蕎麥淀粉的改性研究進(jìn)展及其應(yīng)用

馬莉娜，李海峰

（寧夏大學(xué) 食品與葡萄酒學(xué)院，寧夏銀川 750021）

在全球范圍內(nèi)，蕎麥的主產(chǎn)區(qū)在中國、俄羅斯、法國和美國。我國是蕎麥生產(chǎn)大國，蕎麥出口量位居世界第一。蕎麥含有豐富的營養(yǎng)成分，據(jù)專家測定，蕎麥含蛋白質(zhì)10%～18%，纖維素10%～16%，淀粉70%，脂肪僅含2%左右[1]。蕎麥含有豐富的礦物質(zhì)、有機(jī)酸、B 族維生素、維生素E 和維生素C，且含量比一般谷物高。蕎麥有一定的藥用性，具有理氣寬腸、健胃助消化的功能，效果顯著，因此被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和保健領(lǐng)域[2]。作為具有良好的保健功能、營養(yǎng)物質(zhì)含量高且種植廣泛的雜糧之一，蕎麥在我國未來食品研究領(lǐng)域中會(huì)受到更多重視。目前，蕎麥在我國的研究較為傳統(tǒng)，市場上的蕎麥主要以傳統(tǒng)涼粉、饸烙面等研究性低的食品為主。近年來將蕎麥制作成保健品或其他產(chǎn)品的研究工作逐漸增多，主要是開發(fā)利用其營養(yǎng)成分、藥用與保健價(jià)值[3]。

淀粉作為胚芽和面粉的主要成分，決定了蕎麥制品的品質(zhì)，蕎麥淀粉有著獨(dú)特的物理特性和功能特性，然而由于蘆丁提取技術(shù)和蛋白質(zhì)分離技術(shù)的局限性，導(dǎo)致蕎麥淀粉的應(yīng)用未被重視。目前有關(guān)蕎麥淀粉的理化特性和改性研究的報(bào)道較少，蕎麥淀粉的加工和改性技術(shù)尚未成熟[4-5]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，人們對無谷蛋白類食物的追求愈加強(qiáng)烈，而無谷蛋白類食物的稀缺使蕎麥淀粉的研究逐漸被人們廣泛關(guān)注。因其蕎麥淀粉中存在不容易消化的抗性淀粉，血糖高的人群食用后不會(huì)突然引起血糖升高，因此在臨床上用來緩解糖尿病患者的癥狀[6]。研究蕎麥淀粉不僅有著科研參考價(jià)值，還能為人們的身體健康帶來便利。但因?yàn)槭w麥本身的苦味，口感粗糙等原因讓人們難以接受，因此蕎麥制品的市場受到限制，所以人們考慮將其淀粉進(jìn)行提取然后改性，應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，如作為床墊或醫(yī)療枕頭，但其他領(lǐng)域還沒有廣泛應(yīng)用。

1 超微粉碎技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例

近年來隨著現(xiàn)代化工、電子、礦產(chǎn)開發(fā)、材料以及生物等高新技術(shù)的發(fā)展，超微粉碎技術(shù)也逐漸被研究人員應(yīng)用于各大領(lǐng)域[7]。目前，超微粉碎技術(shù)在國外廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域，已成為當(dāng)前國內(nèi)外食品加工的關(guān)鍵內(nèi)容。超微粉碎作為機(jī)械力化學(xué)研究領(lǐng)域中一項(xiàng)高新技術(shù)，發(fā)展快速，可將物質(zhì)粉碎成微米級(jí)甚至納米級(jí)微粉。與其他粉碎技術(shù)相比，超微粉碎可以獲得的粒徑更小，通過超微粉碎技術(shù)可以研發(fā)新型食物資源。根據(jù)粉碎性質(zhì)的不同，超微粉碎技術(shù)可分為機(jī)械粉碎和化學(xué)粉碎，因機(jī)械粉碎成本低、產(chǎn)量大以及能夠保持其原有的化學(xué)性質(zhì)被大規(guī)模使用并且應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)鏈。目前超微粉碎機(jī)械式粉碎分為磨介式粉碎、攪拌磨、球磨機(jī)、高頻振動(dòng)式超微粉碎和氣流式粉碎。近年來，超微粉碎技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于食品領(lǐng)域，但超微粉碎技術(shù)發(fā)展不成熟，還在不斷地探索和完善。

