淀粉是植物中最丰富的碳水化合物之一,同时也是人类膳食中碳水化合物的主要来源。淀粉的生产成本低廉,且具有许多重要的功能性质,因而广泛应用于食品、医药、纺织、造纸、化工等工业领域[1]。随着食品工业的发展和消费者需求的增加,天然淀粉的理化性质已难以充分满足现代食品加工的需求。天然淀粉糊在热、酸、剪切环境下不稳定,冷水不溶,容易老化,成膜性、透明性和冻融稳定性能差等,这限制了其在食品加工中的应用[2]。
为了提升淀粉的加工性能、拓宽其应用领域,国内外研究者对淀粉的物理、化学、生物和复合改性方法进行了大量研究。物理改性主要是通过预糊化、水热处理[退火(annealing treatment,ANN)]和湿热处理(heat-moisture treatment,HMT))、高压处理(high pressure processing,HPP)、微粉化、超声(ultrasonic technique,UT)、脉冲电场(pulsed electric field,PEF)等方法,对淀粉的内部微晶结构及理化性质进行调控[2]。化学改性主要包括醚化、酯化、氧化和酸水解等,通过引入官能团来改变原有结构,进而改变其理化性质[3]。生物改性则是利用淀粉酶、普鲁兰酶、脂肪酶等对淀粉进行水解和催化,通过破坏糖苷键产生水解或溶解的产物,或作为催化剂合成特定的物质[4]。其中,物理法中的湿热处理法效果较好、安全性高、成本较低、污染较少,是目前被广泛使用的淀粉改性方法之一。目前,湿热处理淀粉已在面制品、烘焙食品和糖果等食品加工中得到应用。湿热改性淀粉可以作为一种增稠剂,用于改善食品在不同环境条件(温度、酸度、剪切)下的稳定性,减少食品加工过程中的老化现象[5]。
本文首先介绍了湿热处理改性淀粉的原理和特点,然后总结并概括了湿热处理对淀粉结构和理化性质的影响,最后分析了湿热处理在面条、馒头、面包、饼干等食品加工中的应用现状,旨在加深对湿热处理的认识,并为促进湿热处理在淀粉改性和提高淀粉基食品安全和品质方面的应用提出建议。
1 湿热处理的原理及特点
HMT是在较高温度(高于玻璃化转变温度,低于糊化温度,一般为80～120 ℃)条件下对特定含水量(10%～35%)的淀粉颗粒进行热处理的过程[6]。热处理前,通常先将淀粉水分含量调节至恒定水平,并置于密封容器中平衡24 h,然后在一定温度下对其进行热处理。处理过程中,支链淀粉中α-1,6糖苷键可能被破坏,部分淀粉分子发生降解,双螺旋结构部分出现断裂和解旋。湿热处理时,淀粉颗粒中的分子异常活跃,导致支链淀粉与支链淀粉之间、支链淀粉与直链淀粉之间、直链淀粉与直链淀粉之间发生相互作用,使淀粉分子链表现为无序状态[7]。在冷却过程中,淀粉分子链会发生进一步的折叠和弯曲,导致分子链上的羟基相互作用形成氢键,从而使原本无序的淀粉分子链重新形成结晶体[7-8]。在湿热处理过程中,淀粉分子间的相互作用会导致其理化性质发生变化,如溶胀力、直链淀粉溶出率、糊化和回生特性、酸和酶水解敏感性以及热特性等,使淀粉具有更强的机械强度和热稳定性。在此过程中,尽管使用了较高的温度,但由于水分含量有限,淀粉不会发生大量糊化,淀粉颗粒形态无明显变化。此外,在湿热处理时,淀粉分子结构的改变导致慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)和抗性淀粉(resistant starch,RS)含量升高。
图1 湿热处理淀粉的结构原理图
Fig.1 Schematic diagram for the structure of heat-moisture modified starch
