加工工艺对淀粉分子结构及米制品品质影响研究进展

余以1,高德2*,张萍2

1(浙江大学 生物系统工程与食品科学学院,浙江 杭州,310058) 2(浙江大学宁波理工学院,浙江 宁波,315000)

摘 要 大米淀粉组分及加工工艺对米制品品质的影响已经被广泛研究,随着人们对淀粉结构研究的深入,从分子层面理解淀粉结构如分子链链长、支链数目、支链链长及分布等对米制品品质的影响,逐渐成为米制品研究的热点和新方向。该文综述了近年来国内外关于研磨和螺杆挤压2种加工工艺对淀粉分子结构和米制品品质的影响。总结了淀粉的分子结构在2种加工工艺下的变化规律及降解机理,以及淀粉分子结构变化对糊化性能、热性能、机械性能等的影响;论述了不同加工工艺对米制品的质构、感官评价等品质的影响,并从淀粉分子结构变化的角度进行了解释。该综述有助于理解加工工艺-分子结构-产品品质之间的关系,为米制品品质的提高提供一定的理论基础。

关键词 淀粉;分子结构;加工工艺;米制品;食品品质

水稻是世界上主要的粮食作物之一,以米饭为主食的人口占世界人口的一半左右[1]。大米除了蒸煮成米饭食用外,还可以制成形式多样的米制食品。国内常见的米制品有米线、米糕、年糕、糍粑、汤圆、粽子等。由于大米的低致敏性[2],它也是国外无麸质食品如米面包、米意面等的生产原料。

不同品种大米的烹饪和加工一直是谷物研究的重点。米制品的加工过程主要包括清洗、浸泡、磨粉、蒸煮、成型和冷却。不同加工工艺对米制品的硬度、黏性、弹性等感官特性有显著影响。但目前从分子结构层面研究加工对米及米制品品质的影响较少。了解淀粉结构与大米感官特性之间的关系,理解加工对大米中各种组分结构的改变以及相互作用,对满足消费者不同感官偏好的需求具有重要价值。因此本文主要综述了大米及米制品加工工艺对淀粉结构、米制品品质的影响,即建立加工工艺-分子结构-感官特性之间的关系,为改变米及米制品的感官特性提供理论基础。

1 淀粉的多尺度结构

淀粉是大米的主要成分(>80%,干重),也是决定米及米制品品质的重要因素。淀粉结构至少可以分为5个水平[3]。线性长支链为淀粉结构的一级水平。由α-(1→6)糖苷键链接支链与主链形成的淀粉大分子链为二级水平,包括直链淀粉大分子及支链淀粉大分子;直链淀粉(amylose, AM)大多是线性大分子,支链淀粉(amylopectin, AP)则高度支化。AP的长支链在分子外部形成双螺旋结构,构成结晶片层,支化点及主链在内部形成非晶区;交替的结晶与非晶片层形成淀粉结构的三级水平。结晶与非晶交替形成的半结晶增长环为淀粉结构的四级水平。淀粉颗粒为淀粉结构的五级水平。AM呈无定形或单螺旋构象,分布在AP中。不同来源的淀粉具有不同的直链淀粉含量、分子量分布以及链结构,这都可能影响它们的热性能、糊化过程和其他性质[4-5]

目前用于分析淀粉分子结构的技术主要有荧光辅助碳水化合物电泳(fluorophore-assisted carbohydrate electrophoresis, FACE),尺寸排阻色谱(size exclusion chromatography, SEC)和高效离子交换色谱等。FACE是确定AP链长分布(chain length distribution, CLD)的最佳方法,但无法定量检测高聚合度(degree of polymerization, DP)(>180)的链。因此,FACE仅提供有关AP支链和最短AM链的信息。SEC采用Mark-Houwink方程建立了分子尺寸与DP的关系,可用于AM结构的测量,但存在谱带增宽,校准等问题。

