不同加工方式對淀粉性質的影響

王 立，楊 懿， 錢海峰， 張 暉， 齊希光

（江南大學 食品學院，江蘇 無錫214122）

不同加工方式對淀粉性質的影響

王 立，楊 懿， 錢海峰， 張 暉， 齊希光

（江南大學 食品學院，江蘇 無錫214122）

淀粉作為食品尤其是谷物制品的主要成分，在人類日常飲食中占有十分重要的地位。超高壓、油炸、發酵、擠壓和微波作為食品領域5種常用的加工手段，能顯著地改變淀粉的糊化、老化、結晶等理化性質，影響其與食品其他組分之間的相互作用，進而影響食品的品質。作者主要綜述了這5種加工技術在淀粉類食品中的應用，分析它們對淀粉性質的影響及作用機理，以期為淀粉類食品的深入開發提供一定的參考。

超高壓；油炸；發酵；擠壓；微波；淀粉改性；淀粉-脂質復合物

以米面制品為主的谷物食品是我國傳統的主食來源，提供了居民膳食中60%～70%的熱量及60%的蛋白質[1]。淀粉是谷物中最主要的組成部分，以其為主制作的食品種類多樣，同時具有碳水化合物含量高、脂肪含量低等特點。富含淀粉的食品在加工過程中常用的方法主要有超高壓、油炸、發酵、擠壓以及微波等。各種加工方法具有各自的特點，能夠賦予食品不同的質構和口感。如超高壓加工技術（又稱高靜壓加工技術）通常是以水為介質，在常溫和高靜壓（一般為100～1 000 MPa）下處理密封食品物料，使食品中的蛋白質、酶和淀粉等生物大分子在高壓下變性、失活或糊化，達到食品改性和滅菌保鮮的目的[2]。油炸技術是以油為傳熱介質，使食物在較高溫度中熟化和干燥的一種加工方法，具有加熱均勻、傳熱速度快等優點，同時能賦予食品較好的質構、色澤、外形、香氣和口感[3]。發酵技術是一種利用微生物產生的酸和酶等產物作用于食品以改善其品質的加工方法，能夠有效地改善食品的質構、風味和口感，同時也能提高食品的營養價值[4]，因此，發酵技術常被用來對淀粉進行改性并應用于面包、面條、粉條和米粉等生產中，獲得比未發酵產品更加筋道、柔韌、滑爽的口感[5-6]。在擠壓加工過程中，預處理后的物料通過擠壓腔，經過高溫、高壓和機械力的作用，形成一定形狀和組織狀態的產品[7]。微波技術則是利用微波輻射下介質發生的熱效應和電磁效應來加工食品物料，具有方便、安全、高效、節能、清潔等優點，在食品工業中有著廣泛的應用，同時還具有穿透性好、加熱均勻快速、營養損失少等特點[8]。

上述這5種加工方法在實際生產過程中，均能顯著地改變淀粉的糊化、老化、結晶等理化性質，但其具體的加工原理還不是很清楚，因此逐漸成為國內外學者研究開發的熱點。作者主要綜述了這5種加工技術在淀粉類食品中的應用，分析了其在加工過程中所起的作用及機理，以期為淀粉類食品的深入開發提供一定的參考。

1 超高壓加工對淀粉性質的影響

超高壓（HHP）加工屬于一種非熱物理加工技術，能破壞食品大分子中的非共價鍵，而對共價鍵幾乎沒有影響[9-11]，是一種對食品風味、口感和營養價值影響較小的食品加工技術[9，12]。HHP技術在谷物食品尤其是淀粉類食品中主要通過高壓改變淀粉性質進而改善食品品質[13]。據報道，HHP導致的淀粉糊化存在淀粉顆粒的內部，同時會影響淀粉中氫鍵的斷裂和形成[9]，另外，淀粉的物理化學特性等也會有不同程度的變化[14-15]。

