行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
山藥之物化性質與其於擠壓狀態下之變化
計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC91-2317-B-002-019- 執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣大學食品科技研究所 計畫主持人： 葉安義 計畫參與人員： 詹子瑩、莊朝琪、葉佳琦 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 93 年 2 月 10 日
農業生物技術國家型科技計畫成果報告
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山藥之物化性質與其於擠壓狀態下之變化
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第一年(期)計畫─山藥澱粉之物化性質與黏質之影響※
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計畫類別：■重點領域計畫 □研發應用計畫
計畫編號：NSC 91-2317-B-002-019-
執行期間：91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日
計畫主持人： 葉安義 教授
計畫參與人員：詹子瑩、莊朝琪
執行單位：國立台灣大學食品科技研究所
中 華 民 國 92 年 10 月 31 日
農業生物技術國家型科技計畫成果報告
山藥之物化性質與其於擠壓狀態下之變化
第一年（期）─山藥澱粉之物化性質與黏質之影響
計畫編號： NSC 91-2317-B-002-019-
執行期限：91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日
主持人：葉安義 教授 台大食科所
計畫參與人員：詹子瑩、葉佳琦、莊朝琪 台大食科所
一、中文摘要 本研究以台農2 號及名間長紅兩品種山 藥為研究對象，探討於不同水分下山藥澱粉 之物化性質，以及添加不同比例黏質物（2.5 ％、5.0％澱粉乾重）對澱粉物化性質之影響。 在澱粉的基本性質方面，台農二號的澱 粉顆粒粒徑（30.98μm）稍大於名間長紅澱 粉（26.95μm）；台農2 號澱粉之十字複屈折 性較為規則，顯示兩種澱粉顆粒的內部結構 不同。在 40%水分含量時兩種山藥澱粉皆會 出現兩個糊化尖峰溫度（Tp），當水分高於 60％以上則 Tp 無顯著變化；於低水分含量 （40％、50％）下添加 5.0％黏質物，會使 Tp 上升。山藥澱粉之流變行為與一般澱粉相 似，TG’max出現在 80-83.3℃之間，黏質物在 加熱過程中(40-90℃)G’值隨溫度提高而上 升，並且在降溫的過程中(90-25℃)，黏質物 的 G’值仍繼續上升且 G’高於 G”，因此加熱 變性後的黏質物較接近 solid-like。在低水分 含量（40％、50％）下添加 5.0％黏質物會使 澱粉之G’max值提高，但在高水分下反而會使 G’max值下降。 台農2 號之膨潤力略高於名間長紅，兩 種山藥之凍乾粉、澱粉及混合系統的膨潤力 皆隨溫度上升而逐漸增加。山藥澱粉的膨潤 力在 55 至 75℃之間膨潤力增加甚少，直到 85℃以上，膨潤力快速上升；低溫時（55℃、 65℃）添加黏質物可增加山藥澱粉之膨潤 力，當溫度增加到75℃以上，添加黏質物反 而會降低澱粉之膨潤力，且黏質的添加量愈 多膨潤力下降愈多。 由 SEM 圖的觀察，於混合物中，黏質物於 60℃下會先變性而形成層狀結構，限制澱粉 顆粒的糊化，產生抑制澱粉糊化的現象。新 鮮山藥切片在 80℃下加熱 10 分鐘後，澱粉 顆粒還沒有崩解、糊化是一項佐證。 關鍵詞：十字複屈折性、山藥、物化性質、 糊化、黏質物。 AbstractThe physico-chemical properties of starch isolated from yam (D. alata, Tai-Nung 2 and D.
alata var purpurea, Ming-Chien) have been
investigated by using differential scanning calorimetry (DSC) and oscillatory rheometer. The effects of adding mucilage on starch were also discussed.
The starch granules from Tai-Nung 2 had an average diameter of 30.98μm, which was a little greater than that (26.95 μ m) from Ming-Chien. The difference in the appearance of birefrigency indicated that both starch exhibit different interned structure. As for most of starch, water content affected the gelatinization behavior of starches. A low water content (40%) , the starches exhibit two endothermic peaks. When the water content was than 60%, one endothermic peak was observed. Ming-Chien yield a peak temperature (Tp) of 82.4-83.4℃, which was a little higher than those (81.0-81.2℃) for Tai-Nung 2. At water content of 40 and 50%, add 5% mucilage raised the Tp for both varieties. Both starches exhibited rheological properties similar to most
of starches. There exist a maximum G’ (G’max)
due to swelling and melting of starch granules. The corresponding temptrature (T G’max) were
in the range from 80 to 83.3℃, nevertheless, the G’ of mucilage increased initially at about 72℃ and kept increasing during heating. Upon cooling, the G’ of mucilage increased as the temperature dropped and was much greater than G”. It exhibited solid like behavior. Adding 5.0% mucilage at low water content (40 and 50%) resulted in higher G’max.
Nevertheless, the G’max was lowered by 5.0%
mucilage.
There were little change in swelling power when temperature was lower than 75℃. Both starches exhibit a rapid increase in swelling power when the temperature was higher than 85℃ due to the gelatinization Nevertheless, adding mucilage decreased significantly swelling power of starch.
