預(yù)糊化淀粉在食品中應(yīng)用的研究進(jìn)展

楊世雄， 高飛虎， 張 玲， 張雪梅， 張歡歡， 李 雪， 梁葉星， 李 鴻

(重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329)

淀粉是植物中最常見(jiàn)的碳水化合物，也是人類能量攝入的主要來(lái)源。淀粉由支鏈淀粉和直鏈淀粉組成，二者以一定形式排列成具有部分結(jié)晶區(qū)的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)，天然淀粉具有微晶束結(jié)構(gòu)，在冷水中無(wú)法溶解，因此天然淀粉的應(yīng)用受到很大制約。為改善原淀粉的性質(zhì)及拓寬其在食品工業(yè)中的應(yīng)用，可對(duì)原淀粉進(jìn)行預(yù)糊化處理，預(yù)糊化是一種物理改性淀粉方式，其主要特點(diǎn)是能夠在冷水中溶解膨脹，形成具有一定黏度的淀粉糊，使用方便，且其凝沉性比原淀粉小，應(yīng)用非常廣泛[1]。

預(yù)糊化淀粉(pre-gelatinized starch, PGS)，亦稱α-淀粉，指的是通過(guò)某種方法將淀粉加熱糊化，并在高溫條件下迅速干燥形成的一種冷水可調(diào)制成糊液的改性淀粉。淀粉糊化的本質(zhì)是淀粉顆粒結(jié)晶的融化，即淀粉中晶體與非晶體態(tài)的淀粉分子之間的氫鍵斷裂，經(jīng)過(guò)不可逆的無(wú)序化轉(zhuǎn)換，此過(guò)程中淀粉顆粒由逐漸吸水、膨脹、結(jié)晶性消失及至直鏈淀粉析出。淀粉糊化一般可分為3個(gè)階段：可逆階段，水分進(jìn)入淀粉顆粒的非晶體部分，體積略有膨脹，此時(shí)冷卻干燥，顆?？梢詮?fù)原，雙折射現(xiàn)象不變；不可逆階段，隨著溫度升高，水分子進(jìn)入淀粉微晶間隙，不可逆地大量吸水，雙折射現(xiàn)象逐漸模糊以至消失，淀粉粒體積增大至原體積50～100倍；淀粉粒解體，淀粉分子全部進(jìn)入溶液，淀粉糊化[2, 3]。將新鮮制備的糊化淀粉漿脫水干燥，可得易分散于冷水中的PGS，因其在冷水中可溶、黏合性好等良好性質(zhì)，在主食化食品[4]、烘焙食品[5, 6]、肉類產(chǎn)品[7]、休閑食品[8, 9]等產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用，以此來(lái)提升產(chǎn)品品質(zhì)。

1 PGS的制備

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)PGS的各種制備方法均有研究，其基本制備工藝為：天然淀粉→糊化→干燥→粉碎→過(guò)篩→包裝。

PGS常見(jiàn)的的制備方法主要有滾筒干燥法、擠壓膨化法、噴霧干燥法及真空冷凍干燥法等，比如Wiriyawattana等[10]研究了滾筒干燥法的工藝參數(shù)對(duì)預(yù)糊化米粉特性的影響，Santos等[11]利用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)對(duì)木薯PGS噴霧干燥工藝進(jìn)行了優(yōu)化。目前由于制備成本等因素的影響，PGS在實(shí)際生產(chǎn)中主要的制備方法是滾筒干燥法，具體生產(chǎn)工藝為：天然淀粉→調(diào)粉罐→單鼓或雙鼓滾筒干燥機(jī)→輸送機(jī)→破碎機(jī)→風(fēng)送收集系統(tǒng)→篩分機(jī)→包裝。其他制備方法如微波法[12, 13]、酶解輔助法[14]、氣流膨化法[15]、機(jī)械活化法[16, 17]、蒸汽升溫法[18]、超聲輔助法[19]等應(yīng)用較少。PGS常見(jiàn)制備方法見(jiàn)表1。

表1 PGS的主要制備方法比較[20]

