玉米粉改性的研究現(xiàn)狀與展望

張慶霞

（河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451191）

玉米是我國主要糧食作物之一，其營養(yǎng)豐富，富含維生素、谷氨酸，以及微量元素硒等營養(yǎng)物質(zhì)[1]，被譽為“未來的谷物”[2-3]，在食品、飼料及工業(yè)原料中均有應(yīng)用[4-5]。適量攝入玉米粉可以調(diào)節(jié)膳食結(jié)構(gòu)，起到增加營養(yǎng)、改善身體消化機能的作用[6]。由于玉米粉蛋白質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)與小麥蛋白不同，玉米粉中不含面筋蛋白，因此玉米面團的可塑性較差。另外，玉米粉中的蛋白質(zhì)包裹淀粉過于緊密，淀粉不能較好的吸水膨脹，且玉米粉蛋白也不能形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，所以玉米粉面團的黏彈性較差，造成玉米粉的食用口感粗糙，不適合加工制作饅頭、面條、餃子等傳統(tǒng)面制品，這極大的限制了玉米粉在主食加工方面的應(yīng)用[7-9]。玉米粉長期被作為飼料和工業(yè)原料使用，造成食品資源極大浪費。改善玉米粉的加工品質(zhì)和食用品質(zhì)是解決此問題的關(guān)鍵。為了改善玉米粉的加工品質(zhì)和食用品質(zhì)，可以通過多種手段對玉米粉進行改性，包括物理法、化學(xué)法、生物法及復(fù)合法等[10-12]。本文對玉米粉改性常用方法的研究現(xiàn)狀進行了綜述，以期能為玉米粉食用價值的開發(fā)利用提供一些參考，促進我國傳統(tǒng)玉米主食健康快速發(fā)展。

1 物理法

玉米粉的物理改性主要通過機械設(shè)備對玉米粉進行破損、擠壓、蒸煮等處理，降低玉米粉粒徑或者對其結(jié)構(gòu)進行重組，從而改善玉米粉的加工性能和食用品質(zhì)[13]。玉米粉的物理改性方法主要有超微粉碎法、超高壓法和擠壓膨化法等方法。

1.1 超微粉碎技術(shù)

超微粉碎技術(shù)是指將物料顆粒粉碎至粒徑在10 μm 以下的粉碎技術(shù)。玉米超微粉碎法改性可分為干法和濕法兩種。石磊等[14]研究了顆粒度對玉米粉理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，隨著玉米粉體積平均粒徑的降低，直鏈淀粉含量先略降低再趨于平穩(wěn)，休止角、保水力、水溶指數(shù)、吸水指數(shù)和破損淀粉含量均呈上升趨勢，玉米粉熱穩(wěn)定性和老化程度隨顆粒度的下降而下降，淀粉糊化度則上升。弓志青等[15]研究了粒度對糯玉米粉物化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，糯玉米粉粒度從 80 目～100 目到 150 目～200 目，休止角、酶解率、黏度逐漸增加，持水力保持不變，當(dāng)粒度大于200 目時，上述4個指標(biāo)迅速下降；隨著粒度的減小，松密度和緊密度逐漸減小；粒度越細，糯玉米粉L*值越高，b*值越小，色澤越差。除色澤外，糯玉米粉物化性質(zhì)以150目～200 目最好。石磊[16]研究了顆粒度及糊化度對玉米面團理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，在相同的添加水量的條件下，玉米面團的硬度、黏著性和黏聚性隨著顆粒度的減小而逐漸升高。ZHU Ying 等[17]研究了超微粉碎玉米粉應(yīng)用性能的提高表現(xiàn)。祁國棟等[18]研究了超微細粉碎技術(shù)對糯玉米粉加工特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，200 目糯玉米超微細粉比普通粉碎的60 目糯玉米粉的溶解度、高溫持水力、酶解率、糊化液的透光率等特性均有明顯改善或提高，凍融穩(wěn)定性降低，凝沉性加大。此外，廖娜等[19]研究得出超細微粉碎玉米粉糊化性能有所提高，Bolade M K 等[20]研究得出玉米粉粒度越減小，其凝膠特性越好，黏性越高，柔軟性越好。