According to scanning electronic microscopy (SEM), in a mixture of standard mucilage, the mucilage forming a layered structure at 60℃. The starch granules were entrapped in the layered structure, which further restricted the swelling, as well as the gelatinization, of starch granules. The presence of starch granules in a sliced yam heated at 80 ℃ for 10 min was also on evidence.
Keywords: birefrigency, gelatinization,
mucilage, physico-chemical properties, yam. 二、計畫緣由與目的 點心食品與現代人的生活息息相關，隨 著國民所得的提高，消費者在點心食品上的 支出也相對增加。由於現在國人逐漸重視飲 食健康，於1995 年，約有四分之一的食品標 榜低油或無油，但是因為口味的問題，低油 或無油食品在點心食品市場的佔有率逐漸下 降；產品的機能性則是另一個訴求，故如能 生產具機能性又能提供美味享受的點心食 品，對於市場需求之開發，將會是一大助益。 第三代點心食品是指物料經擠壓蒸煮 後，乾燥為半成品—pellet，在經過油炸、微 波或烘烤後，使其膨發製成產品。Pellet 的原 料以穀類與根莖澱粉類為主，如玉米、馬鈴 薯、樹薯澱粉等，根莖類澱粉因為具備一些 特質，如澱粉顆粒大小適中、糊化溫度低、 油脂及蛋白質含量低，味道溫和及色白、並 具有極佳的鍵結性及成膜性，故可改變產品 的膨發率及質地，經常添加在穀類澱粉原料 中。製成的pellet 處於玻璃態（glass state）， 產品水活性低、貯存期限較長，且產品穩定 性高、又體積比膨發產品小很多，可降低包 裝及運輸成本，符合市場需求，故極具開發 價值。 山藥為薯蕷屬根莖類植物，為中國傳統 中藥材及養生藥膳重要原料之一，將採收後 的山藥洗淨去皮後，可生鮮直接食用或烹調 食用，或加工製成產品。山藥塊莖富含澱粉、 蛋白質、礦物質及黏質物等，澱粉是其固形 物中的主要成分（呂和蔡，1985；Wanasundera and Ravindran, 1994）。山藥塊根中粗蛋白質 含量約為甘藷的兩倍，維生素C 量約為檸檬
的 1.5 倍 （ Wanasundera and Ravindran, 1994）。山藥塊莖中所含的diosgenin，老年人 在食用後，可降低血液中三酸甘油酯的含 量 ， 增 加 高 密 度 脂 質 的 含 量 （HDL ） （Araghiiiniknam 等，1996），為一種重要的 保健食品，如能以山藥為原料開發點心食品 （圖一），並利用其中澱粉及黏質物特性，使 產品的質地和口感符合市場需求，第三代點 心的產品質地及品質好壞，主要取決於產品 的膨發率，而膨發率受到原料、配方、擠壓 條件及加熱方式等因素影響。澱粉的理化性 質是影響其加工適性的最主要因素；黏質物 對山藥的加工適性之影響，需要分析與瞭 解。本研究將探討山藥澱粉及黏質物之物 性，以利用於擠壓加工。 澱粉是山藥塊莖中的主要成分，其理化 性質是影響其加工適性的最重要因素；含量 高達2-8％（乾物重）的黏質物，對於加工性 質之影響，值得進一步的研究。本研究針對 兩種不同品系的山藥：白肉品系-台農 2 號（D. alata L. ）及紅肉品系-名間長紅（D. alata L. var. purpurea）為原料，將澱粉及黏質物分離 後，進行一系列的研究，包括澱粉與黏質物 之熱性質、流變性質和澱粉膨潤力等，另外 再將黏質以不同比例（2.5%、5.0％乾物重） 添加於澱粉中，測定在不同水分含量下（40