1.1 超微粉碎的特點(diǎn)

超微粉碎技術(shù)分為微米級(jí)粉碎、亞微米級(jí)粉碎和納米級(jí)粉碎。超微粉碎后可達(dá)到顆粒尺寸要求，擴(kuò)大了資源的應(yīng)用范圍，避免副產(chǎn)物資源的浪費(fèi)。由于超微粉碎過后的粉體接近納米級(jí)的原料，可以直接用來制作制劑。經(jīng)超微粉碎后的物質(zhì)，其生物活性顯著提高，且可實(shí)現(xiàn)資源的有效利用。超微粉碎技術(shù)作為機(jī)械化發(fā)展領(lǐng)域中發(fā)展較快的一種新型高新技術(shù)，已經(jīng)逐步應(yīng)用于食品藥品工業(yè)生產(chǎn)中，如中藥、骨粉、綠茶粉，使產(chǎn)品具有高利用率[8]。

1.2 超微粉碎對蕎麥淀粉的研究

蕎麥淀粉因其含有抗性淀粉，被作為一種功能性淀粉，而在蕎麥淀粉的理化特性和超細(xì)微結(jié)構(gòu)、改性等方面的研究較少。YAWEI HUANG[9]通過超微粉碎技術(shù)研究蕎麥淀粉的理化特性、超微結(jié)構(gòu)、糊化等特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同粒徑的蕎麥淀粉其理化特性表現(xiàn)出顯著差，超微粉碎處理時(shí)間為4 h，其蕎麥淀粉表現(xiàn)出無結(jié)晶度，而透光率、溶解度都有所提高，

程晶晶等[10]通過振動(dòng)式超微粉碎探究超微粉碎對甜蕎全粉物化性質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，超微粉碎可大大改善粉體顆粒的均勻度、顏色均勻、亮度、吸濕度、溶脹度和溶解性，進(jìn)而為甜蕎粉提供了理論依據(jù)。郭洪梅等[11]在研究超微粉碎處理對雜糧淀粉結(jié)構(gòu)及其理化特性的影響，研究發(fā)現(xiàn)適度時(shí)間的超微粉碎處理可以有效改善雜糧粉的性質(zhì)，使其結(jié)晶度下降，凝沉體積和持水性提高。超微粉碎處理2 ～4 h，在改變淀粉理化性質(zhì)的同時(shí)可保持原淀粉一定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到理想的改性效果。韓雪等[12]研究超微粉碎時(shí)谷物成分含量的變化，顯示通過超微粉碎處理蕎麥麩皮，可使麩皮的總黃酮含量升高，對Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附率分別增加了0.184 mg/g、0.840 mg/g 和1.341 mg/g，對NO2的清除率增加了24.25%。而也有研究發(fā)現(xiàn)超微粉碎處理使麩粉的休止角和滑角都有所增加，而持水力、持油力、膨脹力均減小[30]。

1.3 超微粉碎在雜糧中和其他領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例

通過超微粉碎技術(shù)可以生產(chǎn)多種功能性代餐食品，如雜糧沖泡粉、雜糧餅干、雜糧膨化食品，其中雜糧膨化產(chǎn)品是健康綠色產(chǎn)品的類別，并且具有降低人群發(fā)胖率的作用[31]。左蕾蕾等[32]通過超微粉碎對苦蕎米與苦蕎殼中黃酮體外溶出的研究發(fā)現(xiàn)，不同的粉碎方式對于促進(jìn)苦蕎米和苦蕎殼的黃酮類物質(zhì)溶出有著不同的效果。對于苦蕎米，其氣流超微粉碎比振動(dòng)超微粉碎更為顯著；對于苦蕎殼，氣流超微粉碎與振動(dòng)超微粉碎均表現(xiàn)為極顯著，然而在模擬人的胃液實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)式超微粉碎中的黃酮含量更高。