1.2 超高壓技術(shù)

食品超高壓技術(shù)是將食品及食品原料包裝后密封于容器中，以水或其他流體介質(zhì)作為傳遞壓力的媒介物，在靜高壓（一般在100 MPa 以上）和一定的溫度下加工一定的時間，引起食品成分非共價鍵、氫鍵、離子鍵、疏水作用的破壞或形成，使食品中的酶、蛋白質(zhì)、淀粉等高分子物質(zhì)失活、變性、糊化，并殺死食品中的細菌等微生物，從而達到滅菌、保藏和加工的目的的技術(shù)[21]。超高壓處理可以使淀粉糊化[22-24]。李建珍等[25-26]采用超高壓改性普通玉米粉，研究超高壓技術(shù)對玉米粉糊化度的影響，結(jié)果表明，超高壓技術(shù)處理玉米粉過程中，壓力、保壓時間、玉米粉質(zhì)量濃度影響玉米粉的糊化度，隨著壓力的升高，保壓時間的延長，糊化度逐漸升高。玉米粉質(zhì)量濃度從5 g/100 mL 上升到15 g/100 mL 時，糊化度升高，玉米粉質(zhì)量濃度進一步升高，糊化度下降并保持穩(wěn)定。并通過正交試驗得出影響程度順序為壓力＞保壓時間＞玉米粉質(zhì)量濃度，即壓力對糊化度的影響最大，其次是保壓時間，而玉米粉懸浮液質(zhì)量濃度影響最?。怀邏禾幚碛衩追?，玉米粉糊化的最優(yōu)條件為壓力500 MPa、保壓時間20 min、玉米粉質(zhì)量濃度15 g/100 mL，此工藝條件下，玉米粉糊化度達到98.66%。李建珍[26]利用超高壓技術(shù)改良玉米粉并將其與小麥粉混合制作餃子，得出超高壓技術(shù)改良玉米粉與小麥粉配粉的最佳質(zhì)量比為65∶35，由此制作的水餃具有玉米粉特有的色澤，口感細膩，爽滑筋道，由此得出超高壓技術(shù)可以作為改善玉米粉食用品質(zhì)和加工品質(zhì)的有效方法。

1.3 擠壓膨化技術(shù)

擠壓膨化技術(shù)是將玉米粉進行擠壓膨化，以獲得粒度較小且具有一定預(yù)糊化度的玉米粉[27]。在擠壓膨化過程中，玉米粉內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)因外力和受熱等作用發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致玉米粉的加工性能得到改善。李建珍[26]采用雙螺桿擠壓技術(shù)對玉米粉進行質(zhì)構(gòu)重組研究，相關(guān)性分析表明，玉米粉糊化度與雙螺桿擠壓技術(shù)質(zhì)構(gòu)重組玉米粉的工藝參數(shù)（機筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、玉米粉加水量）、樣品膨化度、水溶性指數(shù)、吸水性指數(shù)及各指標(biāo)之間具有一定的相關(guān)性，雙螺桿擠壓技術(shù)明顯改善了玉米粉的彈性、黏結(jié)性和咀嚼性，幾乎達到了小麥粉的效果。高晴等[28]研究了蒸制、高溫高壓和擠壓膨化3 種熱處理方式對玉米粉色澤、溶解度、膨脹勢和糊化特性的影響，結(jié)果表明，3 種熱處理均使玉米粉顏色加深，峰值黏度降低，崩解值減小，提高了玉米粉熱糊穩(wěn)定性，擠壓膨化處理使玉米粉溶解度、膨脹勢在低溫時顯著增加。高維等[29]研究了一種膨化型即食玉米粉早餐的制作工藝，通過正交試驗得出，其較佳的制作工藝條件為擠壓溫度160 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速340 r/min、玉米粉粒度為過80 目、玉米粉含水量21%，同時驗證性試驗證明在此工藝條件下擠壓膨化所得的產(chǎn)品口感較好，表明擠壓膨化是一種較好地改善玉米粉口感的方法。