2 湿热处理对淀粉结构的影响
2.1 分子结构
湿热处理可能破坏支链淀粉中的α-1,6糖苷键,从而增加直链淀粉含量。研究表明,在温度120～140 ℃、水分含量30%条件下,湿热处理玉米淀粉中短A链比例增加,长B3链比例减少;蜡质淀粉中支链淀粉的B1链断裂成短的A链,这种长支链淀粉数量减少和短支链淀粉或直链淀粉数量增加的现象可归因于湿热处理过程中的热降解使得共价键发生断裂[9]。此外,对小米淀粉和高直链玉米淀粉进行湿热处理,结果表明,淀粉分子质量下降,分子间差异变小,其颗粒粒径分布更加集中;直链淀粉含量也有所增加,这可能是由于淀粉分子受热能和水分共同作用而降解,使支链淀粉的分支结构受到破坏或者是较长的直链淀粉裂解为较短直链淀粉[10-11]。
2.2 短程有序和晶体结构
湿热处理能够降低许多谷物淀粉中接近颗粒表面的短程分子有序度,水分含量越高,短程分子有序度降低越明显。此现象归因于氢键的断裂与双螺旋结构的不规则排列或解旋;水分含量越高,淀粉分子与水分子之间越容易形成新的氢键,从而破坏淀粉结晶区和无定形区的螺旋结构[12]。研究表明,湿热处理并不会改变谷物淀粉的结晶类型,而豆类淀粉在水分15%～30%和温度100～120 ℃的条件下湿热处理一定时间,其晶型发生转变。蚕豆淀粉和豌豆淀粉在水分含量和温度分别为15%、120 ℃,30%、100 ℃和30%、120 ℃条件下处理2 h和25%、120 ℃条件下处理超过4 h后,C型结晶转变为A型[13-14]。研究发现,湿热处理可使马铃薯淀粉从B型结晶转变为A型[15]。而马铃薯淀粉在100 ℃、25%水分条件下湿热处理16 h后,B型结晶会向C型转化[16]。湿热处理引起的淀粉晶型的变化可归因于脱水以及双螺旋向中心通道的移动。在湿热处理过程中,这种运动可能会破坏淀粉晶体或改变晶体取向[17]。另外,湿热处理大米、薏米淀粉中还表现出V型衍射模式。湿热处理淀粉的这种衍射模式在高含水量湿热处理和高直链淀粉中更为明显[18]。这表明,湿热处理引起了直链淀粉与内源性脂质复合。
湿热处理引起的淀粉短程有序结构和晶型的变化最终会引起淀粉结晶度的变化。小麦、大米、玉米、大麦、小米和苋菜淀粉经湿热处理后,其相对结晶度均显著降低[11,19-20],且相对结晶度下降趋势随着水分含量的增加变得更明显。结晶度下降可能是因为湿热处理破坏了淀粉晶体结构的规整性和致密性,热量和水分的协同作用可以引起膨胀淀粉颗粒中螺旋尾端的解绕,加速分子链的运动并重新排列成更无序的结构[12]。此外,维持晶体稳定的氢键可能在处理过程中被部分破坏。但是甘薯、绿豆、苦荞淀粉经湿热处理后的相对结晶度显著升高[21-23],相反变化的出现可能是由于淀粉链之间的相互作用进一步增强,以及被破坏的双螺旋结构的重新排列,促进了新结晶的形成和现有小结晶区域的完善,从而提高了相对结晶度。但随着水分含量的提高,甘薯和绿豆淀粉的结晶度逐渐降低,这可能是因为在湿热条件下,淀粉颗粒发生部分糊化,从而引起了支链淀粉的结晶被破坏。湿热处理时,水可以促进分子间氢键的破坏,从而导致分子堆积的规律性下降[6]。
2.3 颗粒结构