2 PGS的特性

天然淀粉的顆粒具有微晶結(jié)構(gòu)，在冷水中不具備溶解性。將原淀粉在一定量的水存在下進(jìn)行加熱糊化處理后，淀粉顆粒溶脹，排列規(guī)則的膠束被破壞，微晶消失。經(jīng)預(yù)糊化處理的淀粉能在冷水中迅速膨脹，具有常溫水可溶性、保水性、凝膠性和膨脹性等特點(diǎn)[33]。由于原淀粉種類、制備工藝等的不同決定了PGS的性能也有所差異，而影響PGS性能的主要因素有原材料、加工方式、形狀及大小顆粒、晶體結(jié)構(gòu)及其他因素的影響等[34]。

常見(jiàn)PGS常見(jiàn)的性質(zhì)有：易消化性。在預(yù)糊化過(guò)程中，水分子破壞淀粉分子氫鍵，從而破壞淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使之溶脹于水中，因此易被淀粉酶作用，利于人體消化吸收。PGS這一性質(zhì)，可用于嬰幼兒及老年人食品生產(chǎn)。較好的黏彈性。PGS分子顆粒膨脹時(shí)，能通過(guò)主鍵間的共價(jià)作用形成具有黏彈性的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[35]，其較好的黏彈性可以代替面粉中的面筋，因此PGS在傳統(tǒng)面制食品中有一定的優(yōu)勢(shì)。較強(qiáng)的保水性。PGS具有多孔結(jié)構(gòu)，因此具有較強(qiáng)的吸水性和產(chǎn)氣能力，在制作蛋糕等烘焙食品時(shí)，可改善具容積，并能增加成品新鮮度及結(jié)構(gòu)均勻性，使得產(chǎn)品松軟、口感良好。冷水溶解溶脹性。形成具有一定糊液分散性較好，且有增稠穩(wěn)定的作用，使用方便。強(qiáng)吸水性、糊化度及黏彈性較高，可增強(qiáng)食品彈性和成型性，可作為食品加工過(guò)程中的粘合劑。PGS具有氫鍵斷裂、多孔結(jié)構(gòu)，與天然淀粉相比，具有冷水可溶性、高分散性、高黏度和高膨脹性、高吸油性等特點(diǎn)[36]，因此，被廣泛應(yīng)用于食品[37-40]、醫(yī)藥[41-43]等行業(yè)中。

3 PGS在食品中的應(yīng)用

3.1 PGS在面制品中的應(yīng)用

PGS的強(qiáng)吸水性、保水性、黏彈性等在面制品中有著廣泛的應(yīng)用，通過(guò)添加方便、安全、綠色的PGS來(lái)改善面制品在外觀、結(jié)構(gòu)及食用品質(zhì)等方面的一些不足。徐斌等[44]采用蒸煮，擠壓膨化和滾筒干燥對(duì)燕麥進(jìn)行預(yù)糊化處理，研究了燕麥預(yù)糊化處理對(duì)高含量燕麥掛面品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，添加預(yù)糊化燕麥粉可以改善掛面品質(zhì)。孫曉靜等[29]研究了PGS對(duì)苦蕎面團(tuán)流變性質(zhì)及蘆丁降解的的影響，發(fā)現(xiàn)預(yù)糊化使苦蕎麥面團(tuán)的粉質(zhì)特性得到改善，與未處理的全粉面團(tuán)相比，PGS面團(tuán)內(nèi)部形成了連續(xù)、均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而且其質(zhì)構(gòu)特性也得到了改善。Yousif等[45]研究發(fā)現(xiàn)，添加5%～15%的PGS至玉米面條中可改善面條的食用品質(zhì)。李陽(yáng)等[46]探索了預(yù)糊化對(duì)蕎麥掛面品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)蕎麥進(jìn)行預(yù)糊化處理可以提高蕎麥粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至50%左右，且制得的蕎麥掛面品質(zhì)較好。劉書(shū)航等[47]研究了預(yù)糊化玉米粉對(duì)掛面品質(zhì)的影響，當(dāng)預(yù)糊化玉米粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%時(shí)，掛面蒸煮時(shí)間最佳抗彎曲力較大，且有良好口感，有利于掛面成型。Ortolan等[48]發(fā)現(xiàn)將PGS加入面團(tuán)中，其強(qiáng)吸水性及結(jié)構(gòu)的無(wú)序化可以改變面制品的醒發(fā)體積及凝膠特性，調(diào)控其品質(zhì)。

