變性淀粉在番茄醬加工中應用研究進展

◎ 別平平，張子倩，梁逸超，陳燕芳，王家敏，高家律

（1.廣東海天創新技術有限公司，廣東 佛山 528000；2.江蘇天將生物科技有限公司，江蘇 宿遷 223800；3.佛山市海天（高明）調味食品有限公司，廣東 佛山 528511；4.佛山市國創生物發酵食品技術創新中心，廣東 佛山 528000）

番茄，作為一種日常生活中常見的食物，因其酸甜可口的滋味與高營養價值深受廣大消費者的喜愛。番茄中含有豐富的有機酸、維生素C、可溶性糖、番茄紅素和胡蘿卜素等營養成分，其中的番茄紅素具有抗氧化、抗炎和抗糖尿病的功效，能預防多種骨骼、皮膚、神經、肝臟和生殖系統疾病[1-4]。在生產方面，我國已成為第一大番茄生產國，據聯合國糧食及農業組織（Food and Agriculture Organization，FAO）統計，2020年的產量已達到6 486萬t，為全球產量的34.7%。其中，新疆地區由于適宜的氣候，已成為亞洲最大的番茄生產和加工基地，年產量超800萬t。番茄醬是一種主要的番茄制品，主要制作工序包括去皮、去種、破碎、制漿、濃縮、殺菌和包裝等[5]。2021年，我國番茄醬出口量已達77萬t，占據全球第一。番茄醬作為一種主要的番茄產品，在世界范圍內，特別是在西方國家中，消費量呈現逐年遞增的趨勢[6]。近年來，隨著對國外飲食文化接受度的提高，番茄醬在我國的消費水平也有一定的提高，相關行業有著良好的發展前景。

為使番茄醬具有更好的風味與外觀，且更適宜烹飪，在番茄醬加工工業中，與食鹽、食糖、香辛料和增稠劑經調配制成番茄復合調味料，又稱番茄沙司[7]。黏度是番茄沙司最關鍵的質量指標之一，決定了產品的質地與稠厚度，與產品的口感有著密切關系，高黏度番茄醬在市場中往往更具有優勢[8]。番茄醬是不均一的兩相體系，固相與液相分離是長期儲存中常見的問題，兩相分離對番茄醬的感官及流變特性有不良的影響，會使其質量下降，因此抑制固液分離在生產過程中十分重要[9]。為得到符合要求的番茄醬，在番茄醬生產中，除需要挑選優良原料品種與改善生產工藝外，添加增稠劑與穩定劑是常采用的方法。

淀粉是具有功能性的食品成分之一，但天然淀粉的流變穩定性、加工過程耐受性較差，且回生與脫水收縮現象也限制了其在食品工業中的使用。隨著對淀粉開發的深入，在經過化學、物理、酶促或其組合改性后，淀粉的性質得到了改善，不同種類的變性淀粉可作為增稠劑、膠凝劑、穩定劑和品質改良劑等功能制劑使用，在醬料生產中已得到了廣泛應用[10-11]。本文對變性淀粉的種類、性質特點以及變性淀粉在番茄醬中的研究進展進行總結，以期對變性淀粉在未來番茄醬制品行業中的應用提供一定的參考。

1 變性淀粉的種類

1.1 物理變性淀粉

與其他變性方法相比，淀粉的物理變性無需使用化學物質或生物制劑，因此物理變性淀粉具有簡單與安全的特點，與目前食品行業推崇的“清潔標簽”概念相符[12]。淀粉的物理變性是在不同溫度/濕度組合、壓力、剪切以及輻照下處理淀粉顆粒，可將其分為熱變性和非熱變性。熱變性包括所有預糊化處理、干熱以及水熱處理，非熱變性是使用高壓、聲波、電場和微波改變淀粉的物理化學性質和功能特性，以更好地應用于各種行業。

