• 專業因知識而累積
- 技術應用 -
09.Dec.2013

熱分析-DSC 熱分析應用-食品糊化程度分析

稻米是人類的主要糧食作物,據知目前世界上的稻屬植物可能超過14萬種,而且科學家還在不停研發新的稻種。稻米的種類非常多種,作為糧食的大致分為亞洲米和非洲米,較淺顯易懂的分類是依稻穀的澱粉成分來區分。要瞭解稻米,最基本的分法是往往先根據稻生長所需要的條件,依照水份灌溉來區分,因此稻又可分為水稻和旱稻。但多數研究稻作的機構,都針對於水稻,旱稻的比例則較少。旱稻又可稱陸稻,它與水稻的主要品種其實大同小異,一樣有秈、粳兩個種。有些水稻可直接在旱地直接栽種,但產量較低,也能在水田中直接栽種。旱稻則具有很強的抗旱性,就算缺少水份,也能在貧瘠的土地上結出穗來。旱稻多種在降雨稀少的山區,也因地域不同,演化出許多特別的山地稻種。目前旱稻已成為人工雜交稻米的重要研究方向,可幫助農民節省灌溉用水。
 
稻米的主要成分為澱粉,當稻米遇水加熱時,顆粒中的澱粉會開始膨脹和破裂,進一步導致糊化。而糊化過程中熱量會被吸收,這可能是由於顆粒中的澱粉內氫鍵斷鍵。糊化的溫度和吸收熱量多寡,我們可以使用DSC-示差掃描熱分析儀來研究觀察到這種吸熱現象。然而在稻米糊化的過程中所吸收的熱量是非常低的,因此此實驗是需要一個高感度的DSC設備。
 
20131209-1 20131209-2
 
測試的樣品是使用粳米和麻糬,在準備樣品時,先加入2倍的水(約20mg)。處理樣品並且測定其水含量。使用DSC測試以每分鐘2℃升溫,通入氮氣30ml/min進行,可得到以下測試圖
 
20131209-3

圖1 顯示出米樣品測量結果
 
從這兩個樣品的DSC圖譜中,我們可以清楚看到在60℃和100℃之間觀察到的吸熱峰,是由於澱粉在此溫度區域產生糊化作用,因澱粉具有糊化性,在澱粉含水的狀況下,受熱後顆粒會吸水膨脹,原本澱粉分子是鏈狀甚至分支狀,彼此互相牽扯,當溫度上升到糊化溫度時,顆粒的結晶結構被破壞,使澱粉分子變成單分子,但由於水的包覆而形成具有粘性的糊狀溶液,這種現象稱為糊化作用。在分析圖譜中可看出兩個樣品在糊化下的吸熱峰有所差異,可能是由於兩者澱粉組成的差異所造成。粳米的澱粉組合是80%的支鏈澱粉和20%直鏈狀澱粉,麻糬則是100%支鏈澱粉的澱粉組合物。
 
20131209-4
▲圖2 顯示出原料粳米和加工過後的米樣品各DSC測量結果
 
樣品A升溫時可清楚看到60℃和100℃之間的吸熱峰(糊化現象),然而樣品B是加工過後米樣品,其吸熱峰在53℃下發生,此區域產生糊化現象,相對於樣品A提早約12℃左右,影響澱粉的糊化程度有:
★ 食品中的含水量;
★ 澱粉種類和顆粒大小
★ 食品添加物:高濃度的糖會降低澱粉的糊化,脂類物質能與澱粉形成複合物並降低整體糊化程度。提高糊化溫度,像食鹽有時會使糊化溫度提高,有時會使糊化溫度降低
★ 酸度:在pH 4-7的範圍內酸度對糊化的影響不太明顯,然而當pH大於10.0時,降低酸度會加速糊化作用


樣品C是經冷凍的米樣品,相比於前兩者樣品,並未看到任何糊化現象產生,可假設此樣品已經先產生糊化作用,故此測試並未看到糊化峰。從以上所有樣品來比較糊化反應的熱量,可以看出未加工過的粳米有最大值熱量,擁有較明顯的糊化現象產生。

傳統上常以黏度計測量澱粉類食品的糊化特性,使用DSC測試來測量米或澱粉類食品,可有效在樣品含水的狀況下來探討濃度高或低的糊化程度,藉由DSC可準確且成功地測量出米澱粉食品類的糊化溫度和吸熱反應,此方法也可以瞭解不同米澱粉樣品糊化的溫度狀況條件,甚至對已經加工過後的米類食品進行評估,甚至食品控管等。

稻米或澱粉食品,其糊化溫度都有高低之分,糊化溫度高低直接影響食品品質及加工特性,如具有高糊化溫度的米煮成熟,相較於低糊化溫度的米需要長時間煮食及較多的水分,依個人口感不同,米為國人的主食,一般偏好於中糊化溫度的米口感;點心之類的食品則需要較低的糊化溫度來製作加工;稻米的食用和蒸煮品質主要由直鏈澱粉含量、膠稠度、糊化溫度來決定,當然稻米的品質好與壞,主要在每個人的口感及喜好不同,有效利用DSC輔助並進行稻米或澱粉類食用改質,都是最為有效的測量方式。

 
20131209-5
 
適用儀器: 示差掃描熱分析儀(DSC)
COPYRIGHT © TECHMAX TECHNICAL CO.,LTD All Rights Reserved | Design By iBest