蓮子淀粉改性方法及其應(yīng)用的研究進(jìn)展

陳曉雪，方嘉沁，王鳳嬌，白衛(wèi)東，劉曉艷，白永亮，

（1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山 528200；2.廣州酒家集團(tuán)利口福食品有限公司，廣東番禺 511442；3.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，廣東廣州 510225）

淀粉是一種可降解和可再生的有機(jī)化合物，是人類膳食攝入的重要碳水化合物,也是維持人體正常生命活動的能量來源之一。淀粉的改性是在天然淀粉的基礎(chǔ)上引入新的官能團(tuán)使其成為淀粉的衍生物，或通過改變淀粉的分子和顆粒特性，從而改變其理化性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)[1]。

蓮子中含有人體所需的碳水化合物、氨基酸和礦物質(zhì)等基本物質(zhì)，也含有大量多酚類物質(zhì)，具有豐富的營養(yǎng)和健康價值。目前，國內(nèi)外大部分的研究集中在蓮子各部位的功能成分、營養(yǎng)物質(zhì)及藥理作用等方面，而對于蓮子淀粉性質(zhì)的研究較少，主要集中在物理特性和加工特性方面。蓮子屬于高淀粉含量食物，其淀粉含量超過了干基總量的60%[2]，但蓮子淀粉因存在著口感差、凝膠性能不穩(wěn)定、易老化和溶解性低等天然淀粉的缺陷，在加工儲存等方面受到限制。因此，在蓮子淀粉的應(yīng)用中需要采用改性的方法改善其加工特性，從而拓寬其應(yīng)用范圍。目前，淀粉改性的方法主要有化學(xué)改性[3]、物理改性[4]、生物改性[5]和復(fù)合改性[6]。國內(nèi)外對蓮子淀粉改性研究的系統(tǒng)闡述還不夠完善，對蓮子淀粉物理改性方法和產(chǎn)品應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，并對其前景進(jìn)行探討，以期能夠更好地開發(fā)利用蓮子資源，并為其他改性方法在蓮子淀粉中的應(yīng)用提供參考。

1 機(jī)械作用改性

淀粉在機(jī)械力的作用下被粉碎，在粉碎的過程中，淀粉晶體顆粒的變化是從量變到質(zhì)變，進(jìn)而發(fā)生分子重排，使淀粉細(xì)微化和均勻化，從而改變其加工性質(zhì)[7]。研究表明，機(jī)械作用可提高淀粉的熱糊穩(wěn)定性、冷糊穩(wěn)定性、溶解度、膨脹度和持水性[8]。目前，應(yīng)用在淀粉改性方面的機(jī)械作用力方法包括擠壓、超微粉碎和碾壓等。牛凱等人[9]利用輾軋的方法對綠豆淀粉進(jìn)行改性，降低了其透光率、膨脹度和黏度，提高了糊化溫度和水溶指數(shù)。樊佳玫等人[10]利用螺桿擠壓的方法對馬鈴薯淀粉進(jìn)行了改性，提高了抗性淀粉和慢消化淀粉的含量。陳江楓等人[11]通過氣流粉碎得到細(xì)微化的木薯淀粉，提高了淀粉顆粒的疏水性能，從而改善了淀粉的流動性。

機(jī)械作用力改性方法具有操作簡單、污染小等優(yōu)點，也被應(yīng)用到蓮子產(chǎn)品的前處理中，粉碎細(xì)化后的蓮子淀粉具有良好的口感和儲存效果。王彩霞等人[12]采用粉碎的方法改性蓮子淀粉，提高了其凝膠特性，并應(yīng)用在了銀耳蓮子糕的加工中。在孔慶偉等人[13]的市場分析中表明，將擠壓膨化后得到的蓮子粉作為配料，可得到一種適合供高血壓、糖尿病群體及中老年人食用的奶制品。鮮有人對機(jī)械作用力改性后的蓮子淀粉進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的深入研究。吳斌[14]通過沖擊粉碎和球磨粉碎2種方式對蓮子淀粉進(jìn)行物理變性，表明蓮子淀粉顆粒在微細(xì)化的過程中比表面積逐漸增大，顆粒之間的分子間斷裂，導(dǎo)致表面能發(fā)生改變，從而導(dǎo)致蓮子淀粉的糊化性質(zhì)、化學(xué)吸附、凝聚等理化性質(zhì)的改變。薛軍[15]通過擠壓膨化得到蓮子粉，對其主要成分和理化性質(zhì)的變化進(jìn)行研究，膨化后的蓮子粉糊化程度達(dá)88.6%，吸水能力和溶解度大大增強(qiáng)，且將其作為原料制成高品質(zhì)的蓮蓉。因此，利用機(jī)械作用力改性后蓮子淀粉理化性質(zhì)仍需要進(jìn)一步研究，為擴(kuò)大其應(yīng)用范圍提供理論依據(jù)。

