【研究意义】粉圆是著名的闽南小吃，也是我国福建省和台湾省的传统甜点，一般以淀粉为原料，香芋、番薯为辅料制作而成^[1]。近年来，随着奶茶行业的快速发展，粉圆作为奶茶配料，需求量日益增加。速冻粉圆主要有2种，一种为生粉圆，需要水煮后才能食用；一种为免煮粉圆，在冷冻前已熟化，不需要蒸煮，可直接食用，主要用于奶茶饮品中。熟化的粉圆在贮藏过程中容易发生淀粉老化，影响产品品质。尽管淀粉的化学组成、理化性质、冻融稳定性等与粉条、麻糬、面包等产品品质的关系已有较多研究^[2-5]，但淀粉性质与粉圆品质之间的关系尚不清楚。深入研究淀粉结构和粉圆品质的关系对改善粉圆的品质具有一定的指导意义。【前人研究进展】淀粉是绿色植物通过光合作用合成的一类碳水化合物，其主要储藏在植物的果实、块茎中。木薯是淀粉的主要来源之一，相比于玉米淀粉，木薯淀粉粘度更高、成膜性好、渗透力强，灰分、蛋白质含量更低^[6]，但木薯原淀粉糊在耐高温、耐酸性、耐剪切性等方面表现较差^[7]。改性后的木薯淀粉具有良好的黏稠性、透明度和抗老化性等特性，经常作为功能性食品添加剂应用于面制品、糖果类制品和冷冻食品等食品行业^[8]。羟丙基化淀粉是淀粉在碱性条件下与环氧丙烷发生醚化反应，将羟丙基团导入淀粉分子而生成，水溶性和透明度比原淀粉更高^[8]；羟丙基化淀粉再与磷酸盐交联后得到羟丙基二淀粉磷酸酯，改性后保水能力和稳定性显著提升^[9]。Seetapan等^[10]研究发现，羟丙基化淀粉可显著改善面团的黏弹性；徐惠敏等^[1]研究了木薯变性淀粉对粉圆的失水率、透明度和色泽等方面的影响，发现其能增强粉圆的冷冻稳定性、保水性和抗老化性，改善粉圆的色泽和外观；田颖等^[11]研究了羟丙基二淀粉磷酸酯对珍珠粒的弹性、透明度、咀嚼性的影响，发现中等粘度和较低糊化温度的羟丙基二淀粉磷酸酯较适合用于珍珠粒的制作；陈炜璇等^[12]研究了不同紫米粉添加量对粉圆结构品质的影响，发现随着紫米粉添加量的减少，粉圆弹性逐渐升高、硬度和咀嚼性逐渐降低。然而，木薯淀粉和改性淀粉的结构与粉圆品质的相关性尚不清楚。【本研究切入点】本试验对常用的改性淀粉及木薯淀粉的性质进行表征，研究淀粉粒径、冻融稳定性等性质与粉圆品质间的关系。【拟解决的关键问题】本研究探讨影响粉圆品质的关键淀粉性质，以期为改善粉圆品质提供理论参考。

1　材料与方法 1.1　试验材料

木薯淀粉（Cassava starch，CS）：1号CS（食用木薯淀粉，No. 1 CS），东莞东美食品有限公司生产；2号CS（易恒木薯淀粉，No. 2 CS）和3号CS（TPK木薯淀粉，No. 3 CS），河南恒瑞淀粉科技股份有限公司生产。改性淀粉：醋酸酯淀粉（Acetate starch，AS）、羟丙基二淀粉磷酸酯（Hydroxypropyl distarch phosphate，HPDSP），东莞东美食品有限公司生产。番薯购买于京东京辰生鲜专营店。

试剂：马铃薯直链淀粉标准溶液、马铃薯支链淀粉标准溶液，厦门海标科技有限公司；其他试剂，均为国产分析纯。

仪器、设备：MASTERSIZER 3000激光粒度仪，英国马尔文帕纳科公司；ME204型分析天平，美国Mettler Toledo公司；101-3ABS型电热鼓风干燥箱，上海科恒实业发展有限公司；P9双束光紫外可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司；HWS24型电热恒温水浴锅，上海一恒科技有限公司；NU-C200R-E台式离心机，美国Nuaire公司；D3024R台式高速微量离心机，美国Scilogex公司；Master-Q30去离子纯水机，上海和泰仪器有限公司；DSC214差示扫描量热仪，德国Netzsch公司；TA.XT.PLUS.C型物性测试仪，英国Stable Micro Systems公司。