湿热处理会改变淀粉颗粒的表面特征、粒度、破损淀粉含量等,这些变化与处理温度、处理时间、水分含量以及淀粉类型等密切相关,如表1所示。许多淀粉颗粒经湿热处理后颗粒有聚集和重组现象,颗粒表面变得粗糙,并伴有不同程度的破坏[24-25]。湿热处理导致一些淀粉颗粒表面出现裂纹、凹陷和孔洞,淀粉颗粒间发生粘结,随着水分含量的增加,这种现象会变得更加明显[26-27]。在热处理过程中,水分进入淀粉颗粒的无定形区,使淀粉颗粒在热处理过程中膨胀,在冷却过程中收缩,最终导致淀粉颗粒表面向中心塌陷,从而引起了表面结构的变化;粘结现象是在热处理过程中水分迁移至淀粉颗粒表面,多余的水分凝结在淀粉颗粒表面,由于糊化作用变得黏稠,水分含量越高,粘结现象越严重。在对鹰嘴豆[28]、绿豆[29]的研究中同样可以观察到只有少部分颗粒发生了局部膨胀,颗粒大小和形状无明显变化,这主要归因于碳水化合物没有从淀粉颗粒内溶出。研究表明,湿热处理淀粉的粒度随着水分含量的增加而增加[18]。这是因为淀粉颗粒在处理过程中因吸水而具有活性,水分含量的增加促进其膨胀,并在热力的驱动下发生形态变化,较大的颗粒尺寸可能会阻碍酶的扩散和吸附,导致淀粉的消化较慢。另外,湿热处理还可能引起小淀粉颗粒的团聚。
表1 湿热处理对淀粉结构变化的影响研究结果
Table 1 Research results on the effect of heat-moisture treatment on the structural changes of starch
淀粉来源湿热处理条件温度/℃处理时间/h水分含量/%淀粉结构变化参考文献玉米120～1402430平均和较长直链淀粉数量减少,结晶度降低,部分颗粒双折射消失,颗粒中心孔隙增大[9]小米1000.5-淀粉分子质量下降,直链淀粉含量增加,结晶度下降,颗粒表面出现膨胀和凹陷[11]蚕豆100～120215～30相对结晶度降低,晶型改变,C型转变为A型,淀粉颗粒出现不规则裂隙[13]豌豆1200～1225淀粉表面随处理时间延长出现凹痕,促使支链淀粉分解,晶体结构由C型变为A型,相对结晶度下降[14]马铃薯90～1302417～26支链淀粉发生热降解,晶体结构从B型转变为A型,结晶度下降;淀粉颗粒中心双折射消失,出现孔洞[15]1001625B型结晶向C型转化,结晶度下降,淀粉颗粒表面特征无变化,表面光滑[16]苋菜120～1300.25～110～20相对结晶度下降,淀粉颗粒聚集,淀粉分散均匀性和悬浮液稳定性较低[19]甘薯1101.515～25直链淀粉含量较低,结晶度增加,淀粉颗粒表面粗糙,出现少量裂纹且有团聚现象[24]苦荞1101620～35直链淀粉含量和相对结晶度较高,硬度低,淀粉表面粗糙[23]木薯1001020～34淀粉颗粒间发生粘结,表面出现凹陷 [25]绿豆1202～1230结晶度随时间先下降后增加,淀粉颗粒表面破裂[29]
注:-表示未查到相关数据,下同。
破损淀粉的产生主要归因于湿热处理过程中热量在淀粉颗粒内部传递,淀粉颗粒受热膨胀和变性塌陷。随着处理温度的提高和处理时间的增加,该变化趋势更加明显。小麦淀粉在100 ℃、25%水分条件下湿热处理12 h后,淀粉颗粒几乎没有损伤[30];而在120 ℃对水分含量为35%的玉米淀粉处理12 h后,淀粉颗粒破损严重[31]。在高温和有限水分(<25%)条件下湿热处理时,淀粉颗粒中的双螺旋结构会发生一定程度的迁移或解旋,但大部分淀粉颗粒的结构仍保持完整,只有一小部分结构松散的淀粉容易从淀粉颗粒中分离出来,形成小碎片。
3 湿热处理对淀粉理化特性的影响
3.1 淀粉溶胀性
淀粉的溶胀性反映了淀粉与水之间相互作用力的大小,也与淀粉颗粒中分子间键结合程度密切相关。淀粉的膨胀力取决于支链淀粉的数量和结构,支链淀粉含量多,双螺旋结构就多,膨胀力大[32]。淀粉颗粒的膨胀过程始于无定形区,接着是邻近结晶区的无定形区,最后是结晶区[33]。对谷类、豆类和块茎淀粉的研究发现,与天然淀粉相比,湿热处理降低了淀粉的膨胀力[17,34],这主要归因于支链淀粉分解产生的更多直链淀粉与形成的新螺旋结构。此外,淀粉颗粒内直链淀粉-脂质复合物的形成抑制了淀粉膨胀[33]。