％、50％、60％、70％、80％、90％）黏質 對山藥澱粉熱性質及流變性質之影響；並利 用掃瞄式電子顯微鏡（SEM），觀察山藥生 粉、澱粉與澱粉/黏質混合物經過不同溫度加 熱後（65℃、70℃、75℃、80℃、85℃和 95 ℃）其結構上的變化，以瞭解山藥黏質對澱 粉理化性質之影響。 三、材料與方法 A、試驗材料 本實驗選用兩種不同品種山藥塊莖，分 別為白肉品系的台農 2 號（D. alata L.），以 及 紅 肉 品 系 的 民 間 長 紅 （ D. alata L. var purpurea）。台農 2 號栽種於南投縣，於 91 年 11 月間採收；名間長紅山藥栽種於南投縣 民間鄉，採收時間在 92 年 1 月間。 B、原料製備 製備實驗用之山藥澱粉及黏質物粉末 時，分別將台農 2 號、名間長紅山藥塊莖去 皮、切塊，添加山藥 3.3 倍體積蒸餾水，以 果汁機高速攪打 2 分鐘；攪打過後的山藥以 濾網過濾掉雜質後，先將濾液部分（濾液 1） 分離出來，殘餘物添加 3.3 倍蒸餾水再攪打 2 分鐘，進行第二次過濾。將過濾後的殘餘 物捨棄，濾液與濾液 1 合併，以高速離心機 於 4℃、10,000 rpm 下離心 20 分鐘，取出上 清液製備山藥黏質，沈澱物部分進行澱粉製 備。澱粉與黏質物的製備如詹（2003）所述。 新鮮山藥泥：將新鮮山藥塊莖洗淨、去 皮、切塊，以果汁機直接高速攪打 1 分鐘，， 並反覆攪打數次，直到山藥泥中沒有大塊固 體存在為止。新鮮山藥泥水分含量與山藥塊 莖水分含量相同，台農2 號約為 79％，民間 長紅則為72％。新鮮山藥泥於實驗進行前製 備，並於當天使用完。 山藥凍乾粉：將新鮮山藥塊莖洗淨、去 皮，切成厚度5 mm 的薄片，以真空凍結乾
燥機 ( FreeZone 18L Freeze dryer, Labconco , Missouri, USA ) 進行凍乾 2 天。凍乾之山藥 片以研缽磨粉後，通過0.250 mm 篩網，粉末 存放於乾燥箱中保存。實驗時將凍乾粉添加 蒸餾水，調整水分含量至80％。本實驗所製 備完成的山藥澱粉、山藥黏質粉末和凍乾粉 如圖二所示。 C、分析方法 原料之基本分析，包括水分、蛋白質、 灰分、粗脂肪等乃參照AOAC 的方法 ( 1993 ) 進行，細節不再贅述。直鏈澱粉含量之檢測， 使用Magazyme（Bray, Co. Wicklow, Ireland） 所製的amylose and amylopectin assay kit，以 con A 將 amylopectin 沈降之後，測定澱粉溶 液中amylose 的含量。重要性質的測定如下： 1. 熱性質之測定 取定量樣品（85mg 之山藥原漿、山藥凍 乾粉、澱粉溶液、黏質物溶液及澱粉 / 黏質 物 混 合 系 統 ） 置 於 不 銹 鋼 中 壓 坩 堝 中 （Medium pressure / kelF 120μL，Mettler- Toledo, Schwerzenbach, Switzerland），調整水
分含量（山藥原漿不調水、山藥凍乾粉為80 ％、黏質物90％、澱粉與混合系統為 40％、 50％、60％、70％、80％、90％）。 使用 DSC822e （Mettler-Toledo, Schwer- zenbach, Switzerland）進行熱性質分析，分析 數據、圖形之軟體為 METTLER TOLEDO STARe SYSTEM。掃瞄溫度先由 25 急速降溫 至-50℃測得玻璃轉化溫度（Tg）、再由-50 ~120℃，升溫速度 5℃/ min，測定其糊化起 使溫度（To, onset temperature）、糊化尖峰溫 度（Tp, peak temperature）、糊化終溫（Tc, conclusion temperature）與糊化熱焓（ΔH, enthalpy）。 2. 黏彈性測定 參考Li and Yeh （2001）之分法，取樣 品以振盪式流變儀（Carri- Med CSL 500 Rheometer; TA instruments LTD., Surrey England），並選用4 cm parallel plate geometry, 設定gap 1 mm。本實驗中採用 strain 0.1 %， 選用頻率為 1 Hz，溫度掃瞄範圍由 25-90℃ （升溫速率為1.13℃ / min），進行oscillatory mode 溫度掃瞄之黏彈性測定。由振盪式流變 儀所測得的黏彈性指標為：貯存模數（G’, storage modulus ）、 損 耗 模 數 （ G”, loss modulus）、損耗正切（tanδ, loss tangent）與 複合黏度（complex viscosity, η*）。實驗中 所得到的黏彈性數值會隨溫度上升而變化， 由數據中可得知澱粉的糊化溫度，以及黏質 物的變性溫度，並由損耗正切可有助於判斷 樣品的solid- like or liquid- like behavior。
