水芹籽胶改善小麦淀粉蔗糖混合物的流变学、质构和理化性质
在商品淀粉中，天然小麦淀粉（NWS）价格低廉且易获取，但其某些特性（如糊化、回生和脱水）无法与玉米、马铃薯和大米淀粉相比。羟基胶体（如瓜尔胶、黄原胶、刺槐豆胶、CMC等）可以改善淀粉的功能特性和行为，如膨胀力、脱水、糊化温度、糊化、回生以及淀粉的流变特性和质地特性。水芹籽胶（CSG）作为一种新兴的半乳甘露聚糖，由于其独特的性质，已显示出改善食品系统结构和流变特性的能力。糖是食品配方中常见的添加剂，能够提淀粉高糊化温度，减少直链淀粉的浸出，加速或延迟淀粉凝胶形成，延迟淀粉凝胶在储存期间的回生，而蔗糖（SUC）是淀粉类产品中的一种重要甜味剂。该研究的目的是详细阐述不同取代度的CSG（5、10和15%）、SUC（5和10%）及其混合物对NWS凝胶（4%w/w）流变性能、织构属性、化学官能团、脱水和微观结构特征的影响。并分析贮藏时间对凝胶质地和脱水的影响。这项研究的结果将为CSG和SUC在改性NWS凝胶中的作用提供有用的信息。
成果介绍
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方法 /仪器 |
指标 |
结果 |
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旋转粘度计，流变仪 |
流变特性 |
1. NWS和NWS-SUC凝胶的表观粘度不随剪切时间的延长而变化。添加CSG使NWS凝胶的表观粘度随时间降低。随着CSG的加入，NWS凝胶的表观粘度急剧下降。CSG取代度大于10%的NWS-CSG-SUC凝胶的表观粘度高于NWS凝胶，而低于NWS-15%CSG凝胶。 2. 随着CSG取代度从0提高到15%，NWS凝胶的nH值分别从0.72降低到0.55。 3. 与NWS比，NWS-CSG-SUC混合凝胶具有更高的k值。其中NWS-15%CSG-10%SUC凝胶的k值最高，NWS-10%CSG-5%SUC凝胶的k值最低。 4. NWS凝胶的稠度系数（kH）为0.31 Pa.sn，随着CSG的取代度提高到15％，其稠度系数显着提高到1.13Pa.sn。 |
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挤压试验和质构仪 |
淀粉凝胶的质构特性 |
1. CSG取代度提高到15%，NWS凝胶的硬度从40.5g提高到44.5g，稠度从2.0mJ提高到2.3mJ。SUC置换水平提高到10%，NWS凝胶硬度从40.5 g降低到34.0 g，稠度从2.0 mJ降低到1.7 mJ。 2. 小麦淀粉凝胶粘着力值约为8.5g。CSG和SUC的加入量粘着力没有规律性的影响。 3. 在4℃中储存期间，NWS凝胶在7天和14天硬度分别从71.5 g显著增加到102 g和140 g。随着CSG和SUC取代度的增加，硬度在14天内下降。15%的CSG替代淀粉凝胶储存14天后，淀粉凝胶的硬度从140g降低到55.5g。 4.CSG和SUC都存在下，NWS凝胶的稠度、粘附力和粘附性在4℃储存14天都降低。CSG的浓度增加（从0到15%），NWS凝胶稠度、粘附力和粘附性参数分别从4.0–6.9 mJ到2.6–3.0 mJ，从24–62 g到11–12 g，从1.80 mJ到0.9–1.0 mJ；随着SUC取代水平的增加，凝胶稠度、粘附力和粘附性改变分别为2.8–5.1 mJ、11.5–47.5 g和0.7–1.1 mJ。 |
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傅里叶变换红外光谱(FTIR) |
分子内相互作用 |
1. 与NWS凝胶的光谱相比，NWS-CSG和NWS-SUC凝胶的光谱没有新的谱带，但是在CSG或SUC存在的情况下，NWS凝胶的透射率在900–1600、2900和3300 cm−1左右的波数处降低。 |
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扫描电子显微镜（SEM） |
微观结构 |
1.CSG和SUC的取代对NWS凝胶的结构和孔径有影响。随着CSG取代水平的增加，观察到更致密的凝胶结构和更小的孔隙。随着SUC浓度增加，NWS凝胶结构的内聚性大大降低，孔隙的大小变大，结构被削弱。 2.NWS-CSG-SUC凝胶中增加CSG的浓度会导致更小孔径和连续的凝胶结构。特别是在含有15%CSG和5%SUC的样品中，观察到比对照样品更连续的结构和更少的孔隙。 |