对于样品处理,完全溶解而不降解,并除去非淀粉组分是精确表征淀粉分子结构的基础。常用的研磨方法(干磨和湿磨)会破坏淀粉结构。SYAHARIZA等[6]提出了1种测量大米淀粉分子结构的新方法,即稻米在低温研磨后,在DMSO/LiBr中溶解提取淀粉,通过SEC得到淀粉分子尺寸分布。得到的淀粉经脱支处理后还可以测定AP的CLD。这种方法能最大限度地减少提取和溶解步骤中淀粉损失和降解的假象,更准确地分析谷物样品中的淀粉结构,为解释结构与性质关系提供了更好的技术手段。

2 淀粉的分子结构对米饭品质的影响

理解淀粉分子结构对品质影响是研究淀粉加工的基础。米饭由大米蒸煮后制得并直接食用,因此米饭是研究大米淀粉结构-性质关系最直接的研究对象。目前米饭品质主要从质构和消化品质进行表征。

硬度和黏性是米饭质构最重要的2个参数。高直链淀粉含量大米烹饪的米饭通常具有更硬且不黏的质地,但有研究发现具有相似直链淀粉含量的大米也会呈现不同的质地特点。LI等[7]对比了18种大米的直链淀粉含量和AP的CLD发现,直链淀粉含量越高,AP中长支链(DP为70~100)数量越多的大米,在烹饪过程中有更硬且不黏稠的性质。除了AP的CLD,AM的结构对米饭品质也有显著影响。LI等[8]发现当淀粉具有相似的直链淀粉含量时,AM的分子尺寸与硬度呈负相关,DP在100~2 000的AM链数量与硬度呈正相关,尤其是当DP在1 000~2 000的AM链数量越多时,烹饪的米饭具有更硬的质地。但这些参数与黏性之间没有显著相关性。

学者将淀粉结构对米饭质构影响的机理归因为大米在烹饪过程中淀粉的较长链限制或减缓了谷物的膨胀。同时具有较小AM分子尺寸和较高比例AM短链的大米可能在烹饪过程中与AP缠结或共结晶,限制了淀粉的膨胀从而导致了较硬的质地。有限的膨胀可能进一步影响淀粉的浸出,导致米饭表面的浸出物含有更少的AP,且浸出的AP分子尺寸更小,链长更短,使米粒间的黏性降低[9]。这一机理可以解释不同烹饪方法对米饭质地的影响。LI等[10]研究了普通蒸煮米饭和高压蒸煮米饭的质地区别。通过对比米粒和表面浸出物的淀粉分子结构,发现2种烹饪方法均不会影响米粒表面浸出淀粉的分子结构。但是高压蒸煮增加了米饭表面浸出的AP含量,导致米饭在全质构测试中具有更高的黏性。而日常洗米的过程造成的表面淀粉损失不会对米饭的质地产生显著影响[11]

不同大米的性质差异也反映在糊化特性上。一般认为具有较低直链淀粉含量的淀粉在快速黏度分析谱(rapid visco analyzer, RVA)中具有更高的峰值黏度(peak viscosity, PV)和谷值黏度(trough viscosity, TV)。同样,单独使用直链淀粉含量不足以解释糊化特性的情况。因为具有相似或低直链淀粉含量的淀粉,可能有截然不同的RVA。TAO等[12]发现,对于AP,分子尺寸越大,PV和TV越低;对于AM,长链含量越多,PV和TV越低。推测具有更大分子尺寸的AP之间更容易相互缠结,而更多长链AM涉及更多的簇,能与更多的AP结合。这些结构有助于保持淀粉颗粒完整,限制淀粉膨胀,降低保水和颗粒溶胀能力,最终降低PV和TV。说明淀粉的分子尺寸和CLD影响或决定了淀粉的糊化性质。

