

作者简介:黄峻榕(1971-)，女，福建福州人，教授，博士，研究方向：淀粉资源的开发与利用

基金项目：国家自然科学基金项目(31371786)； 陕西农产品加工技术研究院科研计划项目(NYY-090101)

收稿日期:2016-02-15