不同加工方式的淀粉質(zhì)食品老化的影響因素和延緩老化方法的研究進(jìn)展

洪 靜,郭婉雪,鄭學(xué)玲*,李盤欣,王紅新,黃亞男

1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院,河南 鄭州 450001 2.河南南街村(集團(tuán))有限公司,河南 漯河 462600

淀粉質(zhì)食品是人們生活中必不可少的一種食品,包括面條、米飯、饅頭、面包、米粉、油條和油糕等。淀粉的變化與這些食品品質(zhì)的變化息息相關(guān)。淀粉是人類飲食中最大的碳水化合物來源,由直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種分子組成。在蒸煮過程中,淀粉顆粒吸水膨脹并發(fā)生糊化,糊化的淀粉顆粒分子在冷卻后會以有序結(jié)構(gòu)重新結(jié)合,此過程被稱為淀粉的老化。淀粉老化是含淀粉類食品在儲藏過程中發(fā)生品質(zhì)劣化的主要原因。淀粉質(zhì)食品的品質(zhì)劣化主要表現(xiàn)為米飯變硬[1]、米線米粉易斷條[2]、面條硬度增加[3]、面包質(zhì)地風(fēng)味差[4]等。因此對淀粉質(zhì)食品的抗老化研究有著極為重要的現(xiàn)實意義。大多數(shù)學(xué)者主要綜述了淀粉老化的影響因素和延緩淀粉老化的方法,沒有具體闡述不同加工方式之間的差異。鑒于此,作者綜述了不同加工方式的淀粉質(zhì)食品老化的影響因素和延緩老化的研究進(jìn)展,為探尋新型抗老化方法提供理論參考。

1 淀粉老化機(jī)理

淀粉老化是指淀粉經(jīng)加熱糊化后在冷卻過程中從無序轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻倪^程,可以將淀粉的老化分為兩個階段,短期老化和長期老化[5]。短期老化是由直鏈淀粉導(dǎo)致的,高分子的直鏈淀粉之間會形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),小分子則會與脂肪形成結(jié)晶,淀粉間有序的交聯(lián)主要是直鏈淀粉分子間通過氫鍵形成雙螺旋,這個過程大約在幾小時或者十幾小時內(nèi)完成;長期老化的原因則是支鏈淀粉的重新排列導(dǎo)致的,因為在大多數(shù)天然淀粉中支鏈淀粉的含量高,多于直鏈淀粉的含量,所以在淀粉老化過程中形成的大多數(shù)晶體都與支鏈淀粉的鏈間締合相關(guān)[6]。淀粉質(zhì)食品儲藏過程中,其硬度會逐漸增加、持水能力下降,這主要就是支鏈淀粉短側(cè)鏈重結(jié)晶而形成長期老化的結(jié)果[7]。有研究表明,淀粉的長期老化和短期老化不是單獨發(fā)生的,是存在一定聯(lián)系的[8]。

2 不同加工方式淀粉質(zhì)食品的抗老化研究

淀粉質(zhì)食品有多種加工方式如蒸煮、焙烤、油炸、擠壓、膨化等,不同加工方式對食品的影響不同,如表 1所示。

表1 不同加工方式對淀粉質(zhì)食品老化的影響Table 1 Effects of different processing methods on aging of starchy food

2.1 煮制類食品(方便濕面)

方便濕面又稱為LL面,是一種健康、綠色、保鮮的新型方便食品。方便濕面是將面粉與鹽水混合經(jīng)和面、壓片、切條、水煮、酸浸、真空包裝、滅菌制作而成[3]。方便濕面因淀粉回生和水分遷移導(dǎo)致品質(zhì)惡化和貨架期縮短,使其口感粗糙、彈性下降、容易斷條。方便濕面的老化過程受原料成分、加工方式、水分、儲藏時間等因素的影響[18]。小麥直鏈淀粉含量與方便濕面的軟硬度、色澤、口感呈極顯著負(fù)相關(guān)[19],蛋白質(zhì)與方便濕面的彈性、表面狀態(tài)呈顯著正相關(guān)[20];脂肪、灰分含量與方便濕面的軟硬度呈極顯著負(fù)相關(guān)。從加工過程看,水煮的方便濕面的水分含量高,不易長期儲存,并且隨著儲藏時間的增加,方便濕面食用品質(zhì)會變差,出現(xiàn)口感綿軟的現(xiàn)象[21]。煮制最佳蒸煮時間的方便濕面比煮制時間較短的方便濕面老化速率較慢,這是由于高糊化度淀粉比低糊化度淀粉結(jié)晶速率低[22]。王珊等[23]采用高靜壓使方便濕面的最佳煮制時間縮短至185 s,并且提高了方便濕面的風(fēng)味、口感和保質(zhì)期。

2.2 蒸制類食品(饅頭)