2 超高壓改性

超高壓處理技術(shù)是指食品原料經(jīng)真空包裝后，采用水或者其他流體介質(zhì)在高壓（100～1 000 MPa）條件下處理一定時間后，引起食品品質(zhì)發(fā)生變化的非熱加工技術(shù)[16]，被廣泛運(yùn)用到食品加工領(lǐng)域。此方法能夠使淀粉在常溫下發(fā)生糊化，增加凝膠強(qiáng)度和凍融穩(wěn)定性[17]，提高消化吸收率，避免淀粉的回生現(xiàn)象[18]，已經(jīng)應(yīng)用到玉米、馬鈴薯、小麥和大米等淀粉的改性研究和生產(chǎn)加工中。

超高壓處理蓮子淀粉的相關(guān)研究主要集中在改性后蓮子淀粉的理化性質(zhì)，包括透光率、顆粒粒度分布、溶解度、膨脹度、凝沉性和凍融穩(wěn)定性等，在工藝條件和機(jī)理方面的研究較少。研究表明，超高壓處理形成的復(fù)合物晶體可以減少蓮子直鏈淀粉遇水之后會發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，且隨著壓力升高，蓮子中的抗性淀粉（RS） 含量降低，慢消化淀粉（SDS、RDS）含量則有所增加[19]。同時，不同壓力、不同保壓時間和不同溫度也不同程度地影響著淀粉的慢性消化速率，在600 MPa以下淀粉消化率下降，而達(dá)到800 MPa以上，淀粉消化率隨著壓力的增加升高。Guo Z等人[20]將蓮子淀粉-水懸浮液混勻置于500 MPa，25℃下進(jìn)行高壓處理后，蓮子淀粉顆粒大小隨保壓時間的升高而增大，蓮子直鏈淀粉與其內(nèi)源脂質(zhì)形成的復(fù)合物降低了蓮子直鏈淀粉的溶脹能力，提高了其穩(wěn)定性。

在食品加工應(yīng)用上，福建農(nóng)林大學(xué)將蓮子淀粉與大豆卵磷脂混勻采用動態(tài)高壓達(dá)到均質(zhì)的效果，發(fā)明出一種具有高穩(wěn)定性的蓮子淀粉復(fù)合物加工方法[21]。華漢威等人[22]使用在高壓條件下進(jìn)行氣流膨化研制出一種松脆蓮子。采用超高壓非熱力改性方法可以改善蓮子淀粉的理化性質(zhì)且操作方便簡單，在食品加工領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景，但在蓮子生產(chǎn)中仍需進(jìn)一步研究。

3 微波改性

微波是一種非電離能，能在交變電磁場下產(chǎn)生熱量通過“分子摩擦”穿透介質(zhì)[23]，已應(yīng)用于食品的滅酶[24]、滅菌[25]和干燥[26]等食品加工中。研究表明，微波改性技術(shù)能夠改變淀粉的生理功能和物化特性。Meng Wang等人[27]通過微波輻照將玉米、馬鈴薯和板栗3種不同淀粉進(jìn)行加熱，冷卻貯藏8 h內(nèi)淀粉體外消化率的增加，而在24 h后開始降低。寧芯等人[28]在2 450 MHz微波功率下處理大米淀粉，研究不同微波條件可以使直鏈淀粉含量升高，溶解度和潤脹性降低，消化性能提高。

國內(nèi)外已有學(xué)者研究微波處理對蓮子淀粉的影響。在理化特性和加工特性方面，陳秉彥等人[29]將蓮子淀粉在65℃不同微波功率下處理5 min，其淀粉顆粒數(shù)量隨著微波功率的增大而增多，淀粉顆粒之間出現(xiàn)了較強(qiáng)的聚集黏結(jié)行為，且蓮子淀粉糊的彈性、黏度均有下降，從而提高了淀粉糊的穩(wěn)定性。杜艷芳[30]觀察隨著微波輻射功率的加強(qiáng)，熟化后貯藏蓮子的最終硬度和咀嚼性逐漸降低，黏著性和彈性逐漸升高，同時微波輻射后的蓮子內(nèi)部會有明顯不規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可降低蓮子的結(jié)晶度，使得蓮子的抗性淀粉含量和黏度峰值降低，從而抑制淀粉老化。福建農(nóng)林大學(xué)采用微波-超聲波聯(lián)合處理，在150～160 W的微波功率下和超聲波的聯(lián)合作用下得到蓮子多孔淀粉-磷脂復(fù)合物[31]。林珊等人[32]將蓮子淀粉乳溶液置于功率400 W微波設(shè)備中處理120 s，可蓮子抗性淀粉得率達(dá)39.53%。