此外，瞬間高溫干燥、噴霧干燥、微波輻照等技術(shù)也可用于生產(chǎn)改性玉米粉。

玉米粉的物理改性可以改善玉米粉的食用品質(zhì)和加工特性，但仍存在耗能高、設(shè)備造價高、改性條件不易控制等缺陷，在一定程度上限制了物理法改性在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用[13]。

2 化學(xué)法

化學(xué)法分為添加改良劑改善玉米粉品質(zhì)和采用各種化學(xué)試劑改善玉米粉品質(zhì)兩種方法[13]。

2.1 添加改良劑

添加改良劑對玉米粉品質(zhì)進行改良的報道較多。張鐘宇[30]選用谷朊粉、瓜爾豆膠、田菁膠及海藻酸鈉作為面團改良劑，考察改良劑對改性玉米粉-小麥粉混合粉面團流變學(xué)特性的影響，并通過正交試驗，確定面團改良劑最佳配比為谷朊粉8%，瓜爾豆膠0.6%，田菁膠0.5%，海藻酸鈉0.2%。蔡宇潔[31]研究了谷朊粉、大豆分離蛋白對玉米面條蒸煮、質(zhì)構(gòu)及感官品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，隨著谷朊粉添加量的增加，面條的蒸煮損失呈波動狀態(tài)，總體趨勢下降；隨著大豆分離蛋白添加量的增加，面條的蒸煮損失呈波動上升趨勢；隨著谷朊粉和大豆分離蛋白添加量的增加，面條硬度和剪切力均變大，但感官品質(zhì)先升高后降低，谷朊粉在添加量為4%時面條的感官品質(zhì)最好，大豆分離蛋白在添加量為3%時面條的感官品質(zhì)最好；過量添加則會造成筋力過強，不易加工成形，口感和質(zhì)量下降。張劍等[2]固定玉米粉在小麥粉中的添加量為60%，研究了谷朊粉添加量分別為6%、8%、10%時對玉米面條的影響，結(jié)果表明，隨著谷朊粉添加量的增加，玉米面條的硬度、彈性、剪切力及拉伸距離都會有所提高，且硬度、剪切力及拉伸距離具有顯著性；面條的感官評分隨著谷朊粉的添加呈先增后減的趨勢，谷朊粉添加8%時，感官評分最高，高于8%時，玉米面條口感明顯變硬，適口性差，面條的色澤也逐漸變暗。盧曉黎等[32]通過添加復(fù)合親水膠體、采用預(yù)糊化工藝，研究了純玉米掛面的制作工藝及配方，其最佳工藝及配方為：玉米粉100 %，海藻酸鈉0.4 %，羥甲基纖維素鈉0.2%，黃原膠0.05%，高筋面粉8 %，總加水量45%；預(yù)糊化程度7 成。劉敦華等[33]以玉米粉與小麥粉（質(zhì)量比6∶4）的混合粉為原料，研究了添加沙蒿籽膠的玉米混合粉的流變特性和面條加工品質(zhì)的變化，結(jié)果表明，添加沙蒿籽膠能改善玉米混合粉的粉質(zhì)，使面團具有良好的流變特性，并能顯著增加面團的黏彈性，從而使面條的黏彈性增強、斷條率降低、糊湯程度減小，面條口感滑潤耐咀嚼。蔡宇潔等[3]以玉米-小麥混合粉制作面條，研究黃原膠、單甘酯和谷朊粉對其品質(zhì)的改良作用及改良劑的復(fù)配增效作用，單因素試驗結(jié)果表明：隨著黃原膠的添加，玉米面條的硬度、剪切力和感官評分都呈先增大后減小的趨勢，添加量為0.2%～0.4%時，面條的硬度和剪切力達到最高，當(dāng)添加量為0.3%時，面條的感官評分最高，同純面粉面條的接近，面條感官品質(zhì)較好；隨著單甘酯的添加，玉米面條的硬度和剪切力明顯增大，剪切力的增加呈波動性，當(dāng)添加量為0.1%～0.2%時，玉米面條的硬度和剪切力較大，當(dāng)添加量為0.15%～0.20%時，面條口感較好。孫皎皎等[34]采用單因素試驗和正交試驗對以玉米粉、黃豆粉和小麥粉混合粉為原料加工玉米面條的工藝進行優(yōu)化，結(jié)果表明，單獨添加谷朊粉、聚丙烯酸鈉、明膠或明膠多肽對玉米面條品質(zhì)均有不同程度的改善作用，但這4 種改良劑復(fù)合使用效果更好，其最佳配方為谷朊粉3%、聚丙烯酸鈉0.10%、明膠2%、明膠多肽3%。姜南等[35]研究了不同添加劑對玉米面餃子皮老化控制的影響，結(jié)果表明玉米面餃子皮抗老化工藝的最佳條件為真菌α-淀粉酶、卡拉膠、羧甲基纖維素鈉的最佳添加量分別為0.05%、0.62%、0.23%，在此條件下，玉米面餃子皮的硬度值接近小麥粉餃子皮的硬度值。