1.1.1 預糊化淀粉

預糊化淀粉是將淀粉進行特定的蒸煮處理，將其完全糊化，隨著同步進行或隨后進行的干燥程序所制成的變性淀粉[13]。預糊化的方法主要包括滾筒干燥法、噴霧干燥法以及擠壓膨化法。將淀粉漿噴灑到加熱后的滾筒表面，在滾筒的旋轉過程中，淀粉即可得到充分的熟化以及干燥。MAJZOOBI等[14]研究了滾筒干燥對預糊化小麥淀粉理化性質的影響，發現變性后小麥淀粉的吸水性與膨脹性較好，且在冷水中表現出一定的黏度。擠壓膨化法是在相對低濕度的條件下，對淀粉顆粒施加機械剪切力，在擠壓與摩擦產生的高溫下使淀粉充分糊化，后續進行干燥即可得到預糊化淀粉。DOS SANTOS等[15]將甘薯淀粉進行擠壓干燥，處理后的甘薯淀粉不易回生且易形成低黏度的糊狀物。噴霧干燥是將充分糊化后的淀粉溶液液滴轉化為固體顆粒，是一種快速的干燥過程。使用噴霧法制備的預糊化甘薯淀粉的最終黏度上升，溶脹力和溶解度有所增加。在生產過程中，淀粉的顆粒經過了不可逆的膨脹過程，部分分子間的氫鍵斷裂，由此生成的預糊化淀粉一般具有冷水溶脹的性質，無需加熱處理即可形成淀粉糊，可以用于熱敏感的食品生產中[13]。

1.1.2 水熱處理淀粉

水熱處理淀粉包括濕熱處理與退火處理兩種方法，可在不破壞淀粉顆粒結構的基礎上改變淀粉的物理化學性質[16]。濕熱處理是將淀粉的水分含量控制在不足以使淀粉糊化的范圍（10%～30%），在較高的溫度下（90～120 ℃）進行處理；而退火處理是在高于淀粉玻璃化轉變溫度和低于淀粉糊化溫度的條件下處理含有過量水分（50%～60%）的淀粉[17]。KAUR等[18]對燕麥淀粉進行了濕熱處理并證明變性后的淀粉膨脹力、溶解度與回生值下降，熱穩定性上升。退火處理可使淀粉的膨脹力與溶解度下降，但處理后淀粉黏度性質的變化存在爭議[19]。在對淀粉凝膠網絡的影響方面，濕熱處理與退火處理均被證實可增強淀粉凝膠的硬度[20]。

1.1.3 干熱處理淀粉

干熱處理是一種常見的淀粉處理方法，具有省時與低成本的特點，主要處理是將淀粉預干燥到較低的水分（7%～13%）后在高溫下（130～200 ℃）進行處理，處理后淀粉的功能性接近化學交聯淀粉[21]。LEI等[22]對干熱處理后玉米淀粉的理化性質進行了研究并證明干熱處理增加了玉米淀粉的溶解度，降低了淀粉糊的整體黏度。

1.1.4 高壓處理淀粉

高壓處理作為一種非熱處理，可在低于淀粉糊化溫度的條件下，通過對淀粉加壓（100～600 MPa）改變淀粉分子內和分子間的化學鍵，使淀粉具有所需要的性質[23]。GUO等[24]對蓮子淀粉進行了高壓處理并證明處理后淀粉具有更好的顆粒穩定性與更低的回生傾向。

1.1.5 超聲波處理淀粉

超聲波技術是一種綠色無污染的革新技術，采用超聲波處理淀粉時會將高頻聲波（＞20 kHz）施加在分散于介質中（一般是液體系統）的淀粉顆粒，由于超聲波造成的空化效應會引起高剪切力，從而改變淀粉顆粒的結構[25]。由超聲波導致的顆粒表面裂縫以及分子內部結構破壞使淀粉顆粒能更好地吸水與膨脹，而由此導致的黏度變化取決于超聲處理條件[26]。

1.1.6 脈沖電場處理淀粉

由于具有加工溫度低、處理時間短與強度均勻等優點，脈沖電場在生產中已逐漸得到廣泛的應用。在淀粉加工中，向分散在介質中的淀粉施加脈沖電場，在電場達到一定強度后（30 kV·cm-1），淀粉的內部與外部結構均會受到影響，從而得到所需性質。HAN等[27]使用了脈沖電場對木薯淀粉進行處理，研究表明外部結構被破壞的淀粉顆粒溶脹力和溶解度增加，而峰值黏度、崩解值與回生值均下降。

1.2 化學變性淀粉

化學變性淀粉是使用不同種類的化學試劑對淀粉進行處理，通過切割淀粉分子或引入新的官能團使天然淀粉具有不同的性質，是在實際生產中應用較廣泛的一類變性淀粉。

1.2.1 酸處理淀粉

酸處理淀粉是使用無機酸處理淀粉，在水分子的參與下破壞淀粉中的化學鍵從而水解淀粉分子而不造成淀粉顆粒的塌陷。酸水解后的淀粉熱糊黏度與膨脹度下降，溶解度上升，且具有較好的凝膠強度與成膜能力，在食品與非食品工業中被廣泛應用[28]。