淀粉的溶解是由直链淀粉浸出引起的,在吸水膨胀过程中,直链淀粉从颗粒中分离并扩散,导致淀粉颗粒在水中加热时从有序状态变为无序。研究表明,在不同水分含量和温度条件下对山药[35]、板栗[36]、非洲山药豆[37]、小米[26]淀粉进行湿热处理,均会降低淀粉的溶解度,这主要是因为在处理过程中淀粉颗粒内部重新排列,有助于支链淀粉-支链淀粉、支链淀粉-直链淀粉、直链淀粉-直链淀粉之间相互作用形成更有序的淀粉链簇,颗粒内部键的增强和双螺旋结构的紧密结合使淀粉分子不易从颗粒内部流出[32]。然而在绿豆、扁豆淀粉研究中发现,湿热处理后淀粉的溶解度提高[38-39]。这可能是由于这些淀粉颗粒结构在湿热处理过程中其内部空隙增大,使水更易于进入淀粉的无定形区,剩余没有缔合的淀粉链溶于水,从而提高了淀粉的溶解度[15]。
3.2 糊化和回生特性
糊化特性是淀粉的一个重要品质指标,对食品的感官特性有直接的影响,如较低的回生值可以降低面包老化速度;衰减值的降低可增强面包焙烤过程中的稳定性[40]。淀粉类型、颗粒的形状和大小、淀粉吸水性、蛋白质的结构以及基质间的复合作用等都是影响淀粉糊化的关键因素。与原生淀粉相比,湿热处理能显著提高糊化温度,降低糊化黏度、崩解值和回生值,提高热糊和冷糊的稳定性。研究表明,大米淀粉在110 ℃条件下湿热处理1 h,糊化温度随着水分含量的升高而升高[41]。这主要是由于湿热处理改变了淀粉分子的有序化结构,加强了分子链间的相互作用,从而使淀粉颗粒聚集,双螺旋结构和微晶之间的排列更加稳定。汪树生等[42]认为,处理过程中水分的存在更有利于淀粉结构发生这种转变。
3.3 淀粉消化性
湿热处理可以改变淀粉的结构,从而提高淀粉的抗消化性,主要表现为SDS和RS含量的增加和RDS含量的减少。研究发现,莜麦淀粉经100 ℃湿热处理2 h,在低水分含量(15%)条件下,莜麦淀粉中RDS含量下降,SDS含量增加。这是因为体系中少量水分的增加使淀粉凝胶化,颗粒中有直链淀粉溶出,在冷却阶段淀粉回生,此过程中直链淀粉以氢键相连的螺旋结构重新排列,从而阻断了淀粉酶的作用位点;而水分含量升为30%时,RDS含量增加,SDS和RS含量下降,这可能是由于在含水量较高的情况下,高温导致淀粉颗粒膨胀,分子链断裂程度增加,从而使淀粉更容易被淀粉酶水解[43]。湿热处理能显著降低淀粉的消化率,并诱导RDS转化为SDS和RS[44],但当温度达120 ℃时,SDS和RS含量下降,主要是由于淀粉颗粒内部层状、结晶及分子链结构的破坏导致低分子质量淀粉链碎片过多。在湿热处理蜡质玉米淀粉制备SDS的研究中,最佳处理参数为水分含量35%、温度120%、时间10 h,此时SDS含量达9.25%[45],淀粉的消化性最低。
图2 湿热处理对淀粉消化性的影响机制
Fig.2 Mechanism of the effect of heat-moisture treatment on starch digestibility