消化性也是米饭的重要品质之一。一般含有更高缓慢消化淀粉(slowly digestible starch, SDS)的大米,可以使餐后血糖水平和持续血糖水平缓慢升高,更有利于身心健康。早期研究认为较高直链淀粉含量的大米具有更慢的水解速率[13],但近期发现不一致的报道。例如,KAUR等[14]发现4种直链淀粉含量范围较窄(30.6%~33.9%)的扁豆淀粉样品的快速消化淀粉(rapid degsted starch, RDS)与直链淀粉含量呈正相关。而ZHU等[15]发现四种直链淀粉含量为1.7%~55%的水稻样品的RDS与直链淀粉含量几乎没有相关性。通过对淀粉分子结构进一步研究,学者发现淀粉的消化性同样需要考虑AP精细结构。BENMOUSSA等[16]分析了12种水稻的AP结构,发现快速消化淀粉(RDS)含量与AP支链中的fa链(DP 6~12)比例呈正相关,与fb1链(DP 13~24)的比例呈负相关。相反,SDS和抗性淀粉(resistant starch, RS)含量与fa链的比例呈负相关,与fb1链的比例呈正相关。YOU等[17]也发现较低比例的fb3 (DP≥37)和较高比例的fa链有助于提高RDS含量。而KONG等[18]发现RDS与AP总的短链含量呈正相关,但没有观察到AP的各个链长分布(fa、fb1、fb2、fb3)与RDS之间有显著相关性。可能需要进一步考虑直链淀粉含量和AP分子结构之间的协同影响,并进行大量样本验证。ALHAMBRA等[1]通过监测淀粉消化过程中结构的变化,发现长链AM有助于降低消化率,并在新鲜米饭中优先被消化。但是通过一定时间的老化,这些长链AM参与形成了更稳定的双螺旋和更强的微晶结构,变得更耐消化,导致水解酶优先消化DP为6~36的AP短支链。

综上,进一步深入研究淀粉分子结构与米饭质构和营养等食用品质的关系,有助于建立淀粉分子结构-米饭品质的影响关系,对水稻育种和开发市场需求的稻米也十分重要。

3 研磨对淀粉结构及米制品品质的影响

3.1 研磨对淀粉结构和性质的影响

谷物研磨成粉符合工业化生产要求,是谷物加工的重要环节。研磨,按加水量的不同可分为干磨、半干磨和湿磨;按方式可分为锤磨、球磨、低温磨等。不同磨粉方式、程度得到的米粉性质有很大差异[19]。关于研磨对淀粉性质的影响已经有大量报道。张玉荣等[20]综述了谷物磨粉工艺对淀粉的特性影响,指出研磨造成的米粉粒径及受损淀粉含量均会影响淀粉的膨润性和糊化行为,进而影响产品的质地、流变性质等。

目前关于研磨对大米淀粉分子结构影响的报道较少。TRAN等[21]从粒径,受损淀粉,淀粉分子尺寸和分子支化结构4个水平描述了锤磨和低温研磨对米粉结构的影响,发现锤磨对淀粉颗粒和淀粉结构都造成了更大的破坏。其中,从SEC得到的支化淀粉分子的尺寸分布中可以清楚地观察到AP的降解,而脱支后淀粉的尺寸分布没有显著差异。说明锤磨造成的AP降解可能发生在无定形区的α-(1→6)糖苷键上,也可能由于断裂的支链数量远低于总链数量。同时,在脱支后淀粉的尺寸分布中发现锤磨米粉DP>10 000的AM长链减少,说明锤磨过程中AM也发生了降解。这与先前关于球磨处理小麦淀粉的报道一致,即研磨过程更容易切割较长的分枝[22]。低温研磨后淀粉的降解情况并不明显,可能是低温增加了大米的脆性,从而在研磨过程中增加断裂的可能,减少了破坏谷物和减小粒度所需要的能量,使由机械力引起的降解比在环境温度下的降解少。但低温研磨对淀粉结构破坏仍可以观察到。DHITAL等[23]报道了玉米淀粉和马铃薯在低温研磨后,支化淀粉分子的尺寸分布发生了相对较小但显著的变化。具有较高AP含量的淀粉发生了更多AP的降解,且从脱支淀粉的尺寸分布变化中推测,AP的降解发生在分子内部的较长支链上,而AM的长支链在研磨前后具有相似的尺寸分布,说明AM的支链仅发生有限降解。