1.1 對直鏈淀粉和支鏈淀粉含量的影響

淀粉顆粒表面有大量的直鏈淀粉，且越靠近顆粒表面其鏈長越長；淀粉顆粒內部，直鏈淀粉以輻射狀的方式單鏈隨機分布于支鏈淀粉中間[2]，因此，HHP處理中浸泡會導致直鏈淀粉溶出。詹耀[9]發現壓力低于300 MPa時，隨壓力升高，早秈米和晚粳米中的直鏈淀粉含量顯著降低；而高于300 MPa時，壓力變化對直鏈淀粉的含量幾乎沒有影響；另外，隨壓力處理時間延長，直鏈淀粉含量先降低后增加，300 MPa時保壓10 min，早秈米和晚粳米中的直鏈淀粉含量為最低。劉延奇等人[16]發現經HHP處理后，淀粉顆粒仍是完整的但膨脹受到限制，同時有少量的直鏈淀粉溶出。此外，Oh等人[17]研究HHP處理大米淀粉時發現直鏈淀粉的溶出較少，僅占總量的2%～2.5%。HHP處理導致的淀粉糊化有別于傳統的熱糊化，沒有或僅有很少的直鏈淀粉分子溶出，且淀粉顆粒不發生明顯膨脹[18]，同時其對遠距離有序支鏈的破壞比對直鏈淀粉的破壞更強[19]。壓力能使支鏈淀粉降解為更短的支鏈或直鏈淀粉[20]，減少雙螺旋結構，進而降低膨脹度；也能使直、支鏈淀粉之間發生相互作用結合成雙螺旋結構，增強顆粒剛性結構，減少內部物質溶出，從而降低溶解度和膨脹度[15，21]。但也有不同的實驗結果，Li等人[22]發現HHP加工后綠豆淀粉結晶度降低，淀粉顆粒膨脹加速，直、支鏈淀粉溶出量增加并加速聚集老化。

現有的研究認為HHP誘導淀粉糊化分為以下3個階段：第一階段，壓力＜300 MPa，顆粒內部的鏈支結構完好且膨脹被抑制、粒徑減?。坏诙A段，壓力逐漸增加到450 MPa，外層直-脂復合結構完好，但內部的支鏈淀粉斷裂造成結晶結構消失，顆粒適度膨脹且有少量的直鏈淀粉溶出；第三階段，壓力＞600 MPa，顆粒內的鏈支結構及表面的復合物層全被破壞，顆粒完全崩解破裂[20，23-24]。

1.2 形成直鏈淀粉-脂質復合物

Stolt等人[25]利用HHP處理大麥淀粉時發現形成了直鏈淀粉和脂質的復合物。劉培玲等人[26]研究發現，600 MPa以內的HHP處理對HylonⅦ淀粉的結晶結構具有韌化作用且使直鏈淀粉-脂質絡合物形成的衍射峰增強，他們推測脂質在淀粉顆粒中呈放射狀分布，在高壓作用下淀粉分子的排列受到影響，從而脂質可以與直鏈淀粉以及支鏈淀粉的長鏈形成穩定的淀粉-脂質復合物，并存在于無定形結構中。Oh等人[17]認為HHP處理時，直鏈淀粉先與脂質相互作用形成螺旋復合物，進而與支鏈淀粉分子纏結并顯著影響淀粉的結晶結構。直鏈淀粉-脂質復合物的形成限制了可溶性直鏈淀粉分子的移動，抑制了淀粉顆粒的分散、溶解和膨脹[22]，同時，該復合物也抑制了淀粉分子與水分子的氫鍵結合，導致淀粉顆粒中的水分容易析出，顆粒的破壞程度加劇[27]。

直鏈淀粉-脂質復合物在淀粉顆粒外層和內部區域分布有差異，這可能是造成淀粉顆粒內、外部不同耐壓性能最主要的原因。直鏈淀粉-脂質復合物主要分布在淀粉顆粒外層，因而淀粉顆粒表面對高壓的抵抗力更強，能起到抑制顆粒膨脹和阻礙直鏈淀粉溶出的作用[18，24]。淀粉-脂質復合物的結晶度和熱穩定性隨直鏈淀粉鏈長的增加而增強，并隨脂質飽和度的減小而減弱[28]。

1.3 對淀粉結晶特性的影響

報道稱HHP對淀粉的內部結構有一定的破壞作用且隨壓力增加，淀粉顆粒先被壓縮韌化，結晶度增加；隨后晶體結構解體；最終顆粒崩解，但其內部有序化增強，隨即發生重結晶使結晶度增加[20]。

張晶等人[13]發現HHP處理板栗淀粉時不引起淀粉分子一級結構變化，僅改變其二級結構下分子原子團的排列方式。壓力高于200 MPa時淀粉糊化開始，水分子滲透到顆粒內部尤其是無定形區并破壞其結晶結構[12，29]。淀粉晶體結構轉變會導致顆粒結構變化，從而改變其糊化時粘度特性、特征溫度、峰值時間等[17]，因此，可以通過分析HHP處理后淀粉糊化參數等變化來了解其內部結構的改變。如Li等人[22]研究HHP處理綠豆淀粉時發現ΔTr范圍變窄，說明淀粉顆粒結晶域內晶體穩定性降低。