对熟米粉和大米淀粉的研究表明,淀粉糊的消化速率随着直链淀粉含量的升高而逐渐降低。这主要与直链淀粉链的结构有关,直链淀粉具有更小的分子表面积,且直链淀粉的葡萄糖链更多地通过氢键相互结合,使得它们比具有许多葡萄糖支链的支链淀粉更不容易被淀粉酶分解攻击[46]。卞华伟等[47]对直链淀粉含量不同的大米淀粉进行湿热处理的研究也得到了类似的结果,两种大米淀粉的RS和SDS含量均有所增加,RDS含量均有所降低,其中直链淀粉含量较高的大米淀粉变化更显著。绿豆中直链淀粉含量较高,是制备RS的重要原料。将其在100 ℃条件下湿热处理4 h,随着处理体系中水分含量的增加,SDS和RS含量在30%时达到最高[48]。高群玉等[49]研究了湿热处理对不同直链淀粉含量的玉米淀粉的消化性的影响,结果表明,湿热处理后3种玉米淀粉的RS含量都有所增加,且所有淀粉中直链淀粉含量均有所提高。一般直链淀粉含量越高的淀粉,其RS含量也越高。综合来看,湿热处理降低淀粉消化性有两个原因:一是湿热处理提高了淀粉中直链淀粉的含量,直链淀粉含量越高,越容易回生形成新的结构,使淀粉对酶的抗性增加[46];二是淀粉多尺度结构在湿热处理条件下发生了变化,形成新的有序分子聚集结构,使其具有更强的抗酶解能力[50]。
4 改性淀粉在食品加工中的应用
湿热处理可以产生破损淀粉,适量的破损淀粉有益于提高面包、馒头、蛋糕等面制品的品质。在馒头和面包的制作中,破损淀粉能够促进面团的发酵;淀粉受损导致的吸水率增加有助于改善蛋糕的柔软度,但其含量不易过高,否则产品会因为吸水过多而变软塌陷。另外,湿热改性淀粉作为一种功能性食品添加剂,可有效地改善原淀粉自身存在的局限性,还能够满足食品生产中某些特定的需求,例如降低面条的蒸煮损失、提高面包的比容、适当降低饼干的硬度等,从而改善食品的品质。如表2所示,湿热处理改性淀粉已被广泛应用于面条、面包和饼干等淀粉基食品的生产中。
表2 湿热处理淀粉在淀粉基食品中的应用研究结果
Table 2 Research results on application of heat-moisture treated starch in starchy food
淀粉来源湿热处理条件温度/℃处理时间/h水分含量/%应用添加量/%结果参考文献发芽小麦100117～29白盐面≤10更低的蒸煮损失、更高的延伸性[55]大米100～1100.5～1.515～25米粉50硬度明显增加、嚼劲低、黏性无明显变化、拉伸性增强,不易断裂[56]玉米1001625面条10抑制回生,面条柔软度增加、拉伸强度和延伸性提高[57]苋菜1102.528面条100质地紧实、蒸煮时间短、口感风味增强[58]红薯1101215～35面条10面条中抗性淀粉含量增加,血糖指数下降[59]苔麸栗子鹰嘴豆120115面包34减缓面包老化、提高面包比容和抗自由基活性、慢消化淀粉含量高[60]小麦55～95113～19面包100低温(55 ℃、65 ℃)下面包体积显著增加[61]高粱90～1250.25～0.7512无麸质面包70面包体积增大、硬度降低、质地紧实[62]燕麦80～1300.515面包20质量损失减少、体积显著增加、硬度显著降低、黏度增加[63]大麦120115面包40比容无明显变化,面包屑硬度和黏性较高[64]甘薯1108-面包20面包屑硬度和黏性增加、比容降低、抗性淀粉含量显著增加[65]黑豆120425饼干35厚度、密度和烘烤损失增加、铺展系数降低、硬度、脆性和黏性降低、营养价值提高[66]香蕉100830饼干75硬度降低、颜色变暗、营养品质提高[67]甘薯80～1201220～60饼干15硬度降低,外观、色泽、味道有所改善,慢消化淀粉含量提高[68]糙米100417饼干30延缓饼干贮存过程中的水分流失和硬化、提高了贮存稳定性[69]
4.1 改性淀粉在面条中的应用