添加改良劑改善玉米粉的加工性能簡單易行，效果明顯，成本低，但是改良劑添加量過多會影響玉米粉的風(fēng)味，且過多的攝入食用膠等化學(xué)改良劑對人體健康也有不利影響，因此該方法的應(yīng)用前景受到一定局限。

2.2 采用化學(xué)試劑

采用化學(xué)試劑對玉米粉品質(zhì)進行改良的相關(guān)報道較少。閔偉紅等[36]以普通玉米為原料，采用不同濃度的乳酸、乙酸和鹽酸浸泡整粒玉米4 d 后磨粉，通過對比分析研究3 種酸浸泡對玉米粉理化性質(zhì)及凝膠流變性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，經(jīng)過乳酸、乙酸、鹽酸浸泡后的玉米粉的總糖含量增高，粗蛋白、脂肪、灰分含量下降；其凝膠性質(zhì)都得到不同程度的改善。翟愛華等[37]利用化學(xué)試劑醋酸酐對糯玉米粉進行改性，結(jié)果顯示改性后的糯玉米粉糊化性能和抗老化性能均有改善，玉米粉的加工和食用品質(zhì)均得以提高。湯培培等[38-39]研究氫氧化鈣對熱處理玉米粉特性的影響，結(jié)果表明，在氫氧化鈣濃度范圍0%～1%內(nèi)，低濃度的氫氧化鈣可提高淀粉顆粒的膨脹力和持水性，氫氧化鈣濃度大約在0.4%時淀粉的膨脹力、持水性和糊化峰值黏度表現(xiàn)為最大，之后隨著濃度的增加而減小。玉米粉糊化溫度隨著氫氧化鈣濃度的增加先降低后升高。通過正交試驗得出最優(yōu)工藝條件為氫氧化鈣量0.4%、加熱時間1 h、加熱溫度100 ℃，此工藝條件下制備的玉米粉峰值黏度為2 810 cP，回生值/最終黏度為0.52，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較松散、易糊化、不易老化。謝軍紅等[9]研究了熱堿浸泡對玉米粉熱力學(xué)特性和流變學(xué)特性的影響，結(jié)果表明，熱堿處理影響玉米粉的熱特性以及黏彈特性。在熱堿浸泡加工時，Ca2+與淀粉之間相互作用，穩(wěn)定了凝膠的結(jié)構(gòu)，增加了玉米粉的糊化濕度。由于熱堿的存在，部分淀粉糊化，玉米粉的糊化焓值有所降低。在糊化階段熱堿處理玉米粉與對照樣不同，熱堿處理玉米粉形成的凝膠黏度低。