3.2 PGS在米制品中的應(yīng)用

PGS良好的性能在米制品中也有著大量的應(yīng)用。例如周葵等[32]研究了富硒大米粉預(yù)糊化及其復(fù)配代餐粉的制備方法，考察了不同加工方式對(duì)大米粉硒保留率及品質(zhì)的影響，并以預(yù)糊化富硒大米粉為主要原料制備代餐粉。王宏偉等[49]研究了PGS對(duì)糯米粉微觀結(jié)構(gòu)、糊化及流變性能的影響，發(fā)現(xiàn)將PGS以不同比例分別添加至糯米粉中，隨著添加量的增加其凝膠結(jié)構(gòu)特性變化顯著，證實(shí)了PGS的添加有利于形成穩(wěn)定性更高的強(qiáng)凝膠結(jié)構(gòu)糯米，此外PGS的添加能夠增強(qiáng)顆粒表面結(jié)構(gòu)的致密性，提高其相對(duì)結(jié)晶度，從而有助于糯米粉糊形成三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，極大改善其凝膠性能。Wang等[50]將PGS加入糯米粉團(tuán)后發(fā)現(xiàn)蒸煮后的粉團(tuán)開(kāi)裂率和水分損失率降低，因此通過(guò)添加適當(dāng)?shù)腜GS可以改善糯米團(tuán)的食用品質(zhì)。吳宗帥等[51]研究了PGS對(duì)米發(fā)糕品質(zhì)的影響，經(jīng)綜合評(píng)定PGS能夠顯著提高米發(fā)糕的比容、彈韌性、組織結(jié)構(gòu)，有效的抑制了米發(fā)糕老化。劉慶慶等[18]研究了預(yù)糊化條件對(duì)萌芽糙米蒸煮質(zhì)構(gòu)特性及品質(zhì)的影響，特定的預(yù)糊化條件可以提升萌芽糙米的質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮特性、感官品質(zhì)?？嘴鞯萚52]研究了蒸汽預(yù)糊化處理對(duì)發(fā)芽糙米結(jié)構(gòu)和吸水特性的影響，結(jié)果推測(cè)，預(yù)糊化后發(fā)芽糙米結(jié)構(gòu)及吸水性的變化是其蒸煮特性改善的主要原因。

3.3 PGS在烘焙食品中的應(yīng)用

由于PGS的吸水性可以改善體系的產(chǎn)氣能力，因此，將其應(yīng)用在烘焙食品中可得到更為酥軟的食品。馬寧等[28]研究了猴頭菇-青稞預(yù)糊化粉的不同添加比例對(duì)桃酥品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，預(yù)糊化粉的營(yíng)養(yǎng)成分改善，糊化溫度降低，穩(wěn)定性提升，桃酥中的K等礦物質(zhì)、膳食纖維及蛋白質(zhì)含量與預(yù)糊化粉的添加量成正比，但是猴頭菇-青稞預(yù)糊化粉的占比差超過(guò)50%后，則對(duì)桃酥的口感等造成負(fù)面影響。Hesso等[53]在小麥粉中添加了部分PGS做成磅餅，研究表明PGS的添加抑制了其在儲(chǔ)存過(guò)程中的老化。謝少梅等[54]研究了PGS在麻糬面包中的應(yīng)用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加一定比例的預(yù)糊化木薯淀粉和預(yù)糊化馬鈴薯淀粉均能明顯提高麻糬面包的質(zhì)構(gòu)和口感。