淀粉是面条生产中普遍使用的品质改良剂,淀粉的添加对面条的品质有显著影响。添加马铃薯[51]、甘薯[52]可改善面条光亮度、增加黏弹性,使面条蒸煮损失降低。但是,淀粉的添加也可能对面条的品质产生负面影响。添加量为6%时,绿豆淀粉[53]由于糊化特性较弱使面条的筋道性变差;玉米和小麦淀粉[53]中直链淀粉含量较高、吸水膨胀慢、糊化温度高,因此添加玉米和小麦淀粉会使面条变硬、口感变差、易老化。
添加经湿热处理的淀粉不仅可以降低面条的消化率,而且可以改善面条的蒸煮品质和感官品质;而湿热处理小麦粉或小麦籽粒则可以在降低面条消化率的同时避免破坏面条品质。与不添加湿热处理改性淀粉的面条相比,含有改性淀粉的面条黄度和红度值更高,外观颜色更深[54]。尽管有不利的颜色变化,但湿热处理改性淀粉对面条的蒸煮品质和质构品质有积极的影响。其中蒸煮损失和复水性是评价面条蒸煮品质的两个重要因素,优质面条的蒸煮时间短,蒸煮过程中固体流失少。面条中水分不足通常会导致质地坚硬粗糙,而水分过多则会使面条太软、太黏。湿热处理淀粉的添加能够使面条蒸煮损失降低。另外,面条的质地和口感是决定消费者接受度的主要特征。湿热处理淀粉的添加能够使面条具有更强的抗拉伸能力和延伸性、更好的口感和更独特的风味。有研究表明,用发芽小麦粉替代小麦粉会损害传统小麦面条的硬度、弹性和抗拉伸强度,这是因为发芽过程中淀粉和蛋白质的水解产物在蒸煮过程中很容易浸出,且水分子容易浸透到面条基质中。然而,在相同替代水平下,经湿热处理后的发芽样品在不造成额外蒸煮损失的情况下显著缓解了这些质地参数的下降,这可归因于湿热处理对α-淀粉酶钝化和淀粉分子结构重排的复合作用[55]。对大米淀粉、玉米淀粉、苋菜淀粉和红薯淀粉湿热处理的研究中发现,将这些淀粉以不同比例与小麦粉复合制作面条,面条的蒸煮损失明显降低,抗拉伸强度和延伸性显著提高,面条不易断裂。其中大米淀粉复合面条的黏性变化不显著,而硬度明显增加,嚼劲低,这可能是湿热处理使凝聚力和弹性降低引起的[56];而添加经湿热处理改性的玉米淀粉使淀粉膨胀力、峰值黏度和崩解值增加,回生值下降,从而抑制回生,面条的柔软度得到提高[57];添加苋菜淀粉制得的面条口感和香气最好,这可能是由于在较高温度和较长时间处理过程中产生了风味物质[58]。最重要的是,湿热处理淀粉具有更高的抗性淀粉含量,能够在增强面条营养价值的同时降低其血糖指数,将添加量为10%湿热处理红薯淀粉与15%魔芋粉复合可生产出血糖指数适中的面条,血糖指数降低至73.29,可用作糖尿病患者的辅助食品[59]。
4.2 改性淀粉在面包中的应用
近年来,消费者对健康烘焙食品的需求一直在增长。因此,现已有许多关于营养面粉或淀粉部分或全部替代小麦粉的研究。其中,对于面包的生产,添加适量的湿热处理改性淀粉能够改善面包的比容、质地特性和感官品质。研究表明,将湿热处理的苔麸、栗子和鹰嘴豆粉与小麦粉复合,制作的面包在发酵和烘焙过程中,由于淀粉通过共价键与蛋白质脂质或游离脂质的结合,提高了面包的比容[60]。将湿热处理用于小麦[61]、高粱[62]和燕麦-小麦复合面粉[63],面包的体积显著增加,硬度显著降低。这主要归因于蛋白质中氨基酸的二硫键之间交联的增加,从而使面团具有更强的抗机械冲击能力和更大的面团体积。将湿热处理大麦粉代替40%的小麦粉所制作的面包,其面包屑具有更强的黏性和弹性[64],这种变化的趋势和程度与面团制作过程中的水分含量密切相关。研究表明,在55 ℃或65 ℃温度条件下湿热处理小麦粉,制作的面包体积增大;而当湿热处理温度达到95 ℃时,面包体积变小,形状不受消费者喜爱[61]。