研磨后,米粉的糊化性质发生了变化,但其受分子结构的降解影响较小。HASJIM等[24]分析了锤磨和低温研磨米粉在差示扫描量热分析(differential scanning calorimetry, DSC)和RVA中的糊化性质差异。研究发现锤磨后的米粉糊化焓(ΔH)与3种水平的淀粉结构(除2级)间存在显著相关性。这是由于ΔH是天然淀粉颗粒中的晶体结构转化为无定形结构所需的能量,而研磨过程引起了淀粉晶体结构的降解。米粉的DSC中峰值温度和最终温度与米粉粒度呈显著正相关,与淀粉分子结构变化无关。DHITAL等[23]发现相似的结果,推测糊化性质可能与分子的结构特征(如AP簇)有关。在RVA中,发现最终黏度与淀粉损伤显著相关,而与分子结构变化无关。另一方面,HASJIM等[25]还对比了2种米粉的溶解度和膨胀性差异。研究发现淀粉的冷水和热水溶解度与淀粉损伤显著相关,而与米粉的粒径和分子结构的变化无关。说明溶解度改变的机制可能是淀粉损伤的增加造成淀粉颗粒内部暴露,从而允许更多的淀粉分子浸出。此外,米粉的冷水膨胀也与淀粉损伤密切相关,可能是由于受损淀粉颗粒的快速水化导致。

此外,研磨也是一种绿色的淀粉改性手段,并可以通过模型预测生产不同粒径的淀粉所需要的能量。GONZLEZ等[26]报道了通过计算球磨的研磨能量改善大米淀粉物理化学性质的潜力。研磨能量对粒径减小的影响可以通过广义Holmes模型预测。随着研磨能量的增加,粒径、结晶度和ΔH降低。

因此,不同来源的淀粉分子在不同研磨方法下存在不同的降解机理,这与后文中挤压淀粉的分子降解情况相似。而研磨虽然造成了淀粉分子结构的差异,但是米粉粒度和淀粉损伤对糊化性质的影响更大。

3.2 研磨对米制品品质的影响

研磨对米制品品质的研究主要集中于米粉粒度分布和淀粉损伤的影响。KIM等[27]研究了4种不同粒径的米粉制作的米蛋糕品质。研究发现用较小粒径的米粉制备的蛋糕硬度更低,弹性和内聚性更高,同时蛋糕内部形成的气泡尺寸更小、更均匀。对于米面包而言,大粒径的粗米粉制得的米面包具有更好的比容,因为小颗粒淀粉形成弱的面团结构,可能无法保留发酵过程中释放的气体,从而得到的米面包体积较小。基于人们对米面包松软,并带有一定弹性的感官需求,较大粒径的粗米粉(132~200 μm)更适合米面包的开发[28]。除了粒径,淀粉损伤也显著影响米面包、米面条、米发糕[29]等的品质。WU等[30]采用湿磨、旋风研磨和超细研磨得到了3种米粉,并制成了米面包。研究发现由高淀粉损伤的米粉制作的面包具有更低的比容和更高的硬度。高淀粉损伤的米面包内部还观察到不均匀的气孔且内部孔的数量和尺寸更小。因此,具有低淀粉损伤和较高淀粉颗粒完整性的湿磨米粉更适合制作米面包。TONG等[31]将湿磨、干磨和半干磨法得到的3种米粉制成了米线。研究发现干磨米粉具有最高的淀粉损伤。与湿磨相比,干磨米粉制作的米线在硬度、咀嚼性和回弹性上都显著降低,且蒸煮损失严重。

已知淀粉粒度和淀粉损伤显著影响淀粉糊化性质,对米面包、米蛋糕等品质有决定性的影响,而研磨导致的分子结构的变化对食品品质的影响不明确。研磨造成了淀粉分子不同程度的降解,但这种降解对米粉的溶解性、糊化性质等影响并不显著。此外,研磨造成的淀粉分子结构变化,可能影响米制品的老化,吕哲娟[32]发现经发酵后的大米制得的年糕具有相对迟缓的老化,但目前还鲜有相关研究证实研磨造成的淀粉分子结构的变化对米制品老化的影响。

4 螺杆挤压对淀粉结构及米制品品质的影响

挤压包含了混合、加热、捏合、剪切、成型等一系列复杂的操作。它作为一种多功能的加工技术,既可以应用于淀粉、蛋白改性,也可直接用于谷物早餐、米粉、面条、挤压米等食品的生产。通过控制挤出条件,螺杆挤压技术可以生产特定需求的谷物产品,使其在全世界范围都有广泛的应用。