饅頭是我國傳統(tǒng)的主食,是一種以水和面粉為原料,酵母為發(fā)酵劑的蒸制類食品。饅頭在儲藏過程中新鮮度會降低,會出現(xiàn)硬度升高、彈性下降、營養(yǎng)價值下降、掉渣等不良現(xiàn)象。饅頭食用品質(zhì)下降的主要原因就是淀粉老化[24]。淀粉老化十分復(fù)雜,受許多因素的影響。影響?zhàn)z頭老化的因素有淀粉、蛋白質(zhì)[25]、脂質(zhì)、水分、加工工藝等。直鏈淀粉的含量與饅頭老化呈正相關(guān)。此外,饅頭品質(zhì)也受破損淀粉含量的影響,適量破損淀粉可以提高面團(tuán)吸水量,提高其對酶的敏感性[26]。小麥粉中的蛋白質(zhì)主要表現(xiàn)為面筋蛋白,在和面過程中,面筋蛋白和水形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會對淀粉分子的重排產(chǎn)生一定程度的影響。一般認(rèn)為,面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會阻礙淀粉分子的運動,從而延緩淀粉重結(jié)晶的進(jìn)行,對饅頭的老化起到一定程度的抑制[27]。攪拌時間也影響著饅頭的老化,攪拌時間可以控制面筋和水分的結(jié)合程度,從而改變面筋結(jié)構(gòu)影響蛋白質(zhì)和淀粉分布來影響淀粉老化。蘇利[27]研究了不同攪拌時間和熟化時間對饅頭品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)隨著熟化時間的增加,饅頭的硬度和老化程度先減小后趨于穩(wěn)定。

2.3 焙烤類制品(面包)

面包是以面粉為主要加工原料,具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的一類焙烤食品。老化導(dǎo)致面包口感粗糙、掉渣、風(fēng)味消失。這些系列變化不能用單一效應(yīng)來解釋,包括支鏈淀粉回生、無定形區(qū)域內(nèi)聚合物的重組、水分含量的損失、無定形和結(jié)晶區(qū)域之間的水分含量分布,以及碎屑宏觀結(jié)構(gòu)[28]。饅頭與面包均為發(fā)酵面制品,但是面包的原料成分比饅頭復(fù)雜得多,比饅頭更不易老化。面包的老化受原輔料、加工工藝、包裝及儲藏條件的影響。高筋面粉中的蛋白質(zhì)更容易吸水,從而使面包的老化速率降低。起酥油可改善面團(tuán)的延展性,降低老化速率。糖類具有吸濕性,具有保水能力從而防止面包變得干硬。水分含量和面包的老化速率也有著密切關(guān)系,研究表明面包水分含量在35%～37%時不容易老化。從加工工藝看,烘焙溫度或烘焙時間的降低,可以使被破壞的淀粉顆粒減少,導(dǎo)致面包在儲存期間支鏈淀粉的回生減少,使面包的硬度降低[29]。高溫烘焙時,水分子的遷移程度更強,導(dǎo)致面包硬度增加得更快。有研究表明烘焙溫度低于100 ℃ 時,面包在儲藏過程中的老化速率降低。Bosmans等[30]研究發(fā)現(xiàn)預(yù)烘焙可以有效地延緩面包的老化。豆康寧等[31]研究發(fā)現(xiàn)隨著發(fā)酵次數(shù)的增多、發(fā)酵時間的延長,所制作出的面包抗老化效果更好,品質(zhì)更好。

2.4 油炸類制品(油條)

油條作為油炸類面制品,深受消費者的喜愛,是將小麥粉、水、鹽和膨松劑進(jìn)行混合,經(jīng)過面團(tuán)調(diào)制、醒發(fā)、制坯、油炸等一系列過程制作而成。油條在儲藏過程中由于淀粉的老化導(dǎo)致彈性下降、口感粗糙、硬度增加等問題。目前針對油條的老化問題研究較少。黨文謙等[32]研究發(fā)現(xiàn)油條的炸制工藝會影響油條的品質(zhì),與預(yù)炸相比,直炸的油條有更低的含油率、更高的比容和質(zhì)構(gòu)特性。胡喜萍[33]研究發(fā)現(xiàn)冷凍儲藏和添加可溶性大豆多糖可以抑制水分遷移,來延緩油條的老化。劉衛(wèi)光[34]研究發(fā)現(xiàn)添加膨化的玉米粉可以提高面團(tuán)中淀粉的凝膠強度,降低油條中淀粉的相對結(jié)晶度。張慧慧[14]研究發(fā)現(xiàn),添加甘油可以降低油條的老化速率,改善食用品質(zhì)。

2.5 擠壓膨化類制品(米粉)

擠壓膨化是一種可以同時實現(xiàn)攪拌、加熱、殺菌、膨化等多種操作的技術(shù),擠壓可以有效地延緩淀粉的老化,此項技術(shù)損耗較小,是生產(chǎn)速食米粉的重要加工方式。方便營養(yǎng)的速食米粉發(fā)展迅速,但是濕米粉水分和淀粉含量高,在儲藏過程中容易發(fā)生老化,導(dǎo)致斷條率增加、變硬、表面粗糙等問題。影響米粉老化的因素包括原料成分、加工條件、水分和儲藏條件等。李雅琴[35]研究表明擠壓膨化處理能改變米粉顆粒的晶體結(jié)構(gòu),并大大降低其結(jié)晶度。包裝類型和儲存溫度也影響著米粉的品質(zhì),經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)尼龍袋有著更好的效果[36]。