劉培玲等人[26]利用HHP加工A型糯玉米淀粉時發現，300 MPa的壓力對其只有韌化作用，支鏈淀粉之間相互以氫鍵鍵合形成新的結晶體使相對結晶度增加；而450 MPa的壓力能使其晶型轉變為B型，原因在于構成A晶型的雙螺旋結構較松散，高壓下被破壞形成新的螺旋結構導致晶型改變；經600 MPa的HHP加工后，X射線衍射峰更強 （結晶度增強），說明淀粉分子發生了重結晶。HHP導致不同類型淀粉重結晶性質變化規律的研究有限，有待后續實驗深入探究。

研究發現淀粉對HHP的耐受性和敏感度與其晶型有關[9]。A型淀粉最不耐高壓，在HHP作用下會向弱B型轉化，且這種轉化對壓力作用較明顯；B型淀粉最耐高壓，能在加壓后保持其原始X射線圖案；C型淀粉耐壓性介于A、B型之間，高壓下也能向B型轉化。原因在于A型淀粉晶格中有8個水分子且幾乎不含直鏈淀粉，而短支鏈較多的支鏈淀粉會造成雙螺旋結構松散；B型淀粉具有空腔結構且與36個水分子以氫鍵相互作用，對晶體結構起穩定作用[24，26，30]。此外，報道稱自由水是淀粉在HHP作用下晶型改變的關鍵因素[28]。

2 油炸對淀粉性質的影響

油炸是食品中常用的一種加工方法，在加工過程中淀粉經熱作用以及與油脂的相互作用后生成淀粉-脂質復合物，使得淀粉的物理化學性質發生顯著的變化，進而影響到油炸產品的品質及貯藏過程中的食用品質[3]。因此，油炸對淀粉性質影響的研究對于提升油炸制品的品質及開拓淀粉的應用具有重要意義。

2.1 形成直鏈淀粉-脂質復合物

淀粉-脂質復合物有兩種不同的形態，低溫（＜60℃）時形成I型復合物，有較低的離解溫度（＜100℃）和無序的晶體衍射圖；高溫（＞90℃）時形成II型復合物，有較高的離解溫度（＞100℃）和明顯的V型X射線衍射圖樣[31]。淀粉-脂質復合物的形成過程復雜，取決于多種因素，如淀粉的聚合度、分支度、濃度、反應溫度以及脂質的結構等。直鏈淀粉螺旋結構內部的非極性區域可以與脂肪酸尾部的碳鏈之間形成單螺旋包接結構[32]。支鏈淀粉能否與脂質形成復合物仍存在爭議，Nakazawa等人[33]認為，有少部分棕櫚酸滲入到支鏈淀粉結晶區并與其形成復合物；Huang等人[34]研究發現，單甘酯能與支鏈淀粉形成復合物并抑制其重結晶。但Cjam等人[35]卻認為單甘酯是與直鏈淀粉分子形成復合物，從而抑制淀粉的早期回生。

在油炸過程中，淀粉和脂質相互作用導致淀粉顆粒變大，且淀粉峰值粘度、崩解值降低，剪切穩定性提高[5]。康巧娟[36]推測在油炸過程中，部分紫甘薯直鏈淀粉與脂質形成復合物，從而造成淀粉的特征峰位置和強度發生較大變化。張令文等人[37]也有類似的報道，發現復炸后在100～140℃出現淀粉-脂質復合物熔融峰，另外較高的溫度有利于形成穩定的直鏈淀粉-脂質復合物[38]。油炸過程中形成淀粉-脂質復合物，限制淀粉顆粒溶脹并阻止直鏈淀粉溶出，導致淀粉的膨脹度、溶解度、碘蘭值、透光率均降低，糊化焓、糊化溫度升高，且對淀粉酶更穩定[3，39-40]。復炸過程中更易形成淀粉-脂質復合物[41]，且其含量隨復炸時間延長而增加，從而形成更大的疏水空間并降低淀粉的膨脹度、溶解度，提高其凍融穩定性。此外，報道稱直鏈淀粉的凝沉和直鏈淀粉-脂質復合物的形成之間存在競爭且后者更易發生[3]，因此淀粉-脂質復合物的形成可以抑制淀粉分子重排，進而推遲淀粉的凝沉過程，降低透光率[41]。但周靜舫等人[3]卻發現油炸淀粉的回生值增加，上述機理不能對其進行合理解釋，具體原因還有待深入探究。

2.2 對淀粉結晶特性的影響

研究發現，直鏈淀粉-脂質復合物晶型一般為V型，但會隨著加熱溫度升高而轉變為E型[3]。Bail等人[42]研究發現，當加熱溫度達到150℃時，普通玉米淀粉 （水分質量分數18%～35%）A型結構開始消失并出現Vh型 （直鏈淀粉與線性有機分子形成的復合物晶型）結構；當溫度升高到170℃以上時，A型結構完全消失，Vh型結構轉變成E型結構；另外，高直鏈玉米淀粉加熱至95℃出現Vh型結構。