1.2　试验方法

1.2.1 淀粉粒度测定　使用激光粒度仪测量5种淀粉的粒径大小，数据从电脑配套分析软件中复制获取。

1.2.2 淀粉水分含量测定　水分含量测定参照GB5009.3-2016食品中水分的测定^[13]。

1.2.3 直链淀粉含量测定　参照何洁等^[14]的双波长法，全波段扫描马铃薯淀粉标准溶液，确定直链淀粉的测定波长。然后，测量混合标准溶液和试样在477、603 nm处的吸光度，以∆A（A603-A477）为纵坐标、直链淀粉标准溶液浓度为横坐标绘制标准曲线，并计算试样直链淀粉含量。

1.2.4 淀粉溶解度、膨胀度测定　取15 mL离心管，用分析天平称取其质量，并记录。再称取0.1 g（精确至小数点后四位）淀粉样品置于15 mL离心管中，用移液枪加入4.9 mL纯水，配制成2% 的淀粉乳，于90 ℃水浴30 min，冷却至室温，5 000 r/min离心15 min，吸取上清液于105 ℃烘箱中，烘干至恒重，所得质量即为可溶性淀粉质量。离心管下层为膨胀淀粉，测定其质量后，计算溶解度（S）、膨胀度（SP）^[15]。

式中，A为可溶性淀粉的质量，P为膨胀淀粉与离心管的质量，L为离心管的质量，W为所称淀粉样品的质量。

1.2.5 淀粉热力学性质测定　按淀粉与水的比例为1∶1混合，使用铝坩埚封闭，在室温下平衡24 h。仪器设定扫描条件为10 ℃ /min，温度范围10~90 ℃。使用电脑软件记录淀粉的起始凝胶温度（TO）、峰值凝胶温度（TP）、终止凝胶温度（TC）和焓变值（∆Hg）^[16]。

1.2.6 冻融稳定性测定　参照谢新华等^[17]的方法。配制5%的淀粉凝胶，糊化后分装至离心管中，记录每根离心管中加入淀粉糊的质量，于-20 ℃储存21 h，然后在30 ℃水浴锅中解冻3 h。冻融循环重复5次。在每次冻融循环后，收集3个试管，测定其平均析水率。将试管于8 500 r/min下离心10 min，将上清液仔细吸去，记录剩余淀粉糊的质量，按下式计算析水率WS。

式中，W₁为原加入淀粉糊的质量，W₂为离心后剩余淀粉糊的质量。

1.2.7 粉圆的制备　取50 g蒸熟的番薯，制成薯泥，再倒入50 g淀粉样品混匀备用。另取15 g淀粉样品，加入8 g果葡糖浆，倒入适量（约26 mL）沸水，使淀粉糊化，然后倒入薯泥、淀粉混合物，揉搓成直径1 cm的长条，再切成每段长1 cm的粉圆；将粉圆放入沸水中煮3 min，捞出，浸入冷水中，即为成品。

1.2.8 粉圆的质构测定　参照邹金浩等^[2]的方法，测定粉圆的硬度、粘性、延迟弹性、内聚性、咀嚼性、瞬间弹性。测定条件：选取TPA模式，P/50型探头，测试前速率2.0 mm/s，测试速率1.0 mm/s，测试后速率1.0 mm/s，压缩程度40%，触发力5 g。

2　结果与分析 2.1　不同淀粉的粒径分布

不同淀粉的粒径分布如表 1所示，HPDSP与其余4种淀粉的平均粒径存在显著差异（P＜0.05），平均粒径范围在14.77~19.30 μm，HPDSP的平均粒径最大（19.30 μm），3种木薯淀粉的平均粒径与AS无显著差异。此外，AS的小颗粒最多，可能是淀粉在乙酰化反应过程中，颗粒破碎溶化再融合形成新的结构，使得小颗粒增多^[18-19]。5种淀粉的比表面积和离散度存在显著差异（P＜0.05），其中AS的比表面积（686.80 m²/kg）和离散度（1.27）均最高。