但是化學(xué)試劑處理后玉米粉的安全性限制了化學(xué)試劑在玉米粉品質(zhì)改良方面的應(yīng)用。

3 生物改性

玉米粉的生物改性是利用生物酶的水解作用或者微生物的發(fā)酵作用對玉米粉的分子結(jié)構(gòu)進行部分修飾，部分改變玉米粉中蛋白與淀粉的結(jié)構(gòu)，從而使玉米粉的保水力、凝膠特性以及粘性等加工特性得到改善[40-41]。玉米粉的生物改性目前主要為酶法和發(fā)酵法。

3.1 酶法

利用酶制劑對玉米粉進行改性處理的報道較多，如孫步云等[42]研究表明：酶法改性可以大幅度提高玉米粉的工藝性能，尤其淀粉酶與堿性蛋白酶復(fù)合改性效果明顯；酶法改性對玉米谷蛋白結(jié)構(gòu)影響較大，對醇溶蛋白影響較小，谷蛋白結(jié)構(gòu)的變化可能是導(dǎo)致玉米成團性改良的一個重要因素。王香麗等[43]采用中性蛋白酶對玉米粉進行改性，并研究了中性蛋白酶添加量對玉米粉糊化特性的影響，結(jié)果表明，隨著酶量的增加玉米粉的最低黏度和最終黏度均較低，而峰值黏度基本不變。王香麗等認為這主要是因為中性蛋白酶能夠使玉米粉中的醇溶蛋白和堿性蛋白水解成多肽，從而使包裹著淀粉顆粒的蛋白脫落，把更多的淀粉暴漏出來，使其與水或其他試劑充分接觸，有利于玉米粉改性的發(fā)生。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)基本被水解完全以后，其黏度基本不變。王亞丹等[44]也采用中性蛋白酶對玉米粉進行改性，并通過與原玉米粉相比，研究酶處理后的玉米粉凝膠特性及糊化特性的變化，結(jié)果表明，經(jīng)過酶處理后的玉米粉，其凝膠體積膨脹率變小，即玉米粉吸水保水能力下降。王亞丹等認為這主要是因為玉米粉經(jīng)酶水解后，可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)保水能力喪失，也可能水解生成疏水物質(zhì)肽或氨基酸，使得玉米粉吸水保水能力下降，或者高溫使部分玉米粉顆粒糊精化，淀粉很少游離出來，持水能力降低；其研究結(jié)果同時還表明經(jīng)過酶處理后的玉米粉，其峰值黏度和回升值均降低，且變幅較大。王亞丹等認為這可能是因為蛋白質(zhì)在玉米粉糊化過程中對黏度有貢獻作用，一旦被酶水解破壞后黏度自然減弱，且有可能水解產(chǎn)物與直鏈淀粉作用形成難以糊化的復(fù)合物，使得處理后玉米粉的黏度驟降。