周靜舫等人[3]發現，在油炸大米淀粉的X衍射圖譜上2θ角度值19.62處（油炸后）和19.86處（油炸后放置10 d）都出現V晶型特征峰。同樣，張令文等人[37]發現油炸后的淀粉均在2θ為20°附近出現不同強度的衍射峰，即直鏈淀粉-脂質復合物峰。淀粉在油炸過程中其結晶結構和結晶特性均會發生改變，周靜舫等人[3]發現，油炸后淀粉的（Tc-T0）值升高40.0 K，表明油炸后淀粉顆粒內部的結晶體趨于多樣化；此外，研究發現初炸時間超過75 s時的淀粉結晶度高于初炸25 s時的結晶度，推測是直鏈淀粉-脂質復合物的形成增加了淀粉的結晶度[43]；但初炸100 s和復炸40 s后，淀粉結晶度隨油炸時間的延長反而降低，具體原因仍有待深入探究。

3 發酵對淀粉性質的影響

發酵是一種傳統的谷物類食品加工方法，現有的谷物發酵食品種類豐富，如：發酵米粉、發酵米粥、發酵粉條、年糕、米果等[44]。在發酵過程中，乳酸菌、酵母菌等微生物的代謝產物（乳酸、胞外酶等）作用于淀粉顆粒，改變其物理化學性質[45-46]。研究發酵對淀粉糊化、老化等特性的改變對于改善淀粉類食品的口感、風味和質構、提高其營養價值以及開發優質的發酵產品等都具有重要的意義。

3.1 對直鏈淀粉和支鏈淀粉分子結構和含量的影響

發酵會改變淀粉的分子結構，比如減少大分子數量、增加小分子及中等大小分子數量[47]。閔偉紅[48]利用乳酸菌發酵米粉時發現，乳酸主要促進淀粉顆粒中蛋白質溶出而對淀粉的降解作用較??；胞外酶主要降解支鏈淀粉，增加直鏈淀粉含量和平均聚合度，從而改變淀粉中直/支鏈淀粉的比例，但對蛋白質的降解作用較小。發酵過程中，直、支鏈淀粉結構和含量的改變導致淀粉的衰減值、剪切稀化程度降低[49-50]。發酵對支鏈淀粉的斷鏈和脫支作用集中在主鏈和長鏈上[45]，降低其結晶性、老化傾向和淀粉峰值粘度，但利于淀粉凝膠保持較多水分和較好的粘彈性，從而降低淀粉制品硬度[48，50]。另外，發酵過程中部分蛋白質和脂肪被降解會促進直鏈淀粉溶出[46]，加速淀粉糊化和老化，增強其凝膠網絡的剛性和粘彈性，進而增強淀粉制品的膠著性、咀嚼度和拉伸性能。

關于發酵對淀粉含量、結構及性質影響有不同報道。陶華堂[46]應用紅外檢測研究發酵大米時發現既沒有基團消失也沒有新化學鍵或基團生成，認為發酵對淀粉結構的改變作用不大。丁文平等人[51]認為發酵對大米中支鏈淀粉的降解和直、支鏈淀粉含量的影響不顯著。同樣，Lu等人[52]也得出類似結論。袁美蘭等人[53]報道發酵會減小玉米支鏈淀粉分子大小和聚合度、增加其平均鏈長和外鏈長；同時，支鏈淀粉的短鏈水解造成長鏈比例上升，淀粉膨脹受抑制。

一般認為，發酵降低支鏈淀粉分子的分支化程度，減弱其再結晶性；發酵過程中，部分脂肪和蛋白質降解促進直鏈淀粉溶出，加速凝膠形成。發酵技術對淀粉分子結構和組成的影響及作用機理目前尚沒有統一定論，其可能與微生物種類、發酵條件和淀粉來源有關，具體原因有待研究。

3.2 對淀粉結晶特性的影響

研究表明，發酵能改變淀粉的結晶度，但不改變其晶體類型[54]。發酵后淀粉紅外結晶指數（R值）上升，說明顆粒表面淀粉分子的短程有序度升高[50]。同時，發酵后直鏈淀粉含量增加，其可以參與形成支鏈淀粉的晶核進而促進支鏈淀粉重結晶[46]。