因此，根據(jù)微波改性淀粉性質(zhì)的研究結(jié)果，其可用于油炸產(chǎn)品、方便產(chǎn)品及適合糖尿病患者食用的產(chǎn)品開發(fā)中，但是目前僅在罐頭制品中有相關(guān)報道。曾紹校[33]對蓮子進(jìn)行微波前處理能使罐藏蓮子的硬度再降低約46%，改善了產(chǎn)品的口感，在1年觀察期內(nèi)未出現(xiàn)返生味。綜上，對于微波蓮子改性淀粉相關(guān)產(chǎn)品的研制頗少，有待進(jìn)一步的研究。

4 熱處理改性

熱處理可分為濕熱處理和干熱處理。濕熱處理是對較低含水量（＜35%）的淀粉以高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，低于糊化溫度處理一定時間的物理方法[34]；干熱法結(jié)合了熱處理和干法工藝的優(yōu)越性。

國內(nèi)外不少學(xué)者研究了干熱和濕熱處理對不同淀粉物理和化學(xué)性質(zhì)的影響。干燥加熱可降低淀粉分子量和創(chuàng)建小分子分?jǐn)?shù)與合適的鏈長，從而實現(xiàn)更好的重排，使淀粉的糊化溫度更高，而且干燥加熱和退火的協(xié)同作用能夠調(diào)節(jié)淀粉的消化率[35]。濕熱處理可以使淀粉鏈和螺旋結(jié)構(gòu)的流動性增加，抗性淀粉含量增加[36]。

淀粉的凝膠化是吸熱過程，采用熱處理的方法可以使糊化溫度降低，增加其凝膠特性，從而改善淀粉易老化的缺點，且在蓮子淀粉改性中已有應(yīng)用。徐國建等人[37]利用差示掃描量熱技術(shù)研究了在不同溫度下熱風(fēng)干燥對蓮子淀粉熱特化和凝膠化的影響，發(fā)現(xiàn)高溫?zé)犸L(fēng)干燥過程中不斷失水，并伴隨淀粉的凝膠化過程。王雨生等人[38]研究表明，干熱處理改性后的蓮子淀粉更易糊化，溶解度和膨脹度都有所增加。在成膜特性方面，干熱處理能夠改善蓮子淀粉膜的阻水性和水溶性。張帆等人[39]在蓮子淀粉中添加海藻酸鈉，通過干燥加熱法得到蓮子變性淀粉，溶解度升高，膨脹度降低，淀粉糊的透明度降低，并采用其制成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密的可食性蓮子淀粉膜。林鴛緣等人[40]通過沸水浴使蓮子淀粉發(fā)生糊化制成淀粉膜，蓮子淀粉膜的體外水解速率增加、可消化淀粉含量增加，消化速率升高。吳小婷等人[41]采用超聲波結(jié)合壓熱法改性蓮子淀粉，得到56.12%蓮子抗性淀粉。

通過濕熱處理對蓮子淀粉的研究未見報道。濕熱處理過后的淀粉顆粒表面出現(xiàn)了裂紋和凹坑，淀粉糊化溫度升高，峰值黏度降低，抗性淀粉含量增加[42]。濕熱處理常被應(yīng)用于保健食品領(lǐng)域，濕熱處理的淀粉與脂肪酸復(fù)合后能夠調(diào)節(jié)血脂、血糖和腸道功能[43]。因此，通過濕熱處理對蓮子淀粉進(jìn)行改性，從而制備具有一定生理功能的食品原料，需要進(jìn)一步開發(fā)研究，且具有廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

目前，國內(nèi)外應(yīng)用在淀粉改性中的技術(shù)還有很多，如發(fā)酵改性[44]、脂化改性[45]、超聲波改性[46]、酸法改性[47]、復(fù)合改性[48]等，且研究體系已經(jīng)較為成熟，而應(yīng)用于蓮子淀粉改性技術(shù)較少，主要是物理改性方法。物理改性雖無使用化學(xué)藥劑，操作工藝也較方便，但由于其機(jī)器設(shè)備昂貴、效率低下，工業(yè)化生產(chǎn)難度高，造成蓮子產(chǎn)品加工業(yè)的局限性。因此，今后的研究可以進(jìn)一步利用化學(xué)改性、生物改性、復(fù)合改性（化學(xué)改性與物理改性、生物改性與化學(xué)改性等）等方法對蓮子淀粉進(jìn)行改性，以期能夠獲得不同加工性質(zhì)的蓮子改性淀粉，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。