1.2.2 氧化淀粉

淀粉與氧化劑在酸性、中性或堿性條件下發生氧化反應即可得到氧化淀粉，改性后的淀粉分子中引入了醛基、羰基或羧基，淀粉分子也有一定的降解。氧化淀粉的特性包括低糊化溫度、低黏度、良好的穩定性、黏合性以及成膜性[29]。

1.2.3 交聯淀粉

交聯反應中，交聯劑的多官能團與淀粉分子中的羥基發生反應形成化學鍵，使兩個或以上的淀粉分子間形成多維網絡結構，制成的變性淀粉即為交聯淀粉。分子間牢固的化學鍵的存在增強了交聯淀粉顆粒結構，使其具有一系列優秀的理化性質，包括較低的膨脹力與溶解度，對熱與剪切的高耐受性與良好的凍融穩定性[30-31]。

1.2.4 酯化淀粉

酯化淀粉是通過有機酸或無機酸中的羧基與淀粉的羥基發生酯化反應，將不同的官能團連接到淀粉上，從而使淀粉具有所需要的性質[32]。不同官能團的引入使酯化淀粉具有不同的性質，包浩等[33]使用正磷酸鹽作為酯化劑制備了大米淀粉磷酸酯，發現酯化后淀粉的溶解度、膨脹度與黏度上升，而凝沉性與凝膠強度有所下降。高靜等[34]制備了低取代度的木薯淀粉醋酸酯，變性淀粉的熱糊穩定性、冷糊穩定性與凍融穩定性均呈上升趨勢，但膠凝性呈下降趨勢。王愷等[35]對淀粉檸檬酸酯進行了研究，發現酯化后的淀粉顆粒膨脹被抑制，更難被糊化。

1.2.5 醚化淀粉

淀粉分子的羥基與醚化劑由氧原子連接而成的淀粉衍生物稱為醚化淀粉。醚化淀粉能在較低溫度發生糊化，形成的糊液黏度穩定性與凍融穩定性好，且有一定耐堿性[36]。醚化淀粉可分為離子型醚化淀粉與非離子型醚化淀粉，羥丙基化常用的一種醚化變性方法，生成的羥丙基淀粉為非離子型變性淀粉。LEE等[37]以甘薯淀粉為原料制備了羥丙基淀粉，發現變性后的淀粉溶脹力與溶解度均高于天然淀粉，淀粉凝膠表現出較低的凝膠強度與較好的凍融穩定性。在離子型醚化淀粉的研究方面，彭麗等[38]使大米淀粉與氯乙酸發生醚化反應制成了羧甲基淀粉，并發現羧甲基淀粉除了具有醚化淀粉共有的特性外，還具有冷水可溶的優良性質。

1.3 酶處理淀粉

近年來，酶法變性具有安全、健康且環境友好的特點，因此酶法變性淀粉在很多行業中得到了應用，甚至能部分取代物理與化學變性淀粉[39]。除原料淀粉性質與處理條件外，酶的種類也是決定酶處理淀粉處理效果的關鍵因素之一。α-淀粉酶通過剪切淀粉分子內部的α-1,4糖苷鍵，使淀粉漿黏度急速降低，并伴有糊精、麥芽糖以及少量葡萄糖等產物[40]。作為一種外切酶，β-淀粉酶從淀粉分子的非還原性末端開始水解淀粉分子，切割相隔的α-1,4糖苷鍵產生麥芽糖[41]。葡萄糖淀粉酶，也稱糖化酶，從非還原末端開始切割α-1,4糖苷鍵使一個葡萄糖單位分離以產生葡萄糖[42]。異淀粉酶與普魯蘭酶均為脫支酶，可水解淀粉分子中的α-1,6糖苷鍵，不同之處在于，普魯蘭酶切割淀粉分子支叉結構與鏈結構中的糖苷鍵，而異淀粉酶只能水解存在于支叉中的α-1,6糖苷鍵[43]。在實際應用中，使用單一酶變性的效果仍有不足，因此多酶混合使用與連續酶處理變性是常用的優化方法。XIE等[44]研究了混合酶（α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶）改性小麥淀粉后所得多孔淀粉的理化性質，結果表明混合酶改性能在淀粉表面形成更多的空隙，提高了變性淀粉的吸附能力。GUO等[45]使用α-淀粉酶、β-淀粉酶與葡萄糖基轉移酶對木薯淀粉進行連續修飾處理，結果表明與單一酶處理的淀粉相比，連續酶處理的產物的晶體分布更均勻，表現出更高的溶解度與更低黏度等優良性質。