關于發酵對淀粉無定型區和結晶區的影響有不同報道。閔偉紅[48]認為發酵產物乳酸影響淀粉的結晶區，而胞外淀粉酶影響淀粉的無定型區；同時，淀粉發酵后其非結晶區增大而結晶度減小，Yang等人[55]也有類似的發現。但丁文平等人[51]卻認為發酵產物酸和酶主要作用于淀粉的無定形區，而對晶區結構的影響不顯著；同時，無定形區的減少及發酵小分子物質的不斷溶出提高了結晶區的相對比例，Lu[45，52]、袁美蘭[53]等人在研究中也獲得類似的結論。

總體看，發酵不會改變淀粉的結晶類型，乳酸主要破壞淀粉顆粒的無定形區。我們認為上述研究結果出現分歧的主要原因可能在于具體的發酵條件不同（如菌種），因此，發酵對淀粉晶體特性的影響仍有待進一步研究。

3.3 蛋白質、脂質與淀粉的相互作用

蛋白質可以與直鏈淀粉結合形成網狀結構緊密包裹淀粉顆粒外層，抑制其膨脹糊化；同時，這種相互作用也增大了淀粉顆粒的空間位阻，進而提高了其抗剪切能力。同樣，脂質也可以與直鏈淀粉形成復合物，強化顆粒結構，限制其膨脹糊化，降低其衰減值[46]。另外，脂質與蛋白質在發酵過程中容易各自形成微觀富集區，阻礙淀粉分子之間相互聚合和凝膠網絡結構的形成[45]。因此，可以通過發酵技術改變蛋白質、脂質對淀粉的絡合作用，進而改變淀粉的特性。

發酵前期，蛋白質和游離脂肪酸緩慢溶出；而發酵后期，蛋白質、脂肪酸被分解[56]，含量迅速降低，其與淀粉的絡合作用被破壞。發酵產物乳酸的α-羥基可以與淀粉多肽鏈上的羥基形成氫鍵，從而促進蛋白質溶出[48，57]。但蛋白質的含量在發酵4 d后趨于穩定，再發酵對蛋白質的影響不顯著[46]。發酵過程中，蛋白質溶出和淀粉的釋放會加速淀粉的糊化，降低其峰值溫度、峰值粘度和抗剪切能力，升高其熱焓值[50]。此外，發酵后淀粉分子之間更易形成氫鍵締合，從而形成有序的凝膠結構，賦予淀粉制品透明的外觀和筋道的口感[45]。

3.4 對淀粉凝膠特性的影響

淀粉凝膠的性質與支鏈淀粉分子結構及直/支鏈淀粉的比例密切相關。一般認為凝膠形成過程為：直鏈淀粉之間或其與支鏈淀粉的外側鏈結合形成網絡結構，封閉支鏈淀粉內鏈的同時將較多的水分及支鏈淀粉分散相包埋在內，維持凝膠較好的粘彈性[46]。另外，有報道稱支鏈淀粉對凝膠老化的影響比直鏈淀粉顯著[57]。

發酵使淀粉分子大小趨于均勻且容易靠近聚合，從而加速形成均勻致密的凝膠網絡結構[54，58]。發酵過程中，支鏈淀粉發生斷鏈，再結晶能力降低，凝膠相中得以保留更多水分，賦予凝膠良好的粘彈性。此外，直鏈淀粉含量增加和分子間氫鍵締合增多使凝膠硬度和彈性增強。據報道[45]，發酵對淀粉凝膠特性的影響主要為乳酸的作用，一方面其作用于無定形區并水解支鏈淀粉，提高凝膠的保水性且加速凝膠老化；另一方面，其降低體系的pH值，促進淀粉分子鏈聚合老化；發酵產物α-淀粉酶對凝膠性能的影響較小，原因在于其對生淀粉作用不敏感且酶活較低。此外，發酵產生的小分子糖類（葡萄糖、麥芽糖）、乙醇等會削弱凝膠結構。

發酵降低支鏈淀粉的分支化程度，削弱其空間阻礙作用；加速直鏈淀粉之間及其與支鏈淀粉間的相互作用；同時也促進脂質和蛋白質的溶出與降解，有利于形成穩定的凝膠結構并改善淀粉制品的食用品質。但是，發酵加工受淀粉來源、發酵菌種、發酵條件及發酵調控等多種因素影響，且其對淀粉的改性作用仍停留在研究階段，因此，發酵對淀粉性質影響的規律、發酵淀粉凝膠的形成機理以及其對凝膠特性的改善有待進一步研究。