4.1 螺杆挤压对淀粉结构和性质的影响

天然淀粉具有一些限制,如在一些情况下糊化后水溶性低和回生[33]。为了克服这些缺点,对淀粉进行物理、化学或酶促修饰是必需的[34]。挤压是一种常用的淀粉改性手段。通过挤压,可对湿润的可膨胀淀粉进行物理改性,得到预胶化淀粉。预胶化淀粉是一种具有冷水膨胀能力和理想的糊化性质的物理改性淀粉[35]。许多文献报道了改性淀粉在挤出过程中精细结构被破坏。

LIU等[36] 较早以玉米淀粉为例详细解释了淀粉经双螺杆挤出机加工后的降解机理。后续研究证明该降解机理适用于大米淀粉等多种淀粉的降解。研究发现与研磨过程相似,经螺杆挤出后淀粉的AP发生明显的降解。在挤出过程中,尺寸更大的支链分子优先被切割,更高支化密度和短支链的AP由于具有更低的韧性而有更高的剪切降解敏感性。淀粉分子的断裂点优先发生在靠近主链的位置(分子中心位置)的分支点处(α-(1→6)糖苷键)。随着降解进行,分子尺寸分布范围不断变窄,直到收敛至最大稳定尺寸。这种最大稳定尺寸可能受到直链淀粉含量影响,较高直链淀粉含量的淀粉具有较小的最大稳定尺寸,AM的一些较长链将优先断裂,但各个分支不会发生强烈的剪切断裂。

不同植物来源淀粉的结构差异决定了淀粉不同的降解结果。ROMN等[37]对比了挤压后玉米、小麦和大米淀粉的降解和凝胶强度变化情况。所有样品的AP分子尺寸均发生明显减小,且初始分子尺寸更大的小麦淀粉降解更明显。同时仅在小麦和玉米淀粉中观察到AM的分子尺寸发生了较小但显著地降低。AM的降解导致AM-AM相互作用减少,虽然AP挤出后具有较小尺寸,分子间的相互作用增加,但这种增加会被AM-AM间相互作用的减弱而削弱或掩盖,在宏观上导致淀粉凝胶结构强度的降低。大米淀粉的AM几乎没有发生显著降解,但凝胶强度仍降低。可能是大米淀粉中AP发生了更大程度降解,以至于能与AM共洗脱,这导致分子间相互作用降低。同时大米淀粉AP的长支链含量相对较低,回生能力较弱。挤压后3种淀粉凝胶在储存过程中硬化速率降低,说明淀粉回生有效减缓。

LIU等[38]研究了相同结构,不同水分含量(30%~70%)的大米淀粉经挤压蒸煮后的降解和糊化性质。与天然淀粉相比,高水分含量的大米淀粉中AP的降解程度更大。挤压后AP链长分布没有显著差异,说明分子降解主要发生在分支点附近。不同淀粉的糊化性质也存在显著性差异。随着水分含量的增加,PV和TV均降低。推测因为在高水分下改性后的淀粉具有更高糊化度,使淀粉具有更低的溶胀;而更小分子尺寸能促进相互作用和网络形成,从而导致更低的黏度。所有样品的回生值显著降低,可能是因为降解的分子阻碍AM重排,从而延缓回生。进一步研究发现[39],经挤压蒸煮处理后的淀粉虽然短期回生受到了抑制,但长期回生加速。当淀粉降解越多,短期回生的程度越小,长期回生越多。降解的AP在短期降低了凝胶水分流动性,延缓了更具弹性的三维凝胶网络的形成,有效抑制淀粉凝胶回生。而较小尺寸AP具有较小的空间位阻,这有助于AP链的重新结合形成双螺旋和微晶,加速长期回生。根据这一性质,通过挤压蒸煮技术得到的预糊化改性淀粉不仅可以添加到方便米饭、米粉或米糕中,使得食品在烹饪后的几个小时仍保持较好的口感,还可以用于制备具有缓慢消化特点的淀粉类食品。