3. 膨潤力之測定 參考 Tsai 等（1997）之方法，秤取 0.1 克山藥澱粉（乾粉），配製成固形物1％之懸 浮液，置於離心管中混合均勻，再以水浴加 熱，偶爾取出振盪使澱粉維持懸浮狀態。水 浴溫度為55、65、75、85、及 95℃，加熱一 小時後置於冰水浴中冷卻，再以 12000 rpm 離心25 分鐘，取上清液（存於試管中，試管 必須先秤重）。上層液以置於105℃烘箱中將 液體蒸乾，剩下之殘餘物與試管秤重，計算 出殘餘物之重量（W1）；另外秤取離心管中 沈澱物之重量（W2），即可求出水溶性指標 及膨潤力。 水溶性指標 ＝ （W1/乾粉重）× 100％ 膨潤力 ＝ W2 / ( 乾粉重 – W1 ) × 100 % 4. 顯微結構之觀察 以掃瞄式電子顯微鏡（Scanning electron microscope, SEM）（JSM-5600, Jeol, Tokyo, Japan）觀察山藥凍乾粉（台農二號、名間長 紅）澱粉顆粒、乾燥黏質粉末及山藥原漿、 澱粉液及澱粉 / 黏質之混合系統，於不同溫 度下加熱烹煮後之顯微結構。樣品於60、70、 75、80、90 及 100℃進行水浴加熱 30 分鐘後， 將樣品膠體進行冷凍乾燥。乾燥樣品切片後 固定於載台上，在真空中於樣品表面以離子 覆膜器鍍上金膜，完成樣品製作。將樣品置 於掃瞄式電子顯微鏡下以150、300 倍觀察其 顯微結構。 5. 統計分析 將本實驗所測得的數值以 STATISTICA 統計軟體進行統計分析，並採用鄧肯式多變 欲測定法（Duncan’s new multiple range test） 處理成對均值間之差異比較。 四、結果與討論 A、 基本成分 1. 凍乾粉 兩種山藥塊莖的基本成分如表 1 所示。 在水分含量方面，台農 2 號塊莖的水分含量 相當高，為79.63％，名間長紅塊莖中水分含 量為71.46 %。根據兩種山藥的凍乾粉進行其 他成分分析，在台農 2 號方面，粗蛋白質含 量11.01 %、粗脂質含量為 0.45％、灰份含量 為 7.22％，而在凍乾粉當中，澱粉含量為 78.25 ％；在名間長紅方面，粗蛋白質含量 9.34％、粗脂質含量為 0.28％、灰份含量為 5.30％，澱粉含量高達 81.17％。劉等（1996） 分析台農 2 號山藥之基本成分，其粗蛋白質 為13.3％、粗脂肪 0.75％、粗纖維 1.5％、灰 份為 2.9％，另有黏質及多種礦物質等。林 （2000）分析四種不同品種山藥塊莖，水分 含量為 64.5∼70.2％、蛋白質為 11.2∼15.6 ％、粗脂肪為 0.3∼0.5％、粗纖維 2.7∼4.9 ％、灰份含量為 2.9∼4.6％，所得結果介於 文獻值中。 2. 澱粉 兩種不同山藥澱粉的基本成分如表2 所 示。台農2 號澱粉中，粗蛋白質含量 0.07 %、 粗脂質含量為 0.09％、灰份含量為 0.07％， 其中直鏈澱粉含量佔總澱粉含量的 30.50 ％；名間長紅澱粉中，粗蛋白質含量0.08%、 粗脂質含量為 0.10％、灰份含量為 0.09％， 其中直鏈澱粉含量佔總澱粉含量的 33.73 ％。林（2000）分析四種不同品種山藥之澱 粉，其中粗蛋白質含量0.06∼0.10%、粗脂質 含量為0.09∼0.10％、灰份含量為 0.06∼0.10 ％。在直鏈澱粉含量方面，陳（2001）分析 三種根莖類作物的澱粉性質，其中以台農 2 號山藥澱粉中的直鏈澱粉含量最高，為35.65 ％：而不同品種的山藥澱粉，在直鏈澱粉含 量上也有差異，林（2000）所得四種山藥澱 粉中直鏈澱粉含量為32.2∼34.6％。 B、 粉末顆粒外觀 1. 山藥澱粉之顆粒外觀及偏光顯微鏡圖 以掃瞄式電子顯微鏡觀察山藥澱粉的顆 粒外觀（圖三）。台農2 號與名間長紅澱粉顆 粒形狀主要呈橢圓形，其中台農 2 號澱粉顆 粒形狀較不規則，稍有稜角出現；名間長紅 澱粉的顆粒形狀則較為圓滑。呂與蔡（1985） 分析山藥（D. alata）澱粉之理化性質及顆粒 外觀發現，山藥塊莖及種子的澱粉顆粒狀皆 呈橢圓形。台農 2 號與名間長紅澱粉顆粒之 偏光顯微鏡圖，可清楚觀察十字複屈折性 （birefrigence）（圖四）兩種粉的外觀雖類 似，但台農 2 號之十字複屈折性較清晰明 顯，可能是兩種澱粉顆粒的內部結構不同所
致。 2. 山藥凍乾粉之外觀及偏光顯微鏡圖 以掃瞄式電子顯微鏡觀察山藥之凍乾 粉，除了澱粉顆粒之外，尚有其他固形物存 在。這些固形物主要呈薄片狀或不規則狀包 覆在澱粉顆粒外圍，有些則形成比澱粉顆粒 還小的碎片，隨意分佈在凍乾粉當中，推測 這些固形物可能為山藥塊莖中的黏質物、粗 蛋白或粗纖維等。在凍乾粉末中，有些澱粉 顆粒被固形物包覆而形成較大的顆粒，由山 藥凍乾粉的偏光顯微鏡圖中可以看出，在這 些體積較大的凍乾粉顆粒中，會出現交疊的 十字複屈折光，推測在凍乾粉當中，出現體 積較大的顆粒，主要是澱粉顆粒被其他山藥 塊莖中的固形物所包裹、聚集而成。圖五、 六為台農 2 號與名間長紅凍乾粉外觀及偏光 顯微鏡圖。 