1.4 復合變性淀粉

為彌補現有變性方式的不足以及進一步提高變性淀粉的性能，兩種或兩種以上的變性方式被聯合使用在淀粉生產中，由此獲得的變性淀粉即為復合變性淀粉。CASTANHA等[46]結合超聲波技術與臭氧處理技術對玉米淀粉進行改性，結果表明，單一的超聲波處理未能使淀粉性質發生明顯變化，臭氧處理能改變淀粉分子的結構與性質，而應用組合處理能進一步提升臭氧化淀粉的性質。MEHFOOZ等[47]以大麥淀粉為原料，對其進行了交聯與琥珀酰化聯合改性，制成了具有良好的熱穩定性與抗回生性的復合變性淀粉。

2 變性淀粉在番茄醬中的應用

在各種果醬中添加變性淀粉，可使產品具有所需要的性質，如優良的加工性能、合適的黏度、良好的質構口感和耐儲存性等，因此變性淀粉在果醬行業中得到廣泛的應用。通過加入特定的變性淀粉，番茄醬制品中存在的如黏度偏低、在儲存中易兩相分離的情況也可得到改善。

2.1 物理變性淀粉

SUBROTO等[48]在番茄醬中加入了不同質量的濕熱變性馬鈴薯淀粉，并對加入淀粉后的番茄醬進行了121 ℃，1 h的滅菌處理。經過黏度測試與感官評價后，確定了變性淀粉的最佳添加量為1.5%，與含有普通馬鈴薯淀粉的番茄醬相比，樣品在熱處理后的黏度下降的幅度降低，從原來的下降60.68%（從4 773.33 cP變為1 876.67 cP）變成32.84%（從4 563.33 cP變為3 053.33 cP），證明改性淀粉提高了番茄醬對熱處理的耐受性，使番茄醬能保持較好的黏度。CARCELLI等[49]研究證明，番茄醬的稠度隨著熱擠壓玉米淀粉添加量的增加而增大，2%的玉米淀粉添加量就可以使番茄醬具有良好的質地，且不出現脫水收縮現象。JUSZCZAK等[50]將3%物理變性木薯淀粉與物理變性蠟質玉米淀粉分別添加到番茄醬中，證實了變性淀粉的增稠作用。伍穎華等[51]將顆粒狀冷水可溶淀粉加入番茄醬中并驗證了7%變性淀粉為最佳添加量，經對比實驗證明，添加變性淀粉的番茄醬性狀比含有原淀粉、果膠的樣品以及市售的樣品更好。

2.2 化學變性淀粉

房麗娜等[52]對加入6%磷酸酯淀粉的番茄醬的性質進行了研究，結果表明與未添加淀粉和添加天然木薯淀粉的樣品相比，添加變性淀粉的番茄醬有著更光滑的表面、更好的口感與更高的持水力。由次氯酸鈉作為氧化劑制成的氧化淀粉已被批準在番茄醬制造的過程中作為穩定劑使用。房麗娜[53]將包括木薯原淀粉、磷酸酯淀粉、辛烯基琥珀酸酯化淀粉以及丁二酸酯化淀粉在內的不同種類的淀粉應用在番茄醬的生產中，結果表明添加變性淀粉的樣品體系中有較多的網狀結構，這些結構使樣品在儲存中能夠保持穩定，兩相分離的情況減少。OMIDBAKHSH等[54]在番茄醬中添加了交聯蠟質玉米淀粉與黃原膠，并就樣品的流變特性與穩定性進行了研究，研究表明變性淀粉的添加（0.5%）促進了黃原膠的增稠作用，且樣品在儲存時的脫水收縮情況減少，更加穩定。

2.3 酶處理變性淀粉

KIM等[55]使用了環糊精葡聚糖轉移酶和分支酶對玉米淀粉進行了修飾，并在番茄醬中加入了純天然玉米淀粉以及含有不同含量酶改性淀粉的混合粉，添加量均為番茄醬總質量的5%。與只添加天然玉米淀粉的樣品相比，含有70%變性淀粉的混合淀粉的加入使番茄醬有著更好的色澤、光亮度與質構。儲存實驗也表明含有酶促變性淀粉的番茄醬能在冷藏中保持更好的穩定性，證明變性淀粉對水分的親和力較高，能有效地抑制番茄醬儲藏中的兩相分離。