4 擠壓技術對淀粉性質的影響

擠壓作為一項重要的食品加工技術，現己廣泛應用于玉米、小米、燕麥、大米等谷物食品加工中，具有設備簡單、操作方便、環保、低成本、高效節能等優勢。近年來，國內外學者在擠壓技術對淀粉性質影響尤其是擠壓過程中淀粉發生糊化和降解方面開展了廣泛的研究[59]，包括淀粉在擠壓機內受到高溫、高壓和機械力作用發生復雜的物理化學變化。研究擠壓加工中淀粉理化性質的變化規律對于加工產品的品質調控具有重要意義。

4.1 對直鏈淀粉和支鏈淀粉分子結構和含量的影響

擠壓過程中，淀粉發生不可逆的α化作用，同時降解生成麥芽糊精和小分子寡糖[60-61]；顆粒內部淀粉分子間作用力被破壞而發生糊化，粘度降低[62]。陳子意[63]發現擠壓膨化時，檳榔芋淀粉分子內發生部分雙鍵斷裂并生成了新基團，說明淀粉在高壓、高剪切力作用下結構發生了改變；另外，在擠壓過程中，支鏈淀粉中支鏈部分發生降解的幾率顯著地高于直鏈部分，且其降解作用類似于普魯蘭酶的作用，水溶指數增大。張潔等人[64]發現，擠壓后蕎麥和玉米淀粉中直鏈淀粉含量有所增加，沈丹[65]在研究擠壓膨化鷹嘴豆淀粉時也得到類似結果。徐樹來[66]發現在擠壓時的高剪切力作用下，淀粉中的糖苷鍵斷裂且部分降解成小分子物質，因此，擠壓后淀粉的平均相對分子質量和支鏈淀粉含量都減小。劉麗等人[67]發現大米淀粉經過擠壓后，晶體的有序化程度和結晶度降低，說明支鏈淀粉在擠壓作用下發生了降解。但陳子意[63]卻發現擠壓后，直鏈淀粉含量降低，支鏈淀粉含量升高，淀粉的凍融穩定性和膨脹力降低，凝沉穩定性和溶解度提高。

楊庭等人[68]發現對原料進行適當的擠壓有助于面條內部形成連續致密的網絡結構，從而制得強度和質構特性較好的糙米面條，Zhuang等人[69]也得到類似結果。我們認為面團網絡結構的形成與擠壓對支鏈淀粉的改性以及直、支鏈淀粉之間的相互作用有關，因此研究擠壓對淀粉分子性質的影響有助于改善食品的品質，但其變化規律有待更加全面地研究。

4.2 形成直鏈淀粉-脂質復合物

報道稱油脂能降低擠壓對物料的膨化效果，一方面，油脂的潤滑作用減少物料所受機械力，并且改變水、淀粉、油脂及蛋白質間的界面效應，從而影響膨化產品的質構、密度及膨脹性；另一方面，在高溫、高壓和高剪切力作用下，甘油三酯水解產生單甘酯和游離脂肪酸，促進淀粉-脂質絡合物形成，降低淀粉的糊化度、裂解性、溶解性和消化率[70]。研究發現，擠壓過程中直鏈淀粉-脂質復合物生成量與擠壓溫度和水分含量有關，在較低溫度 （＜100℃）下，復合物的含量隨溫度升高而增加；而在較高溫度（＞100℃）下，復合物的含量隨溫度升高而降低；另外，隨著水分含量增加，游離脂肪酸增多而直鏈淀粉-脂質復合物生成量減小[71]。據報道[71]，擠壓時剪切力的作用可以使直鏈淀粉-脂質絡合物由V型結構向更穩定的E型結構轉換。

鏈狀脂肪酸或單甘酯能與淀粉生成結晶復合物降低淀粉的水溶性，且其水不溶性與脂肪酸碳鏈鏈長及脂肪酸飽和度成正比[72]。甘油三酯或磷脂不能與淀粉形成穩定的結晶體，原因在于其結構較大，無法進入淀粉螺旋內部而只能附著于淀粉分子外表面。研究發現直鏈淀粉-脂質復合物不僅可以改善淀粉基物料的質地和結構穩定性，還可以調節復合體系的疏水性質、降解性能、絡合性能等功能性質，因此可以作為食品穩定劑、脂肪替代品、生物活性成分控釋載體、降解包裝材料和低血糖生成指數淀粉等[20]。

總之，擠壓時脂肪的水解促進淀粉-脂質復合物的形成，影響淀粉的溶解性、消化率和產品的膨化效果等。同時，擠壓過程中發生美拉德反應，促進淀粉-脂質復合物和蛋白質-脂質復合物生成并降低脂肪氧化速度和程度，從而改善產品口感，延長食品貨架期。