2.2　不同淀粉的膨胀度和溶解度

由表 2可知，5种淀粉的水分含量为11.30%~ 14.80%，差异显著；直链淀粉含量为24.57%~ 32.03%，其中HPDSP的直链淀粉含量最低，AS与3种木薯淀粉的直链淀粉含量无显著差异；膨胀度为24.60 %~30.91 %，差异显著（P＜0.05），改性淀粉的膨胀度显著高于木薯淀粉；溶解度为12.96%~14.84%，其中3号CS的溶解度最高，2号CS的溶解度最低。

2.3　不同淀粉的热力学性质

由表 3、图 1可知，不同淀粉的热力学特性存在显著差异（P＜0.05），5种不同淀粉的TO、TP、TC和∆Hg的变化范围分别为55.45~65.00 ℃、60.75~70.25 ℃、69.55~81.60 ℃、2.97~4.20 J/g，其中3种木薯淀粉的凝胶转变温度（TO、TP和TC）均高于2种改性淀粉，且HPDSP的糊化温度与凝胶焓变值均最低。

2.4　不同淀粉的冻融稳定性

淀粉糊的冻融稳定性反映淀粉分子与水分子间的相互作用强弱，淀粉分子与水分子相互作用越强，离心时水分越难析出。如表 4所示，随着冻融次数的增加，5种淀粉糊的析水率均呈现波动上升趋势，析水率越高，表示淀粉的冻融稳定性越差。冻融3次以上，析水率变化较小，可能与淀粉凝胶的网络结构形成有关^[20]。由表 4可知，改性淀粉的冻融稳定性表现较好，其中HPDSP经过反复冻融5次后，均未析出水分，这与刘文娟等^[21]报道的结果一致。

2.5　粉圆质构检测结果

由表 5可知，5种淀粉制成的粉圆的硬度、粘性、咀嚼性和瞬间弹性差异显著（P＜0.05），其中2号CS制成的粉圆硬度（275.81 g）和咀嚼性（224.74）最高，HPDSP制成的粉圆硬度（80.54 g）和咀嚼性（65.06）最低。改性淀粉粉圆硬度、咀嚼性低于木薯淀粉，说明改性淀粉能降低粉圆的硬度和咀嚼性，可以通过改性淀粉与木薯淀粉调配，将粉圆的硬度、咀嚼性调整到合适的范围。5种粉圆粘性值均为负值，表明5种粉圆均有粘性，以1号CS粉圆的粘性最强（-16.59 g.sec），3号CS粉圆的粘性最弱（-0.16 g.sec）。在粉圆的弹性方面，木薯淀粉粉圆的弹性要高于变性淀粉粉圆，说明木薯淀粉具有较好的弹性，适合汤圆、粉圆等食品的加工应用。

2.6　淀粉结构特性与粉圆品质的相关性分析

由表 6可知，淀粉平均粒径、离散度和膨胀度与其所制粉圆的硬度、咀嚼性和瞬间弹性呈显著负相关（P＜0.05），其直链淀粉含量与粉圆的硬度、咀嚼性和瞬间弹性呈极显著正相关（P＜0.01），溶解度和离散度与粉圆的粘性呈极显著正相关（P＜0.01），表明淀粉粒径大小、直链淀粉含量、膨胀度和溶解度对粉圆质构有显著影响，而淀粉的水分含量与粉圆的质构特性没有显著相关性；木薯淀粉的热力学特性和冻融稳定性与粉圆的硬度、咀嚼性和瞬间弹性呈显著正相关（P＜0.05）。