2.4 復合變性淀粉

吳磊等[56]將天然木薯淀粉、醋酸酯淀粉、交聯淀粉與交聯酯化淀粉添加到番茄沙司中并研究了番茄沙司的性質。研究表明，復合變性淀粉能使樣品具有最優的色澤、光亮度、黏稠度和細膩潤滑的口感。此外，添加了復合變性淀粉的番茄沙司儲存穩定性也最好。宋驍[57]研究了羥丙基二淀粉磷酸酯在番茄醬中的作用并與未加入淀粉和加入原淀粉的番茄醬樣品進行了對比實驗，研究結果表明，復合變性淀粉使樣品具有較好的膠體強度，且膠體強度與變性淀粉添加量成正比。此外，番茄醬顆粒結構也得到了研究，羥丙基二淀粉磷酸酯優良的保水能力使淀粉均勻地分散在番茄醬中，構成了穩定性較好的醬料體系。卞科軍[58]在番茄沙司中添加了以蠟質玉米淀粉為原料，采用微波工藝制備的羥丙基乙酰化雙淀粉己二酸酯，添加量為2.2%時，番茄醬樣品具有較好的熱穩定性、耐加工性和儲存穩定性。BAEGHBALI等[59]對不同添加量的乙酰化雙淀粉己二酸酯（以蠟質玉米淀粉為原料）番茄醬進行了壓力均質并研究了樣品的流變性。發現生產的最優條件為添加1%變性淀粉，并在25 ℃和14 MPa的壓強下均質，制得的番茄醬有著較好的黏度與稠厚度。此外，對照實驗的結果表明，最優工藝下生產的番茄醬粒徑更小、更均勻，儲存穩定性更好。DZHIVODEROVA-ZARCHEVA等[60]研究了添加不同種類的淀粉對番茄醬的影響，結果表明以馬鈴薯淀粉為原料制得的乙酰化磷酸二淀粉對番茄醬的增稠作用最大，而添加了以蠟質玉米淀粉為原料制得的乙酰化雙淀粉己二酸酯的番茄醬穩定性最好。

3 展望

近年來，“清潔標簽食品”已成為全球食品發展趨勢，消費者越來越關注食品的成分是否天然、簡單。據調查，清潔標簽成分食品的市場規模預計會大幅增長，并在2023年達到約3 209億元[61]。在淀粉行業中，使用了化學制劑的變性淀粉不符合“清潔標簽”的概念，而物理或酶法變性的淀粉可被歸類為食品組分而非添加劑，因此加入物理或酶法變性淀粉的食品可以貼上“清潔標簽”。但“清潔標簽”淀粉僅占全球食品改性淀粉總量的很小一部分，需要進一步研究和開發[62]。盡管目前的變性淀粉可使番茄醬具有較好性質，且在番茄醬制造行業中得到了使用，但在番茄醬中添加“清潔標簽”淀粉，使番茄醬成為“清潔標簽食品”才是未來的發展趨勢，也更符合廣大消費者的選擇。

4 結語

番茄作為一種深受人們喜愛的農作物，獨特的風味與高營養價值使其本身與番茄醬制品在國內外擁有廣闊的市場。雖然我國的番茄產量與出口量常年占據全球第一，但國內的番茄醬行業與國外仍存在一定的差距，國外如亨氏與味好美等番茄醬產業巨頭仍占有大部分的行業市場。作為一種有著良好性質的食品添加劑，變性淀粉在我國的醬料行業中得到了廣泛的使用。在番茄醬中添加變性淀粉在優化番茄醬質構，使其具有更好口感的同時，也可以增加番茄醬儲存的穩定性。近年來，“清潔標簽”淀粉因其安全、無污染、環保等特點在國內外受到了重視，且開始取代一部分傳統變性淀粉在醬料中的使用，是未來發展的重要方向。未來，對現有變性淀粉與“清潔標簽”淀粉的性質與應用進行更深層次的研究，能使淀粉制劑在番茄醬行業發揮更多作用，促進更多優質番茄醬制品的開發，提升我國番茄醬制品在國際上的競爭力。