C、熱性質 在糊化頂點溫度（Tp）方面，台農 2 號 新鮮山藥泥的糊化頂點溫度為 83.6℃最高、 復水凍乾粉（水分含量 80％）82.8℃次之， 而黏質物的變性頂點溫度較低，為 79.9℃。 台農2 號澱粉在水分含量 60∼90％之間的糊 化頂點溫度並沒有顯著差異，當水分含量為 40％時，澱粉的糊化過程中出現 2 個吸熱 峰，Tp1為79.5℃、Tp2為95.4℃。因為水分 不足的情況下，加熱過程中僅有部分澱粉可 順利糊化，吸水不足的澱粉顆粒則在較高的 溫度下才逐漸糊化，因此出現第 2 個較高溫 的糊化吸熱峰。 名間長紅中，同樣是以新鮮山藥泥的糊 化頂點溫度 86.9℃最高，其次是復水凍乾粉 （水分含量80％）為 85.0℃，澱粉在不同水 分含量下（40-90%）之糊化頂點溫度範圍介 於 82.4∼83.4℃之間，黏質物的變性頂點溫 度最低，為 80.5℃。在水分含量 40%下，名 間長紅澱粉的糊化過程中亦會出現 2 個吸熱 峰，Tp1與Tp2分別為82.8 與 95.3℃。陳（2001） 分析台農2 號澱粉之 Tp 為 81.4℃，與本實驗 結果相近，而略高於林（2000）所測得的 77.5 ℃。 比較台農 2 號及名間長紅兩種山藥澱粉 的糊化頂點溫度，名間長紅澱粉的糊化頂點 溫度較高；在新鮮山藥泥及復水凍乾粉中也 有相同的趨勢。兩種山藥的新鮮山藥泥及復 水凍乾粉的糊化頂點溫度皆高於山藥澱粉之 糊化頂點溫度，可能與山藥天然的組成結構 有關。由粒徑分析及顯微鏡圖中都可看出， 新鮮山藥泥和復水凍乾粉中，尚有其他固形 物存在，這些固形物包覆在澱粉顆粒外圍， 可能限制了澱粉顆粒的吸水膨潤與糊化行 為，因此表現在熱性質上必須要在較高的溫 度下才會糊化。陳（2001）分析台農 2 號生 粉之Tp 為 90.06℃，高於山藥澱粉之 Tp 81.38 ℃，本實驗結果有相同趨勢。 台農2 號澱粉於 40%、50%水分含量下 添加 2.5%黏質物、以及在 40%~60%水分含 量下添加5.0%黏質物，會使澱粉的糊化頂點 溫度提高，在高水分含量（70-90%）下，添 加黏質物對山藥澱粉的 Tp 則沒有顯著性影 響﹔在名間長紅方面，40％、50％水分含量 下添加 5.0%黏質物，Tp 亦顯著提高。推測 在澱粉/黏質物混合系統中，因為黏質物發生 搶水的作用，限制了澱粉顆粒的膨潤與糊 化，此時必須在較高的溫度下才可達到糊化 頂點，而且此現象在低水分下較為明顯。 由圖七可以看到不同系統的山藥樣品之 熱分析圖之比較（黏質物為 90%、其他樣品 為80%）。同一種山藥品種之中，新鮮山藥泥 的Tp 最高、復水凍乾粉次之，再來則是山藥 澱粉及澱粉 黏質混合系統及澱粉，最低的 是黏質物，而其中又以黏質的吸熱焓值（Δ H）最小。 D、流變性質 1. 澱粉流變性質 不同水分含量下（40-90％）山藥澱粉的 溫度掃瞄圖，以及黏質物在90％水分含量下 的流變性質（圖八）。觀察在實驗中 G’值的 起始變化溫度，以TG’表示之（Lii 等，1996）； 當 G’值上升至最大值時，此時的溫度以 TG’ max表示（Tsai 等，1996）。 比較水分含量對澱粉糊化前後流變性 質的影響，當水分含量增加（由 60%增加到 90％）時，兩種山藥澱粉的 TG’ max會隨之提 高。圖八-A 為山藥澱粉與黏質於 90％水分含 量下進行溫度掃瞄之結果，由數值中可以看 出兩種山藥澱粉之糊化行為與一般熟知之澱 粉類似，即在 80-83.3℃之間出現 G’ max；但
黏質物之 G’值則於變性之後呈上升的趨勢 （圖八-B），並且在 90℃時，tanδ接近於 0 （表3），顯示黏質物在90℃加熱變性之後呈 現Solid-like behavior，冷卻後黏質物之 G’急 遽上升（圖八-C），尤其以台農 2 號較為明 顯。 2. 黏質之流變性質 黏質物在加熱過程中並無 G’max出現， 也就是在加熱過程中，黏質物的G’會持續上 升，直到實驗結束（90℃）為其最大貯存模 數（G’ max），而在降溫的過程中（90-25℃）， 黏質物的 G’值繼續上升，當溫度降低到 25 ℃時，加熱過後黏質物的G’值比未加熱前要 高出許多（圖八-B、C）。 台農2 號黏質物在 25℃時，G’值為 27.07 Pa、G”值為 7.58 Pa，升溫至 90℃後 G’值為 355.00 Pa、G”值為 58.90 Pa；在 90℃維持 3 分鐘，G’、G”值繼續上升至 507.60 Pa 與 51.6 Pa；隨著溫度下降，黏質物的 G’與 G”繼續 上升，當溫度降回 25℃，G’與 G”值分別升 高到4550.0 Pa 與 873.4 Pa，此時的 tanδ為 0.19；與加熱前時黏質物在 25℃時的 tanδ＝ 0.28 相比，顯示黏質物在加熱後冷卻至 25℃ 後tanδ會降低，表示加熱時黏質物已經發生 變性，因此冷卻後，其流變性質與先前不同。 