TIEN等[65]将柠檬酸和湿热两种方法结合处理的甘薯淀粉与小麦粉复合,制作的面包比容较低、面包屑硬度和黏性较高,这是因为稀释作用降低了复合面粉中的面筋含量,从而使面团的弹性和延展性减弱,导致面包体积变小。硬度增加是由于这些淀粉中溶解的直链淀粉和短链分子的量增加,在焙烤后容易回生。但其颜色、外观、质地、气味与添加和未添加20%甘薯淀粉制作的面包无显著差异。重要的是,添加20%柠檬酸和湿热处理改性的甘薯淀粉与小麦粉复合制作的面包中RS含量显著增加,明显降低了血糖指数,这种方法为提高面包营养价值提供了参考。
4.3 改性淀粉在饼干中的应用
饼干通常由精制小麦粉制成,含有大量的脂肪和糖,热量较高。饼干的烘烤品质取决于宽度、厚度、延展系数、体积和质地。质地是影响饼干食用品质的主要因素之一,硬度是饼干最重要的质地特性,适当降低硬度有利于提升饼干的品质。湿热处理可以有效地提高饼干的营养价值,而对面团的加工和饼干物理特性无负面影响。研究表明,在120 ℃条件下对黑豆粉进行湿热处理4 h后,将其与小麦粉复合制作饼干,饼干的厚度、密度和烘烤损失增加,延展系数降低。烘烤损失增加可能与面团微观结构有关,湿热处理混合粉面团出现了气孔,结构疏松,致密度降低,这些变化可能会导致烘烤过程中水分的流动和蒸发。湿热处理降低了饼干的硬度、脆性和黏性,对咀嚼性无显著性影响。总的来说,湿热处理改善了饼干的质地。另外,湿热处理显著改善了饼干的营养特性,降低了淀粉消化率,主要表现为混合粉饼干中RDS含量降低,SDS和RS含量增加[66]。香蕉粉的低膨胀性使其适合与小麦粉复合制作硬质饼干,但湿热处理香蕉粉的加入会对饼干的感官品质造成影响,表现为硬度降低、颜色变暗[67]。硬度可能与饼干中面筋与水分含量有关。颜色变化是因为焙烤过程中发生了美拉德或焦糖化反应,且这种现象会随着添加量的增加变得明显。但除了75%添加量外,这种变化并不会影响消费者对饼干质地的接受度。对甘薯淀粉进行湿热-有机酸复合处理能够提高其中慢消化淀粉的含量,再将改性后的甘薯淀粉添加至小麦粉中用于制作饼干。结果表明,添加量为15%时制得的饼干硬度最低,且饼干的外观、色泽、味道均有所改善[68]。另外,湿热处理有可能延长烘焙产品的保质期,在这一点上,CHUNG等[69]得出结论,加入湿热处理发芽糙米粉通过延缓饼干在贮存过程中的水分流失和硬化,大大提高了饼干的贮藏稳定性。
5 结论与展望
湿热处理可以改变淀粉的颗粒结构、结晶结构和分子结构。与天然淀粉相比,湿热处理改性后的淀粉颗粒尺寸变大,颗粒表面受到部分破坏;湿热处理对淀粉晶型和相对结晶度的影响因淀粉来源和湿热处理条件的不同而有很大差异;而湿热处理对淀粉分子结构的影响表现为淀粉分子质量降低,支链淀粉部分降解。经湿热处理后,淀粉结构上的变化影响了淀粉的溶胀、糊化、老化等理化特性,改善了淀粉基食品原料的加工性能,拓宽了其在食品加工中的应用范围。此外,湿热处理还可以显著提高淀粉中慢消化淀粉以及抗性淀粉的含量,可开发适合糖尿病患者的特医食品。但是,在未来研究中,仍有一些问题需要深入研究,可以将湿热处理参数中的处理压力、加热基质(油、蒸汽和烤箱等)和冷却程序等其他因素考虑在内;同时,继续深入研究湿热处理对植物淀粉品质的影响机理,更好地掌握湿热处理改性淀粉的分子机制,并与食品品质联系起来,以便为优化湿热处理工艺提供更充分的理论依据;另外,应开发和改进更多适用于产业化应用的湿热处理设备,使湿热处理能更广泛地应用于新型食品的开发,以满足现代健康饮食的需要。
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