ZHU 等[13]將超微粉碎技術(shù)研究苦瓜粉的理化特性，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超微粉碎可以將苦瓜的生物活性提高，同時(shí)獲得更好的流動(dòng)性、分散性以及蛋白質(zhì)溶解度，可將其作為抗肥胖癥狀的補(bǔ)充劑。

研究人員通過制備苦瓜超微粉，并且應(yīng)用于糖尿病患者的治療中，發(fā)現(xiàn)苦瓜超微粉具有抑制糖尿病的性能；還有人將杏鮑菇超微粉應(yīng)用于小鼠體內(nèi)，研究發(fā)現(xiàn)其具有抗氧化、抗病毒、抗腫瘤等功能。ZHANG 等[14]通過超微粉碎技術(shù)處理薏苡仁粉（蕎麥、青稞、薏米和紅豆），研究結(jié)果顯示超微粉碎的機(jī)械效應(yīng)改變了薏苡仁淀粉的結(jié)晶度、糊化溫度、吸熱焓以及糊化特性。SUN 等[15]通過超微粉碎技術(shù)研究紫荊根的橫切面特征，其通過設(shè)置不同的參數(shù)，制備了5 種粉末，并且對其進(jìn)行理化特性以及抗氧化活性的探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超微粉碎技術(shù)將其粉末特征改變，隨著粒徑的減小，紫荊根粉末的油和水分的結(jié)合力降低，其他理化指標(biāo)隨著粒徑的減小而增大；當(dāng)粒徑大小在50 μm 時(shí)，其黃酮含量和甲氧基含量都達(dá)到最高，將不同的粒徑對紫荊根粉的理化特性和抗氧化能力產(chǎn)生顯著差異。除此之外，超微粉碎也應(yīng)用于被拋棄的果皮和果核，最大化地利用果蔬資源，還可以通過超微粉碎技術(shù)將水產(chǎn)中的副產(chǎn)物及時(shí)轉(zhuǎn)化為有利產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)天然資源的最大化利用。在糧油生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的麩皮、豆渣、米糠等副產(chǎn)物，通過超微粉碎手段可將其進(jìn)一步深加工，得到其超微粉，從而提高所含營養(yǎng)物的溶出率[16]。

超微粉碎技術(shù)在化妝品領(lǐng)域也有一定的研究發(fā)現(xiàn)。王奕等[17]通過旋風(fēng)粉碎機(jī)制備得到一種可以加入到凝膠面膜中的超微綠茶粉，具有改善面膜性能的作用。氣流式超微粉碎技術(shù)常用于壓粉型化妝品方面，明顯有利于改善粉體的結(jié)構(gòu)和粉體質(zhì)量。

超微粉碎技術(shù)在功能型食品的生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)超微粉碎技術(shù)使得胡蘿卜中的不溶纖從非水溶性變?yōu)樗苄?，超微粉碎后理化性質(zhì)發(fā)生顯著性改變，并且通過小鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其可對小鼠腸的健康起到保護(hù)作用。超微粉碎技術(shù)可以將非水溶性膳食纖維發(fā)揮其水溶性膳食纖維的作用[18]。

2 擠壓膨化技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例

擠壓處理與其他處理相比，擠壓膨化高效且適于連續(xù)化處理，是高效提高谷物食品質(zhì)量特性的方法之一，擠壓技術(shù)也被認(rèn)定為最安全、最環(huán)保的加工方式[19]。近幾年，擠壓設(shè)備作為淀粉的生物反應(yīng)器，加快了淀粉糊化并且能夠有效降低擠出物的黏度，大大提高淀粉糖化和發(fā)酵作用。擠壓膨化技術(shù)是通過熱能、攪拌、剪切和壓力等綜合作用，使原料中的淀粉糊化裂解。相對于其他處理方式，擠壓膨化技術(shù)是一種更加安全、簡便、綠色的物質(zhì)加工方式，同時(shí)也是一種新型的物理改性方式，并且擠壓膨化使得淀粉分子處于異?；钴S的狀態(tài)，有利于酶解作用[20]。

2.1 擠壓膨化技術(shù)特點(diǎn)