淀粉在挤压过程中受到机械能与热能的共同作用。LI等[3]指出机械能在降低淀粉分子大小和淀粉结晶度方面起主导作用;剪切中的热能可能使淀粉凝胶化,一定程度上导致淀粉结晶和颗粒结构的损失,但在分子水平上不会显著改变淀粉结构。

总的来说,淀粉在挤出过程中具有相似的降解机理。即更大分子尺寸的AP首先被降解,而AM发生少量的降解或几乎不降解。切割的位置多发生在主链的分支点,这与锤磨不同,但最终淀粉尺寸都会达到一个稳定的水平。不同来源的淀粉在直链淀粉含量和AP的支化结构上有较大区别,使淀粉在相似降解机理下有不同的降解程度。淀粉自身的结构特点和相应程度的降解造成挤压后淀粉的不同性质特点,如分子间连接区的密度和稳定性影响了淀粉凝胶网络结构的机械性质和糊化性质。理解这种变化机理,有助于进一步改善含淀粉食品的物理和感官品质。

4.2 螺杆挤压对米制品品质的影响

螺杆挤压工艺可以应用于许多谷物食品的开发,本节将主要介绍使用螺杆挤压技术生产的米制无麸质意面、挤压米、米线等非膨化米制品的研究进展。

螺杆挤压涉及挤压温度、螺杆转速等许多参数设置。通过调整这些参数,可以得到较好感官得分的米制品。已有众多文献对米意面、米线[40]、重组米[41]等米制品的最佳挤压条件进行了报道,并详细分析了这些条件的改变对米制品质地的影响。WANG等[42]报道了挤压温度和螺杆转速对糙米意面品质的影响。研究指出温度和转速的增加,提高了淀粉网络的稳定性,增加了硬度和黏性,降低了蒸煮损失和吸水率。通常大量的小孔和裂缝可以增加烹饪过程中的吸水,说明更大程度地挤压会使面食的结构更加紧密[43]。同时较好的蒸煮品质也可能归因于新结构的形成,例如回生AM,直链淀粉-脂质复合物[44]等。这些结构有利于面食产品的稳定性,限制淀粉的溶解和水合作用的发生[45]。更高硬度和黏性的淀粉,可能由于较强的挤压作用增加了淀粉糊化程度,促进了新结构的形成,从而限制了烹饪过程中淀粉的膨胀。这与淀粉精细结构对米饭质地的影响有相似的原理。

MARTI等[46]对比了常规挤压与挤压蒸煮生产的2种米意面在热力学性质上的差异。DSC数据显示挤压蒸煮后的意面具有更高的糊化温度和较小的ΔH。较高的糊化温度使得产品在加热期间更稳定,面食中的强网络解释了较低的蒸煮损失;ΔH表明挤压蒸煮意面的结晶度低于常规挤压,说明了淀粉网络存在差异。在消化性上,挤压蒸煮面食对应了更高的抗性淀粉含量。李源[47]通过使用红外光谱和x射线衍射2种手段对各个加工阶段的米线结构进行了分析,结果发现包含磨浆和挤压在内的一系列加工过程中,米粉丝没有形成明显的新化学键或基团,原有的基团也没有消失。

目前直接从淀粉分子结构解释食品品质变化的研究较少。BARBIROLI等[48]对比了常规挤压与挤压蒸煮生产的2种米意面在α-淀粉酶和AP酶下的水解情况,进一步提供了淀粉分子结构的差异信息。经α-淀粉酶处理后的挤压蒸煮意面释放的葡萄糖量比普通挤压更低。有许多研究报道了直链淀粉-脂质复合物形成,淀粉-蛋白相互作用等对淀粉水解速率的影响[49]。淀粉在加工过程中的其他结构变化,包括结晶区的变化,可能导致淀粉在冷却重结晶中形成新的结晶网络,并影响酶的敏感性。通过AP酶处理的挤压蒸煮意面释放了更低的可溶性物质,说明不同加工方式导致了AP结构差异,可能潜在影响了面食的品质。除了淀粉结构的差异,2种面食在可溶性蛋白质的量和SH基团的量也有显著差异。淀粉加工过程中的糊化回生过程可能导致蛋白陷入淀粉结构中[50],暗示了样品中淀粉的结构差异。从SH基团的数量看,挤压蒸煮面食较普通面食的含量更低,说明挤压蒸煮对蛋白质结构重排的影响比常规挤出更为显着。