3.2 發(fā)酵法

在以往生產(chǎn)中多采用酶法改良玉米粉的品質(zhì)[45]。近年來隨著發(fā)酵工藝的改善和發(fā)酵過程控制的優(yōu)化，通過發(fā)酵法尤其是固態(tài)發(fā)酵法改良玉米粉品質(zhì)逐漸成為新的研究熱點[46]。固態(tài)發(fā)酵是指反應(yīng)體系無水或接近于無水的發(fā)酵過程[47]。李博[48]研究了酵母菌固態(tài)發(fā)酵對玉米粉品質(zhì)的改良作用，并對發(fā)酵后玉米粉的生理功能進行了研究。通過用發(fā)酵后的玉米粉對小鼠進行喂養(yǎng)，并檢測小鼠的生理指標(biāo)，表明發(fā)酵后的玉米粉能夠有效地預(yù)防因營養(yǎng)過剩引起的血糖血脂的升高，可以有效改善小鼠的免疫功能，清除小鼠體內(nèi)的有毒物質(zhì)。王小鶴等[49]研究了乳酸菌發(fā)酵對玉米粉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明經(jīng)乳酸菌發(fā)酵的玉米粉的保水力增加，乳酸菌發(fā)酵可提高玉米粉的利用價值。程國棟等[50]研究了玉米發(fā)酵面團的最佳制作工藝，得出玉米面團最佳工藝條件為酵母添加量為0.8%、發(fā)酵時間為1.5 h、醒發(fā)時間為40 min，此條件下制得的玉米發(fā)酵面團品質(zhì)良好，其質(zhì)構(gòu)特性與小麥饅頭較接近，面團表皮光滑、對稱、挺立，內(nèi)部氣孔均勻，彈性好且筋道、滋味濃香。秦洋[51]在他的博士論文中采用乳酸菌發(fā)酵法改良玉米粉的加工性能，通過分析發(fā)酵前后玉米粉的加工性能得出：玉米粉經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后持水力下降，凝膠能力提升，色澤變淡；發(fā)酵改性玉米粉在熱穩(wěn)定性以及抗回生性方面均有明顯改善，并且糊化溫度和糊化時間均有一定提高；發(fā)酵改性玉米粉制作的玉米面團更加柔軟，且黏性、彈性、內(nèi)聚性、膠著性、延展性、拉伸耗能、拉伸阻力以及拉伸比等方面均有明顯提高，具有更好的加工性能，更適合于加工成各類面制品；用乳酸菌發(fā)酵的玉米粉制作的玉米蛋糕與原玉米蛋糕相比硬度降低，彈性和咀嚼性增強，口感較好，感官得分顯著提高；玉米粉在乳酸菌發(fā)酵過程中黃曲霉毒素含量也有所降低，因此乳酸菌發(fā)酵是一種安全有效的加工方法。此外，劉慶艾等[52]采用微生物發(fā)酵的方法研究了玉米粉經(jīng)米根霉和乳酸菌發(fā)酵后玉米粉性質(zhì)的變化。侯普馨等[53]對玉米發(fā)酵面條進行了研制，并研究了酵母添加量對面條感官品質(zhì)的影響。

此外，還有大量文章顯示在利用乳酸菌發(fā)酵玉米粉時有助于降低玉米粉中黃曲酶毒素的含量?？梢娢⑸飳Σ《镜慕到饽芰Σ蝗菪∫?。針對微生物發(fā)酵法，未來勢必會有更加廣闊和深入的研究[51]。

4 復(fù)合法

復(fù)合法是指采用兩種或兩種以上方法對玉米進行改性修飾的方法。國內(nèi)對復(fù)合法玉米改性的研究較少。余平等[54]采用現(xiàn)代生物技術(shù)、超微粉碎技術(shù)結(jié)合其他先進工藝生產(chǎn)研制生產(chǎn)出了特制玉米粉，生產(chǎn)的特制玉米粉具有類似小麥粉的食品加工特性，可以單獨或部分加入小麥粉中，用于制作玉米饅頭、掛面、發(fā)糕、面包、水餃和其他大眾化傳統(tǒng)主食。劉亞偉等[55]采用發(fā)酵法和酶法對玉米粉進行復(fù)合改性，并分析了改性后玉米粉的糊化特性和制備成玉米面條的質(zhì)構(gòu)特性。結(jié)果表明，玉米粉經(jīng)改性后，糊化溫度降低，其他的糊化特征值均增加，玉米粉的凝膠特性得到改善，能顯著提高玉米面條的彈性和咀嚼性。

5 總結(jié)與展望

隨著人們對健康飲食的關(guān)注，多食用粗糧已是人們的共識，粗糧改性已逐漸成為研究的熱點。玉米作為粗糧中產(chǎn)量最大的一種，其食用價值的開發(fā)對人類健康飲食意義重大，因而已引起了大量學(xué)者對玉米主食的研究興趣。而其自身的特點卻極大地限制了玉米粉在主食加工方面的利用度。因此玉米粉的改性在玉米主食化進程中具有重大意義。目前玉米粉改性方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法及復(fù)合法等。隨著人們對食品安全問題的日益重視，物理法及生物法玉米粉改性將具有較為廣闊的發(fā)展前景。此外，復(fù)合法改性玉米粉能夠?qū)σ陨细鞣N方法取長補短，在改性效果上形成互補，有助于大幅提高玉米粉品質(zhì)，因此也將成為未來玉米粉改性研究的熱點。