擠壓蒸煮因其生產(chǎn)率高、溫度高、時(shí)間短，同時(shí)具有破壞微生物和抗?fàn)I養(yǎng)酶等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品加工。擠壓過程中，淀粉顆粒會(huì)因吸水膨脹以及熔融等現(xiàn)象會(huì)改變晶體類型和結(jié)晶度，已有研究發(fā)現(xiàn)擠壓處理降低了玉米淀粉、香蕉淀粉、大米淀粉等的結(jié)晶度[21]。淀粉分子在擠壓過程中會(huì)產(chǎn)生降解反應(yīng)，使其大分子變成小分子，研究發(fā)現(xiàn)淀粉在發(fā)生降解反應(yīng)時(shí)糖苷鍵會(huì)斷裂，而擠出物質(zhì)仍然以大分子的形式存在。在擠壓加工中也有一些不可避免的缺點(diǎn)存在，如加工成本高、加工設(shè)備昂貴、加工參數(shù)難確定等因素的存在，使擠壓技術(shù)處于進(jìn)一步的探索期[22]。

2.2 擠壓膨化對雜糧產(chǎn)品的影響

我國是雜糧生產(chǎn)大國，但在早期雜糧研究中并沒有深入探索，直到20 世紀(jì)70 年代末才開始正式研究，在國家的經(jīng)濟(jì)扶持和科研人員的不懈鉆研中，雜糧擠壓技術(shù)快速發(fā)展，逐漸形成雜糧加工的高新技術(shù)。進(jìn)入21 世紀(jì)后，擠壓雜糧食品每年逐漸在7%~9%增長，預(yù)計(jì)在未來可以達(dá)到15%的增長率[23]。

蕎麥產(chǎn)品因?yàn)槭芗庸l件的限制，如在產(chǎn)品的加工、產(chǎn)量、谷物結(jié)構(gòu)和加工條件等方面的因素影響，從而使得蕎麥制品只能在小型農(nóng)業(yè)植物中間歇性生產(chǎn)，導(dǎo)致在加工環(huán)境衛(wèi)生和加工設(shè)備不完善方面達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)。儲(chǔ)呈慧等[24]通過擠壓膨化技術(shù)對蕎麥的理化特性的研究結(jié)果顯示，擠壓溫度在170 ℃時(shí)蕎麥膨化產(chǎn)品的口感酥脆，味道最佳，螺桿轉(zhuǎn)速與擠出溫度都會(huì)對蕎麥膨化產(chǎn)品有巨大的影響。相比螺桿轉(zhuǎn)速的快慢，加工溫度對吸水率影響更大，而水分含量卻顯示出比螺桿轉(zhuǎn)速和擠出溫度對吸水率的影響更大?？傊?，蕎麥產(chǎn)品在擠壓膨化技術(shù)上還有待研究，專用蕎麥擠壓膨化設(shè)備不夠完善，衛(wèi)生條件也達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 擠壓膨化產(chǎn)品實(shí)例

2.3.1 擠壓膨化技術(shù)在新產(chǎn)品加工方面

薛朕鈺等[25]研究添加苦蕎黃酮提取物的裸燕麥擠壓膨化產(chǎn)品抗氧化以及降血脂功效中發(fā)現(xiàn)，加入了苦蕎黃酮提取物裸燕麥的擠壓膨化產(chǎn)品，明顯提高了抗氧化能力，以及對改善小鼠的糖脂代謝紊亂起到有效作用。陳晨等[26]在使用擠壓膨化制備食用菌粉以及其沖調(diào)工藝的研究中發(fā)現(xiàn)，通過擠壓膨化技術(shù)可以研究得到一款顆粒大小均勻，光澤均勻，方便食用，甜度適口，味道純正和滑潤無結(jié)塊的食用菌粉。