5 微波加工對淀粉性質的影響

近年來，微波作為一種安全、高效的加工方式在食品領域物料的干燥、殺菌、蒸煮以及焙烤等方面有著十分廣泛的應用[8]。研究認為，微波的快速加熱效應和極化效應影響淀粉分子間及其與水分子間的化學反應動力學速率，進而影響淀粉的分子結構和物理化學性質。因此，研究微波加熱過程中淀粉分子的變化規律及分子間的相互作用對微波淀粉改性理論與應用的發展具有重要意義[73]。

5.1 對直鏈淀粉、支鏈淀粉分子結構和含量的影響

微波輻射下，淀粉顆粒內聚集大量熱量，破壞淀粉分子結構，造成支鏈淀粉降解和直鏈淀粉溶出，同時淀粉粘度（最高粘度、熱糊粘度、冷糊粘度等）下降[74-75]。微波加工過程中，淀粉分子結構和含量受微波加熱功率和時間、淀粉直/支鏈比例和含水量及復雜體系中淀粉與其他組分的復合作用等因素影響。例如Palav[76]用微波輻射小麥淀粉時發現，淀粉顆粒只發生短時、小幅度的膨脹，且高聚物溶出量與加熱速率成反比。同時，當淀粉內直鏈淀粉含量較高時，微波加熱溶出的直鏈淀粉可以迅速形成凝膠并在外圍包裹住淀粉顆粒，阻止顆粒進一步膨脹糊化。此外，部分溶出的直鏈淀粉還可以與體系中的脂質、蛋白質等組分發生絡合作用，形成穩定的復合結構阻止直鏈淀粉進一步溶出。

測定表觀直鏈淀粉含量常用直鏈淀粉與碘絡合顯色法，這種方法受直鏈淀粉-脂質復合物以及支鏈淀粉結構的影響較大。陳秉彥[73]研究發現，低強度微波（2.0～4.0 W/g）對鮮蓮中直鏈淀粉含量幾乎無影響，但當微波加熱功率提高到8.0 W/g時，直鏈淀粉含量明顯下降，推測可能是微波促進了直鏈淀粉-脂質復合物的形成。

微波加工過程中，直、支鏈淀粉分子結構和含量變化以及直鏈淀粉浸出機制并不十分明確，研究結果受微波加熱功率和時間、淀粉直/支鏈比例和含水量及淀粉與其他組分的復合作用等多種因素影響。因此未來的研究方向可以是：針對影響微波作用效果的多種因素進行歸類，進而更加系統深入地研究微波加工對淀粉分子結構影響的規律和機制。

5.2 對淀粉結晶特性的影響

Fan等人[77-78]利用小角度X衍射和紅外光譜等研究微波加熱大米時發現，微波處理后淀粉的C—H振動吸收峰位置下降，C—O振動吸收峰位置上升，但其官能團結構不變。據報道[73]，微波處理不改變A晶型淀粉的結晶類型但可使B晶型淀粉的晶型轉變為A晶型。羅志剛[79]研究發現，馬鈴薯淀粉經微波處理后，X射線衍射強度增大，說明其結晶性增強；而衍射角2θ為16.1°的衍射峰消失，產生衍射角2θ為4.93°的衍射峰，說明馬鈴薯淀粉的晶型由B型轉變為A型。陸冬梅等人[80]研究微波加熱木薯淀粉時同樣發現了晶體類型的轉變，但其結晶度卻明顯下降。一般認為微波加工時，B型晶體內中間隧道中的36個水分子蒸發而脫水或新生成的雙螺旋結構占據原來水分子占據的空間，從而使晶體類型發生轉換。但在微波改性谷物淀粉的研究中，淀粉結晶結構沒有發生改變，具體原因有待后續實驗探究。

報道稱電磁波作用使淀粉分子發生一定程度的降解、快速遷移和重排，從而使直、支鏈淀粉分子內與分子間易于相互靠近而發生交互作用，進而增強淀粉結晶性[74]。淀粉結晶區增大使其起始糊化溫度增加，抗酶解性增強，膨脹度和溶解度降低。微波處理后，淀粉的（Tc-To）值增加，說明直、支鏈淀粉分子內與分子間形成晶體的異種化程度增加[74]。張民等人[75]研究發現微波處理后，大米淀粉的凝沉性、To、Tp、Tm和△H均增加，說明微波使淀粉分子間重新聚合產生更多的雙螺旋結構，從而形成耐高溫的結晶體[79]，Cristina等人[81]也得出類似結論。