3 淀粉質(zhì)食品的抗老化方法

目前淀粉抗老化方法主要從四方面進(jìn)行：原料成分、環(huán)境體系、外源添加物、物理技術(shù),具體方法如表2所示。

3.1 原料成分

淀粉質(zhì)食品的品質(zhì)與其原料成分息息相關(guān),體系內(nèi)的淀粉、蛋白質(zhì)、糖類等均會影響淀粉的老化。Ito等[56]研究發(fā)現(xiàn)較低直鏈淀粉含量的面粉可使面包中的淀粉凝膠質(zhì)地柔軟,回生率降低。鄧航[57]通過對各兩兩配粉配方最優(yōu)配比與基礎(chǔ)粉制得方便濕面品質(zhì)綜合數(shù)值進(jìn)行方差分析,發(fā)現(xiàn)對基礎(chǔ)粉品質(zhì)有優(yōu)化效果的小麥粉品種：煙農(nóng)5158(添加量50%)、矮抗58(添加量30%)和濟(jì)麥22(添加量40%)。Li等[58]通過測定面條的基本成分、質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮特性和水分分布來評價面條的品質(zhì),發(fā)現(xiàn)2M粉是制作濕面的最佳面粉類型。

3.2 環(huán)境體系

淀粉質(zhì)食品存在的環(huán)境會顯著影響食品的品質(zhì)。Xu等[59]發(fā)現(xiàn)更高的封裝溫度能夠?qū)崿F(xiàn)更大的真空度,通過減少水從饅頭向環(huán)境的遷移,有效地保留饅頭中的水分。因此,較高的水分抑制了淀粉在儲藏期間的回生過程。高濕或密封包裝可以維持面包的風(fēng)味以及防止因水分流失而變硬,對延緩面包老化起著重要作用[60]。通過控制淀粉質(zhì)食品的儲藏溫度可以有效地延緩淀粉的老化。當(dāng)?shù)矸圪|(zhì)食品低溫儲藏時,體系中的自由水會形成冰晶,從而阻礙淀粉之間的交聯(lián)延緩老化。當(dāng)?shù)矸圪|(zhì)食品高溫儲藏時,其擁有維持氫鍵的能量,可以延緩淀粉的老化。Yu等[61]研究表明速凍結(jié)合-18 ℃冷凍貯藏,可有效延緩淀粉老化。

3.3 外源添加物

外源添加物不僅可以有效提高淀粉質(zhì)食品的質(zhì)構(gòu)品質(zhì),還可以降低老化程度。常用的外源添加物有生物酶制劑、乳化劑、親水膠體等。

表2 淀粉質(zhì)食品的抗老化方法Table 2 Anti-aging method of starchy food

Ge等[62]研究發(fā)現(xiàn)KGM的加入引入了空間限制,減緩了淀粉分子之間的交聯(lián),導(dǎo)致各種基質(zhì)系統(tǒng)中的水流動性增強,從而延緩淀粉的老化。Kang等[63]研究發(fā)現(xiàn)脂類物質(zhì)的添加可以降低饅頭的結(jié)晶度從而改善其品質(zhì)。Bollanin等[64]研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可以強化面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),降低面包的老化速率。He等[65]研究表明瓜爾膠和黃原膠可以和淀粉相互作用,降低了玉米淀粉的老化焓和相對結(jié)晶度。

3.4 物理技術(shù)

目前通過物理的方法也可以抑制淀粉的老化。紅外-微波復(fù)合烘焙面包樣品的硬度、結(jié)晶度低于微波烘焙面包樣品,這意味著復(fù)合加熱部分解決了微波烘焙的快速老化問題[28]。Lin等[66]研究發(fā)現(xiàn)添加經(jīng)超聲波和酶處理紅豆蛋白后,蛋白質(zhì)與淀粉的相互作用增強,從而延緩濕米粉的老化。發(fā)酵也是一種可以延緩淀粉老化的方式,Yang等[67]研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵改變了淀粉結(jié)晶區(qū)域,降低了蛋白質(zhì)、脂質(zhì)的含量,促進(jìn)了米粉中淀粉分子之間氫鍵形成,延緩了淀粉的老化。

4 展望

淀粉老化的問題不可避免,造成食品的品質(zhì)劣變,但可以通過一些措施來減緩淀粉的老化。影響淀粉質(zhì)老化的因素有淀粉本身的性質(zhì)、水分、溫度、無機(jī)鹽、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和小分子糖類,根據(jù)影響淀粉老化的因素可以采取相應(yīng)的措施。目前比較普遍的延緩淀粉老化的方式是添加酶制劑、乳化劑、親水膠體和變性淀粉,但是酶制劑花費較高且酶解程度不易控制,因此需要探尋出新型綠色的抗老化方法。