2.3.2 擠壓膨化技術(shù)在谷物中的應(yīng)用

丁立等[27]研究擠壓膨化技術(shù)在谷物早餐產(chǎn)品中的應(yīng)用結(jié)果顯示，通過擠壓膨化技術(shù)可以使得谷物中的纖維素大分子發(fā)生降解，水溶性增強(qiáng)使得產(chǎn)品口感增加，咀嚼性良好。目前擠壓膨化谷物早餐產(chǎn)品在國外已經(jīng)很普遍，而我國通過擠壓膨化技術(shù)制備谷物早餐還集中在膨化食品及其蛋白組織中，在谷物中研究力度較弱，還處于初步探索期間[28]。在研究蕎麥擠壓膨化食品的加工工藝中的結(jié)果顯示，膨化溫度為170 ℃，喂料速度為6 Hz，螺桿轉(zhuǎn)速為32 Hz，制備得到的膨化效果最好，食品色澤誘人，富有谷物特有的營養(yǎng)特色。鄒子爵等[29]論述了在培烤餡料中，擠壓膨化技術(shù)可有效提高谷類中營養(yǎng)物的保存率和利用率，改良口感，改變理化性質(zhì)；在蘑菇山藥等培烤類餡料中，擠壓膨化技術(shù)可以使淀粉變性，由于汽化作用導(dǎo)致果實(shí)中水分散失，花青素和抗氧化性逐漸下降，擠壓機(jī)參數(shù)的改變膨脹率也有所改變。

3 預(yù)糊化技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例

預(yù)糊化技術(shù)是將原淀粉進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈锢砀男缘募夹g(shù)，從而使得原淀粉變成α-淀粉，將其原來的β-淀粉變?yōu)棣?淀粉。淀粉預(yù)糊化是將淀粉與蒸餾水充分混合，加熱過程中不斷攪拌，等其完全糊化后，干燥淀粉糊，然后粉碎過篩及包裝[30]。

3.1 預(yù)糊化技術(shù)特點(diǎn)

與原淀粉相比，預(yù)糊化淀粉可在冷水中吸水溶脹溶解，形成有一定黏度的淀粉糊，其凝沉性較原淀粉顯著變小，食用方便，且廣泛使用。預(yù)糊化淀粉食用較方便，添加冷水就可以變成糊狀，具有增稠、保性的特點(diǎn)。其分散性、黏性、吸水性、吸油性、膨脹性、親膚性以及顆粒光滑度較好，可省去加熱工序。

3.2 預(yù)糊化技術(shù)加工蕎麥

由于蕎麥粉中含有大量的淀粉，經(jīng)過糊化處理后可以增加其黏性，改善面團(tuán)的組織結(jié)構(gòu)，已達(dá)到蕎面粉的最佳添加量制備出蕎麥掛面，通過蕎麥粉自身的預(yù)糊化條件可以獲取質(zhì)量較好的蕎麥制品，從而使加工成本低、不需要添加添加劑的蕎麥面制品供應(yīng)市場需求。李陽等[31]通過預(yù)糊化對蕎麥掛面品質(zhì)的影響進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，預(yù)糊化溫度在65 ℃、水的添加量為30%、預(yù)糊化時(shí)間為24 min，在該工藝條件下，其掛面的質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮特性及感官評價(jià)最佳。

3.3 預(yù)糊化技術(shù)加工應(yīng)用

面包粉的吸水量一般在50%左右，面團(tuán)質(zhì)地較硬，而預(yù)糊化變性面包粉的吸水量會(huì)提高1 倍以上，使原有的面包變得柔軟，如預(yù)糊化的糙米制作膨化大米成為印度流行小吃等。有研究發(fā)現(xiàn)5%預(yù)糊化淀粉應(yīng)用于冷凍面包的面團(tuán)制作中可有效延緩冷凍處理對面包比容的下降和降低其面包面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的損傷，極大地改善冷凍面包的品質(zhì)。

4 結(jié)語

改性淀粉越來越廣泛應(yīng)用于食品、飼料、石油鉆井等領(lǐng)域中，越來越多的研究人員開始關(guān)注淀粉的改性技術(shù)。目前我國的改性技術(shù)發(fā)展還不是很成熟，其中擠壓膨化技術(shù)也不嫻熟，需要進(jìn)一步對擠壓設(shè)備進(jìn)行改造，后續(xù)研究可以從設(shè)備著手進(jìn)一步探究淀粉改性的理化特性。近幾年低溫等離子技術(shù)深受廣大研發(fā)人員的喜愛，研究者也可以從低溫等離子技術(shù)改性淀粉入手。