3　讨论

王金梦等^[22]报道的木薯淀粉平均粒径范围12.43~19.03 μm与本试验测定结果相近。其中，HPDSP的平均粒径最大，可能是由于交联使得淀粉分子量增大所致^[23]。Mehfooz等^[5]报道淀粉改性后，膨胀性显著提高，与本试验中改性淀粉膨胀度显著高于3种木薯淀粉的结果相符。另外，3种木薯淀粉的TO、TP和TC值范围分别为63.80~65.00 ℃、68.75~70.25 ℃、76.65~81.60 ℃，与Wongsagonsup等^[24]报道的木薯淀粉TO值（64.1 ℃）、TP值（69.9 ℃）和TC值（79.5 ℃）接近。热力学特性可以反映淀粉的凝胶过程和热稳定性，包括淀粉结晶区双螺旋展开和微晶融合^[25]，更低的TO表明淀粉具有更弱的有序度和结晶度^[26]。焓变值与淀粉颗粒内双螺旋的损失有关，焓值越低，其淀粉双螺旋的有序性可能越低^[22]。HPDSP吸热焓最低，可能是由于磷酸基团的引入提高了淀粉分子结构的不对称性，不利于有序结晶^[23]，也可能是因为HPDSP含有强亲水性的羟丙基基团，亲水基团通过限制水的可用性降低淀粉分子之间的结合力，并与淀粉分子结合来延迟再结晶过程，从而使需要的能量更少^[27]。本研究中，木薯淀粉直链淀粉含量（29.67%~32.03%）稍高于王金梦等^[22]报道的木薯淀粉直链淀粉含量（22.56%~27.49%）。Chisenga等^[28]研究发现，由于淀粉颗粒和直链淀粉分子对水分子具有竞争作用，使得直链淀粉含量与淀粉凝胶焓成正比。本研究中，5种淀粉的凝胶焓与直链淀粉含量基本成正比，与前人研究一致。Hsieh等^[29]报道淀粉的直链淀粉含量越高，析水率越大，与本研究HPDSP的直链淀粉含量和析水率显著低于其余4种淀粉的结果相符。尽管本研究中3种木薯淀粉的直链淀粉含量没有显著差异，但直链淀粉含量最高的2号CS，前3次冻融的析水率最高；5种淀粉糊的析水率随冻融次数的增加，均呈波动上升趋势，这与谢新华等^[17]的研究结果一致。冻融稳定性高的改性淀粉能够增强免煮粉圆的抗老化特性，但对于生粉圆，亦可添加改性淀粉以改善粉圆的硬度等质构特性。

不同木薯淀粉的膨胀度、热力学特性等对粉圆品质的相关性影响表明，原料淀粉的使用对粉圆品质会产生显著影响。淀粉的溶解度和离散度与其所制粉圆的粘性呈显著正相关性，其机制有待进一步探索。食品在流通过程中，会经过冻结- 解冻处理，食品的质构会受其冻融稳定性影响^[20]。在本研究中，木薯淀粉性质与粉圆硬度的相关性大小依次为析水率、离散度、膨胀度、焓变值、直链淀粉含量和体积平均粒径，说明粉圆品质不只由木薯淀粉的冻融稳定性决定，而是由木薯淀粉的所有性质综合性质决定的，淀粉的冻融稳定性、离散度和膨胀度与其未经过冻融处理的粉圆的硬度、咀嚼性呈显著负相关。苏可珍等^[30]研究发现，粉圆感官评分与质构仪测定的硬度呈极显著负相关。因此，可以通过木薯淀粉的冻融稳定性、离散度和膨胀度等指标来预测粉圆品质，选择冻融稳定性更好，粒径离散度、淀粉膨胀度更高，直链淀粉含量更低的木薯淀粉原料，制成具有较好感官的粉圆。结合本研究结果，3号木薯淀粉要优于2种改性淀粉。

4　结论

本试验比较了3种木薯淀粉和2种变性淀粉的特性，结果表明，改性淀粉与木薯淀粉之间的性质存在差异，其中改性淀粉膨胀度（30.48%~30.91%）显著高于木薯淀粉（24.60%~26.38%）。在热力学特性方面，改性淀粉起始凝胶温度显著低于木薯淀粉，其中HPDSP的TO（55.45 ℃）、TP（60.75 ℃）、TC（69.55 ℃）均低于其他4种淀粉，表明改性淀粉在冻融稳定性方面要优于木薯淀粉。

不同木薯淀粉的结构性质对粉圆品质具有重要影响。木薯淀粉的平均粒径、离散度、直链淀粉含量、膨胀度均对粉圆品质的硬度、咀嚼性具有显著相关性（P＜0.05），而木薯淀粉的溶解度、离散度则对粉圆的粘度具有显著正相关性（P＜0.05）。根据淀粉性质对粉圆品质的影响，可将木薯淀粉和改性淀粉进行调配，使粉圆品质达到最佳，从而改善粉圆品质。