3.4 PGS在休閑保健食品中的應(yīng)用

PGS具有多孔結(jié)構(gòu)，可以改善膨化豆、脆皮花生等休閑食品的脆皮組織，賦予其酥、脆而且蓬松的結(jié)構(gòu)。張淑芬等[23]將糯玉米PGS添加至卡仕達(dá)醬中，結(jié)果表明，PGS不僅能夠賦予產(chǎn)品細(xì)膩爽滑的口感和良好的組織狀態(tài)，而且其還具有較好的熱穩(wěn)定性。Bortnoeska等[55]發(fā)現(xiàn)，預(yù)糊化蠟質(zhì)玉米淀粉可以作為增稠劑代替非淀粉親水膠體應(yīng)用在低脂乳狀液中，有利于開(kāi)發(fā)低脂保健型食品乳化劑。劉淑一[56]研究了預(yù)糊化對(duì)燕麥全粉理化性質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)糊化處理有效提高了燕麥全粉的加工適應(yīng)性與貯藏穩(wěn)定性。饒先軍等[57]探索了預(yù)糊化替代復(fù)合磷酸鹽在油炸蠶豆中的應(yīng)用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)糊化能夠使蠶豆保持完整外形，油炸后產(chǎn)品酥脆可口。邵子晗等[21]研究了不同預(yù)糊化時(shí)間對(duì)即食沖調(diào)粉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)糊化處理，可顯著改善滾筒干燥后米粉的沖調(diào)特性，且提高了產(chǎn)品是淀粉水解率和抗性淀粉含量。

3.5 PGS在其他食品中的應(yīng)用

PGS除了在上述食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，還在冷凍食品、肉類食品、調(diào)味品、軟飲料等食品行業(yè)中均有應(yīng)用。Li等[58]研究了PGS等淀粉衍生物對(duì)冷凍饅頭面團(tuán)品質(zhì)劣化的緩解作用，研究發(fā)現(xiàn)其可顯著提高饅頭的比容積，降低饅頭的硬度。郭玉[59]將制備的預(yù)糊化羥丙基木薯淀粉加入到冷凍面團(tuán)中，發(fā)現(xiàn)其對(duì)冷凍面條的食用品質(zhì)具有一定是改善，尤其是提高了面條的抗凍性。Lei等[60]發(fā)現(xiàn)，蛹蟲(chóng)草粉和谷物混合粉經(jīng)過(guò)雙螺桿擠壓與糊化后可以顯著提高必需氨基酸的含量與風(fēng)味。徐敬欣等[61]研究了綠豆淀粉預(yù)糊化溫度對(duì)肉粉腸品質(zhì)的影響，結(jié)果表明隨著PGS溫度升高，肉粉腸的淀粉糊化度和乳化穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)(P<0.05)，蒸煮損失顯著降低(P<0.05)，且大量自由水向不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)變。張可等[13]研究了預(yù)糊化處理對(duì)蕎麥淀粉理化特性的影響，結(jié)果表明，PGS顆粒擁有更緊密的晶區(qū)結(jié)構(gòu)，淀粉分子鏈斷裂，分子間作用力變大，分散程度增強(qiáng)，說(shuō)明PGS處理嫩能破壞蕎麥淀粉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其更容易糊化。

4 總結(jié)與展望

PGS具有氫鍵斷裂、多孔等特殊結(jié)構(gòu)，與天然淀粉相比，具有冷水可溶性、易消化性、高分散性、高黏度和高膨脹性及高吸油性等優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于嬰幼兒老年人食品、傳統(tǒng)面制品、烘焙食品、肉制品、保健食品等諸多領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常廣泛，存在著巨大的市場(chǎng)空間。對(duì)PGS的進(jìn)一步研究利用，結(jié)合不同食品領(lǐng)域需求制備不同特性的PGS，這對(duì)我國(guó)食品工業(yè)的發(fā)展有著重要意義。

目前，PGS在食品中的應(yīng)用研究主要集中在面制品、米制品以及烘焙等食品行業(yè)，而在肉制品、速凍食品、飲料、快餐等諸多食品行業(yè)中應(yīng)用較少。還有針對(duì)PGS的制備工藝、理化性質(zhì)研究較多，但是對(duì)PGS的制備機(jī)理，即每種制備方法的制備原理，引起理化性質(zhì)差異背后的機(jī)理分析等研究甚少。因此，在PGS的制備原理及特性機(jī)理分析等方面還需進(jìn)行深入研究。