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淀粉样品在4℃储存1、7和14天。在测试前1小时从冰箱中取出，以达到环境温度。然后，离心并称量上清液（脱水率=上清液重量/初始样品重量*100） |
脱水率 |
1. NWS凝胶在4℃贮藏7天和14天的脱水值分别从34.46%增加到36.31%和50.58%。 2. CSG添加量为5%和10%时，NWS在贮藏7天后的脱水率分别由36.31%提高到41.15%和44.50%；而提高到15%时，NWS的脱水率降低到36.33%。CSG取代度从0提高到5%、10%和15%对NWS凝胶的脱水值有显著的降低作用，使NWS凝胶的脱水值分别从50.58%下降到48.53%、38.11%和23.41%。 3. 储存14天后，含有高浓度CSG和低浓度SUC的混合凝胶比NWS凝胶的脱水值降低，NWS-15%CSG-5%SUC的含量从50.58%降至45.94%，低于NWS-SUC。 |
Fig. 1. Influence of cress seed gum (CSG) and sucrose (SUC) addition on the time-dependent rheological behavior of native wheat starch (NWS) gel at a constant shear rate of 50 s−1 and 25 °C.
Fig. 2. Time-independent rheological behavior of native wheat starch (NWS) gel as affected by the cress seed gum (CSG) and sucrose (SUC) addition at constant temperature (25 °C)
Fig. 3. The FTIR spectra of wheat starch (WS) gel and its blend with cress seed gum (CSG) or sucrose (SUC).
Fig. 4. The FTIR spectra of wheat starch (WS) gel and its blend with cress seed gum (CSG) and sucrose (SUC) (A: WS, B: WS-10%SUC, C: WS-10%CSG, D: WS-5%SUC, E: WS-5%CSG and F: WS-15%CSG).
研究结论
流变实验结果表明，NWS-CSG和NWS-CSG-SUC凝胶均表现出触变行为，所有样品均表现出剪切变稀流动行为。CSG取代度提高到15%可提高表观粘度、稠度系数，而NWS取代CSG可降低这些参数。与NWS凝胶相比，NWS-CSG-SUC凝胶具有更高的表观粘度、稠度系数和更强的假塑性。CSG的加入使淀粉凝胶在4℃储存14天后其硬度和稠度分别从140降到55.5g和6.9降到3.0mJ；而加入SUC会这些参数有下降。贮存后NWS和NWS-10%SUC凝胶的脱水率分别提高了46.78%和32.11%；而NWS-15%CSG凝胶降低了19.88%。扫描电镜（SEM）结果表明，混合凝胶具有较致密的结构和较小的孔径。结构表明，CSG对NWS-SUC混合凝胶的改性有积极作用随着CSG取代度的增加，NWS凝胶的稠度系数、假塑性、硬度和内聚性增加。
创新性/应用前景
1. 对小麦淀粉-糖胶三元体系进行了表征。
2. 水芹籽胶（CSG）改善了糖-淀粉三元体系的凝胶性能。
3. CSG降低了NWS-蔗糖凝胶在贮藏14d后的脱水率。
4. SUC和CSG延缓了NWS凝胶在贮藏过程中的回生。
5. CSG在贮藏过程中使硬度和稠度显著降低。
参考文献
Cress seed gum improves rheological, textural and physicochemical properties of native wheat starch-sucrose mixture
原文地址：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.04.093