由結果推測黏質物在加熱過程中發生變 性，而這種熱變性是不可回復的行為，因此 當溫度下降後，其G’值會繼續增加。另外， 黏質物的 G’值起始變化溫度（TG’）比澱粉 低，且添加黏質物會影響山藥澱粉的最大貯 存模數（G’ max）與G’值起始變化溫度（TG’）。 3. 澱粉 / 黏質之混合系統之流變性質 如表3，在水分含量較低時（台農 2 號 於60％和 70％、名間長紅於 60％），添加黏 質物於山藥澱粉中會降低澱粉的 TG’ max，約 降低1.5-3.3℃；而在較充足的水分下（80％、 90％）添加黏質物反而會提高澱粉的 TG’ max，約提高6.7-8.4℃。在水分含量較低（60 ％）的情況下，澱粉因水分不足而無法完全 吸水膨潤，推測此時出現 G’ max值並不是由 於澱粉完全膨潤所引起，而是來自於黏質物 與澱粉顆粒間的交互作用，故添加黏質會造 成澱粉 G’ max值的增加；而在水分含量充足 時，黏質物本身會先溶於水，當黏質物完全 溶解後，系統中仍有足夠的水分子供給澱粉 膨潤所需，但黏質物存在仍會抑制澱粉的膨 潤，因此在高水分含量（80％、90％）下混 合系統之G’max會下降，而TG’max則會提高。 將流變儀所測得的 TG’ max與 DSC 測得的 To 和Tp 相比較，在 60-80％的水分含量下，澱 粉之TG’ max均大於其糊化起始溫度（To），且 小於糊化頂點溫度（Tp）（To < TG’ max < Tp），依 Yeh and Li （1996）的實驗顯示， 當溫度低於糊化頂點溫度之前，澱粉的變化 以顆粒膨潤為主，當溫度高於Tp 之後，澱粉 的糊化則以顆粒破裂及瓦解為主，因此推測 當溫度到達TG’ max時，澱粉顆粒的膨潤到達 最大，當溫度大於TG’ max之後，澱粉顆粒開 始瓦解破裂，使 G’值下降（李，2001）。實 驗所測得最大貯存模數（G’ max）、相對應溫
度（TG’ max）與達到G’ max時的損耗正切（tan
δG’ max）。林（2000）指出，台農 2 號山藥澱 粉的TG’值高於DSC 所測得的糊化起始溫度。 E、膨潤力與水溶性指標 1. 膨潤力分析 兩種山藥凍乾粉、澱粉及混合系統中， 膨潤力皆隨溫度上升而逐漸增加，山藥澱粉 的膨潤力在 55 至 75℃之間膨潤力增加甚 少，直到加熱溫度達到85℃以上，膨潤力快 速上升，大於17.5 g H2O / g sample。台農 2 號澱粉的膨潤力，在 55-95℃之間，由 2.50 增加到23.07(g H2O / g sample)，名間長紅澱 粉的膨潤力則由2.42 上升至 21.94 (g H2O / g sample)；而復水凍乾粉的膨潤力增加最少， 台農 2 號凍乾粉在 55-95℃之間，膨潤力由 5.02 增加到 10.73 (g H2O / g sample)，名間長 紅凍乾粉之膨潤力則由 4.08 增加到 10.86 (g H2O / g sample)；而在山藥澱粉 / 黏質混合 系統中，膨潤力的增加（2.95-18.75 g H2O / g sample）比澱粉少，但比凍乾粉來的多。由 此得知，山藥澱粉在加熱過程中膨潤力增加 最多，其次是混合系統，最後是凍乾粉。添 加黏質物會抑制澱粉的膨潤。其中溫度對山 藥凍乾粉的膨潤力影響最小，可能是因為在 山藥凍乾粉中，還有黏質物和其他固形物， 且這些物質分散在凍乾粉中，在55-65℃下會 增加澱粉的膨潤力，但是在85-95℃下，這些 物質會限制澱粉顆粒的膨潤，阻礙澱粉的吸
水膨潤，進而使澱粉的膨潤力下降。林（2000） 分析四種山藥澱粉之膨潤力，結果顯示同屬 於 D. alata 品種的台農 2 號及中國長品系， 比 D. batatas 屬的壽豐山藥及日本山藥，在相 同溫度下有較高的膨潤力及溶解度。 於 55 及 65℃之間，添加黏質物可增加 山藥澱粉之膨潤力（圖九），隨著溫度增加到 75℃以上，澱粉顆粒開始快速吸水膨潤，此 時黏質物的存在反而會抑制澱粉的膨潤，降 低澱粉之膨潤力，黏質物添加量在 2.5％與 5.0％時皆會產生抑制作用，但兩者差異並不 顯著，此現象在兩品種山藥的澱粉及混合系 統中，皆有類似的情形。陳（2001）指出， 山藥生粉及澱粉的膨潤力皆隨溫度上升而增 加，生粉在85℃時膨潤力明顯增加，添加黏 質在65-75℃會增加膨潤力，於高溫時則影響