CHANVRIER等[51]研究了不同挤压条件下,大米的淀粉结构和蛋白结构的变化。研究指出挤出米的AP几乎降解至相对稳定的尺寸,在较高水分含量下挤出米粒的AP更少发生降解,且形成更多的蛋白聚集体。这种淀粉-蛋白形态的改变可能限制了挤出米的膨胀,使其具有更硬的质地。虽然淀粉是大米最主要的成分,但米制品成品中淀粉经降解后的分子尺寸分布的变化范围窄,单一的从淀粉分子结构的变化解释米制品品质的变化较为困难。同时米制品中的其他组分如蛋白作为分散相在加工中的分子量变化范围更宽,其在连续淀粉相中的分配情况更有利于解释挤压米的质地,例如细密和均匀的淀粉-蛋白形态增加了淀粉和蛋白质之间的相互作用且能降低脆性。此外脂质在挤出蒸煮中充当增塑剂或乳化剂并为挤出物提供合适的质地和黏性。直链淀粉-脂质复合物形成也极大影响了挤出产品的结构和质地[52]。LARROSA等[53]通过调整水分和添加鸡蛋蛋白的方式得到了更高品质的米意面。许多研究也集中于开发添加生物功能组分的具有更高食品品质和更好高营养价值的米制品。因此,还需要更多的研究阐明加工过程中食品多种成分相互作用对品质影响的机理。

基于上述研究,可以证实通过挤压蒸煮生产的米制品,淀粉和蛋白的结构都发生了改变,但是这种改变对食品品质的影响和关联还没有明确的结论。

5 总结与展望

本文从淀粉分子结构的角度,综述了淀粉结构对米饭黏性、硬度及淀粉糊化等性能的影响,研磨和挤压这2种常用加工工艺对米及米制品品质的影响。发现淀粉的精细结构强烈影响米饭的质地和营养特性。研磨和挤压均会破坏淀粉的分子结构,造成AP和AM的降解。这种降解一定程度改变了淀粉的糊化性质和凝胶强度。从宏观上看,经过湿磨、低温研磨等方法得到的淀粉具有较低淀粉损伤,制得的米制品有更高的感官得分。经过挤压蒸煮后得到的米制品有更低的蒸煮损失,更好的硬度和黏度等感官指标。综上可知,从分子层面解释烹饪方法、加工方式对食品品质的影响,为提高食品品质提供了新的理论基础。在以后的研究中,需进一步理解加工过程中淀粉、蛋白质等不同分子之间结构的变化及相互作用,建立加工工艺、分子结构及食品品质之间的关系,为改良食品加工工艺,也为后续开发各类具有功能性成分的新型米制品提供理论支持。

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Research progress on the effects of processing technology on starch molecular structure and rice product quality

YU Yi1, GAO De2*, ZHANG Ping2

1(School of Biosystems Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China) 2(Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo 315100, China)

ABSTRACT The effects of the starch components and processing technology on rice products quality have been extensively explored currently. As research on starch structure develops, understanding the effects of starch structure such as starch chain length, number of branches and amylopectin chain length distribution on rice products quality at the molecular level has gradually become a hot topic and new direction for rice products research. In this paper, the effects of grinding and screw extrusion on the starch molecular structure and rice products quality in recent years were reviewed. The variations and degradation mechanism of the starch molecular structure under two processing techniques, as well as the effects of starch molecular structure variations on pasting properties, thermal properties and mechanical properties were summarized. The influences of processing on the texture and sensory evaluation of rice products under different processing conditions were discussed and explained from the perspective of changes in the molecular structure. The work helps to understand the relationship among processing technology, molecular structure and product quality, thus provides a theoretical basis for the improvement of rice products quality.

Key words starch; molecular structure; processing technology; rice products; food quality

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.021243

第一作者:硕士研究生(高德教授为通讯作者,E-mail:gaode63@163.com)。

基金项目:浙江省自然科学基金(LY16A020004)

收稿日期:2019-05-30,改回日期:2019-08-09