但還有研究發現微波造成部分淀粉的結晶度下降，羅志剛[74]研究微波處理小麥淀粉時發現其△H降低，認為微波作用減少了其淀粉內部的雙螺旋結構，同時，凍融穩定性的提高也說明微波降低了支鏈淀粉之間雙螺旋結構的交聯；因此，微波加工過程中，淀粉內部主要發生直鏈淀粉分子內和分子間牢固的氫鍵鍵合作用。余巧鶯等人[82]利用微波處理木薯淀粉時發現僅在2θ為20.20°附近存在一個彌散峰，說明其內部大部分結晶態轉化為無定型態。陳秉彥[73]研究發現，蓮子淀粉相對分子質量及晶區分布隨微波加熱功率的增大而減小，說明微波輻射抑制淀粉分子糊化后的晶區重排效應。

上述研究結果的差異與微波加熱的特殊性有密切聯系，是微波對淀粉快速熱效應和極化效應綜合作用的結果。首先，不同種類淀粉自身結晶水含量和所處加熱環境的水分含量不同；其次，不同來源的淀粉其組成成分上有較大差異，直接影響微波加工過程中介電特性的變化和淀粉對微波的吸收；第三，微波輻射時間和功率不同對淀粉性質的影響也不同。上述多種因素都是通過影響微波加熱的作用效果間接影響淀粉分子特性。Lewandowicz等人[83]研究發現，微波可以降低小麥淀粉和普通玉米淀粉的結晶度和溶解性，但幾乎不影響蠟質玉米淀粉的物化性質和結構學特性。因此，淀粉組成的差異以及淀粉分子之間、淀粉與其他介電高分子組分之間的相互作用對微波加熱效果的影響是未來研究的重點，也是探討微波加熱對淀粉改性作用機理的重要方面。

6 展望

超高壓、油炸、發酵、擠壓和微波作為食品領域5種常用的加工手段都會對淀粉的理化性質產生影響，因此，明確不同加工手段對淀粉性質產生的影響及過程中淀粉與其他組分之間的相互作用，深入探討其機理并研究調控手段，對控制和提升淀粉類食品品質及其深度開發具有重要的意義。

雖然現已開展了較多的相關研究，但仍存在一些問題：1）現有研究主要集中在食品貯藏保鮮、質構改善、貨架期延長、技術和介質改良以及和預處理工藝優化等方面，在這些加工手段對淀粉性質的影響以及這些性質變化與產品品質之間的內在聯系還缺乏深入的機理研究。2）圍繞加工手段對淀粉顆粒膨脹、直/支鏈淀粉分子結構和直鏈淀粉浸出量的影響等方面有一些研究報道，但得到的研究結果尚存在一些分歧，且研究過程中也存在一些難以解釋的現象。3）這些加工手段對食品中淀粉的改性作用及其過程中淀粉-脂質相互作用的相關研究僅限于對淀粉單一組分進行處理，并且集中在單一的淀粉-脂肪酸體系中，其結果不足以反映實際加工過程對淀粉結構和性質的影響。

針對上述存在的問題，我們建議今后可以圍繞以下方面開展研究：1）結合不同來源淀粉的特點、不同加工方式的特點、不同的加工條件等多種因素，系統深入研究這些加工手段對淀粉理化性質的影響及其機理。2）食品體系中除淀粉外還有蛋白質、脂肪等多種成分，研究時需要模擬實際加工過程中食品復雜體系內不同大分子間的相互作用，深入探究具體加工過程中淀粉性質發生的改變。3）淀粉在不同加工過程中理化性質的改變會影響到其與食品中其他組分之間的相互作用，進而對產品的口感、風味、質構等產生影響，這些變化需要深入研究。

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Effects of Different Processing Methods on Starch Properties

WANG Li， YANG Yi， QIAN Haifeng， ZHANG Hui， QI Xiguang
（School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

Starch as one of the main components of food，especially cereal products，plays an important role in human diet.The five commonly used processing methods，including ultra-high pressure，frying，fermentation，extrusion and microwave，could significantly affect the physicochemicalproperties ofstarch，such as gelatinization，aging，crystallization etc.The interactions between starch and other components of food also influence the food quality.The applications of the five processing methods in starchy foods were summarized and the effects on starch properties and mechanisms were discussed in this paper，which are helpful for the further development of starchy food.

ultra-high pressure，frying，fermentation，extrusion，microwave，starch modification，starch-lipid complex

TS 234

A

1673—1689（2017）03—0225—11

2016-09-23

國家自然科學基金項目（31471617）。

王 立（1978—），男，江蘇溧陽人，工學博士，教授，博士研究生導師，主要從事谷物功能因子及健康食品方面的研究。

E-mail：wl0519@163.com

王立，楊懿，錢海峰，等.不同加工方式對淀粉性質的影響[J].食品與生物技術學報，2017，36（03）：225-235.