不大。Sasaki and others (2000)，利用由小麥 中 所 萃 取 出 的 非 澱 粉 多 醣 類 （non-starch polysaccharides, NSP）添加至直鏈澱粉含量 不同的兩種小麥澱粉中，結果發現直鏈澱粉 含量較高的小麥澱粉並沒有影響，對直鏈澱 粉含量低者則有抑制膨潤的現象。但山藥澱 粉中，直鏈澱粉為30％左右，黏質物仍具抑 制澱粉膨潤力的作用，可能是黏質物或澱粉 種類不同。 2. 膨潤力受溫度（T / Tp）之影響 膨潤力隨溫度上升而增加（圖十），在山 藥凍乾粉、澱粉及澱粉/黏質混合系統中都有 相同的趨勢。膨潤力在接近澱粉的糊化頂點 溫度（Tp）時，即 T/Tp ≒ 1 時，會有急遽 上升的情形，而膨潤力與T / Tp 展現了高度 的相關性，山藥的膨潤力與T / Tp 的相關係 數（r2）都相當高，顯示DSC 所測得的頂點 糊化溫度（Tp）可作為評估溫度效應的重要 指標之一。李（2002）分析十種不同澱粉之 膨潤力與T / Tp 的關係，結果呈現良好的相 關性，特別是在高直鏈玉米澱粉中，相關係 數r2＝0.99。顯示 T/ Tp 是探討澱粉膨潤的重 要指標之一。 五、計畫成果自評 (a) 本研究所測得各項數值，乃擠壓條件 設定之基礎，依實驗結果判斷，已可 選擇擠壓之適當溫度與水分範圍。而 數據之間相互印證，亦已可解釋山藥 澱粉與黏質物之間的交互作用，故已 達原先之預定成效。 (b) 本研究有關黏質物與澱粉糊化之熱 性質、流變性質、膨潤力以及顯微結 構觀察結果，數據完整，理據清楚且 相互印證，形成完整的模式，應具有 學術價值，可發表於學術期刊。 (c) 本年度之成果延續至下一年度之擠 壓實驗，當可尋找出適當的條件設定 與pellet 的製作配方，若證實產品之 acrylamide 含量遠低於市售洋芋片等 產品，而產品之 diosgenin 含量亦得 以保存，則整段製程與配方相當具有 申請專利之可能性。 (d) 本計畫成果適用於原料粉性質之分 析，應可作為後續加工條件設計之良 好參考，配合下年度擠壓實驗成果， 將可轉申請為研發應用計畫推廣至 其他新產品之開發。 (e) 點心食品之市場龐大，是一種全球性 的產品，全世界的銷售額約為400 億 美元(1996 年)，國內亦有許多廠商生 產玉米片、洋芋片、烤米片等產品， 但近年來由於健康意識受到重視，消 費者崇尚低油或無油，最近更因有 acrylamide 的疑慮，其產品的市場佔 有率呈現下降趨勢。而本研究以山藥 為原料，加上未來混以米穀粉，皆因 asparagine 含量低，而使其生產之 pellet 可能具有較低之 acrylamide， 而山藥之 diosgenin 亦具有健康訴 求，因此該產品具有相當好的競爭優 勢，很適合廠商承接此技術而進一步 有商品化產品。
六、參考文獻 [1] 呂政義，蔡秀玲。1985。山藥塊莖及種子 澱粉理化性質之探討。食品科學 12： 201-212. [2] 李正雲。2002。澱粉對肌肉蛋白成膠之影 響。台灣大學食品科技研究所博士論文。 [3] 林意清。2000。不同品種山藥澱粉之理化 特性探討。 中興大學食品科學研究所碩 士論文。 [4] 陳儀驊。2001。山藥、芋頭及甘藷黏質對 澱粉理化性質之影響。靜宜大學食品營養 學系碩士論文。 [5] 劉新裕、王昭月、徐原田、胡敏夫、楊宏 仁。1996。山藥新品種-台農 2 號。豐年。 46（16）：22-25。 [6] 詹子瑩。2003。山藥澱粉之物化性質與黏 質之影響。台灣大學食品科技研究所碩士 論文。
[7] Li JY and Yeh AI.2001.Relationships
between thermal, rheological characteristics and swelling power for various starches. J Food Engineering 50(3)141-148.
[8] Sasaki T, Yasui T, Mastsuki J. 2000.
Influence of non-starch poly-saccharides isolated from wheat flour on the gelatinization and gelation of wheat starch. Food Hydrocoll. 14: 295-303.
[9] Wanasundera JPD, Ravindran G. 1994.
Nutritional assessment of yam (Dioscorea alata ) tubers. Plant Foods Hum. Nutr. 46: 33-39.
[10] Yeh AI, Li JY. 1996b. Kinetics of phase
transition of native, cross- linked and hydroxypropylated rice starches, Starch/ Stärke 48: 17-21.
表 1 山藥塊莖之成分分析
Yam variety Moisture Crude
protein
Crude fat Ash Starch
( %) （%, dry basis）
台農2 號
D. alata L.
79.63 a± 0.60 11.01 a± 0.26 0.45 a± 0.085 7.22 a± 0.13 78.25 b± 2.53
名間長紅
D. alata var purpurea
71.46 b± 0.34 9.34 b± 0.14 0.28 b± 0.067 5.30 b± 0.16 81.17 a± 1.94
含氮係數：N× 5.7
表 2 山藥澱粉之成分分析
Yam variety Crude protein1 Crude fat Ash
（%, dry basis） Amylose*
台農2 號
D. alata L. 0.07± 0.02 0.09± 0.02 0.07± 0.01 30.50± 0.7
名間長紅
D. alata var purpurea 0.08± 0.01 0.10± 0.03 0.09± 0.02 33.73± 0.8
表 3 台農 2 號澱粉與黏質之流變性質
Water content (%) G' max [Pa] T G' max [℃] tan δ G' max
Fresh-pounded 25547± 3432 81.6± 0.09 0.25± 0.03 Mucilage 1266± 263 90.0± 0.15 0.10± 0.06 Starch 100003± 6756 80.0± 0.62 0.44± 0.16 60% Starch + 2.5% mucilage 215867± 8855 79.9± 0.55 0.50± 0.19 Starch + 5.0% mucilage 342633± 8155 78.3± 0.40 0.33± 0.12 Starch 12150± 1061 81.6± 0.22 0.72± 0.10 70% Starch + 2.5% mucilage 13143± 1649 80.0± 0.16 0.70± 0.11 Starch + 5.0% mucilage 80034± 7611 78.4± 0.59 0.61± 0.14 Starch 4235± 47 81.6± 0.11 0.67± 0.06 80% Starch + 2.5% mucilage 5128± 202 81.6± 0.23 0.54± 0.09 Starch + 5.0% mucilage 1236± 181 90.0± 0.69 0.78± 0.10 Starch 601± 75 83.3± 0.43 0.56± 0.06 90% Starch + 2.5% mucilage 456± 17 84.2± 0.08 0.54± 0.07 Starch + 5.0% mucilage 279± 34 90.0± 0.17 0.27± 0.07
圖一、研發山藥脆片之構想圖 選擇山藥品種 去皮、打碎 烹煮 乾燥
烘烤或微波膨發
第三代點心食品 利用烘烤或微波膨發的優點是產品 含油量極低，符合市場需求。 以熱風（低於60o C）乾燥或 Refractance Window均可達到降 低水分的目的。 （范，2001） 玻璃態（glass state）之加工半成品，產品 品質穩定、保存期限長、體積小便於運輸。 山藥澱粉之直鏈澱粉含量高，糊化溫 度也高，在加工應用上具有特殊功能。圖二山藥澱粉、黏質粉末及凍乾粉
A
B
圖三 澱粉顆粒之掃瞄式電子顯微鏡
圖
A.台農 2 號（D. alata L.）
B.名間長紅（D. alata L. var purpurea）
A
B
圖四、澱粉顆粒之偏光顯微鏡圖 A.台農 2 號（D. alata L.）
A B 圖五、台農2 號凍乾粉之 (A)掃瞄式電子顯微鏡及 (B)偏光顯微鏡圖 A B 圖六、名間長紅凍乾粉之 (A)掃瞄式電子顯微鏡及 (B)偏光顯微鏡圖 A. D. alata T em pe rature , ℃ 20 40 60 80 10 0 12 0 ← E n d o th e rm ic h e a t flo w ( m w ) F resh-p aste F ree ze dried flou r
M u cila ge S tarch S tarch + 2 .5% m ucila ge
S tarch + 5 .0% m ucila ge
5 m w
B. D. alata var purpurea
Temperature, ℃ 20 40 60 80 100 120 ← E ndo ther m ic heat f low ( m w ) Fresh-paste
Freeze dried flour Mucilage Starch Starch + 2.5% mucilage Starch + 5.0% mucilage 5 m w
圖七 新鮮山藥泥、復水凍乾粉、黏質
物、澱粉及澱粉/黏質混合系
統之熱性質
A. 台農 2 號 B.
名
間長紅
A. Starch (90% water content) Temperature 40 50 60 70 80 90 Pa -100 0 100 200 300 400 500 600 700 ta n ( δ) -4 -3 -2 -1 0 1 2 G' G" tan (δ) B. 黏質-升溫 Temperature 20 30 40 50 60 70 80 90 Pa 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 tan ( δ) -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 G' G" tan (δ) C. 黏質-降溫 Temperature 20 30 40 50 60 70 80 90 Pa 0 1000 2000 3000 4000 5000 ta n ( δ) -0.4 -0.2 0.0 0.2 G' G" tan (δ) 圖八、台農2 號澱粉與黏質物流變性質之溫 度掃瞄圖 A. 台農 2 號 Temperature (℃) 55℃ 65℃ 75℃ 85℃ 95℃ Swellimg p o we r (g H2O / g sample ) 0 5 10 15 20 25 Starch Freeze dried flour Starch + 2.5% mucilage Starch + 5.0% mucilage B. 名間長紅 Temperature (℃) 55℃ 65℃ 75℃ 85℃ 95℃ Swell ing powe r (g H 2 O / g sample) 0 5 10 15 20 25 Starch Freeze dried flour Starch + 2.5% mucilage Starch + 5.0% mucilage
圖九 不同溫度下山藥之膨潤力 A.台農 2 號 B.名間長紅
T / Tp 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 s w e llin g p o w e r ( g H2 O / g ) 4 6 8 10 12 r 2 = 0.98
freezed dried flour
T / Tp 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 s w e llin g p o w e r ( g H2 O / g ) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 r 2 = 0.99 starch + 2.5% mucilage T / Tp 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 sew e ll ing pow e r ( g H 2 O / g ) 0 5 10 15 20 25 30 r 2 = 0.96 starch T / Tp 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 s w el li ng pow er ( g H 2 O / g ) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 r 2 = 0.98 starch + 5.0% mucilage
