淺談糯米淀粉的性狀及應(yīng)用

李溫靜，尹玉云

1. 無(wú)錫中糧工程科技有限公司 (無(wú)錫 214035) 2. 河南省口岸食品檢驗(yàn)檢測(cè)所 (鄭州 450003)

淺談糯米淀粉的性狀及應(yīng)用

李溫靜1，尹玉云2

1. 無(wú)錫中糧工程科技有限公司 (無(wú)錫 214035) 2. 河南省口岸食品檢驗(yàn)檢測(cè)所 (鄭州 450003)

簡(jiǎn)述了糯米淀粉的提取方法，然后就其顆粒度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)等基本特點(diǎn)和某些理化性質(zhì)，與其它主要的淀粉品種進(jìn)行了簡(jiǎn)單對(duì)比，最后對(duì)糯米淀粉的應(yīng)用及發(fā)展作了簡(jiǎn)單介紹。

糯米淀粉;支鏈淀粉;直鏈淀粉

糯米中含有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類(lèi)、鈣、磷、鐵、維生素B1、維生素B2、煙酸及淀粉等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。其中，淀粉和蛋白質(zhì)的含量較高，分別約為80%和8%，二者可以通過(guò)多種方法進(jìn)行分離，從而從中提取糯米淀粉。糯米加工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的碎米約占稻谷的15%，若直接銷(xiāo)售，價(jià)格勢(shì)必比普通糯米價(jià)格低很多，而且碎糯米的粒度越小, 其價(jià)格就越低，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，可以將從糯米生產(chǎn)線(xiàn)分離的碎米集中收集起來(lái)作為制備糯米淀粉的主要原料，從而為企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 糯米淀粉的提取

長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員通過(guò)堿溶解法、表面活性劑法、酶法、超聲波法、高壓均質(zhì)法等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究提取糯米淀粉最經(jīng)濟(jì)有效的方法，這些方法各有利弊，具體分析詳見(jiàn)表1。

由表1可以看出，提純糯米淀粉的方法各有利弊。如果僅在實(shí)驗(yàn)室提取糯米淀粉用做研究，提取方法沒(méi)有過(guò)多的限制，其中，最經(jīng)濟(jì)有效的方法為堿溶解法，因?yàn)榕疵字兴苄砸约皦A溶性蛋白所占的比例最高，無(wú)法分離出的粗蛋白比例較低，約為0.12%，不足以對(duì)糯米淀粉的性質(zhì)帶來(lái)很大影響；如果用于工業(yè)化批量生產(chǎn)，則更適合采用兩種或兩種以上提取方法相結(jié)合的方式進(jìn)行生產(chǎn)，例如，將酶解法與超聲波法結(jié)合起來(lái)提取糯米淀粉，在超聲波作用下，淀粉和蛋白質(zhì)的結(jié)合不再緊密，有利于加快酶解反應(yīng)速度，提高生產(chǎn)效率；同時(shí)，在酶的作用下，淀粉周?chē)牡鞍踪|(zhì)發(fā)生溶解或者松動(dòng)，有利于降低超聲波的處理時(shí)間，從而降低能耗。此外，汝醫(yī)[1-3]等通過(guò)正交試驗(yàn)，在弱堿條件下對(duì)糯米進(jìn)行酶解制備糯米淀粉，不僅生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品性能都比單一提取方式要好，而且既能減少堿液對(duì)淀粉顆粒的破壞，又能減少酶的使用量以及與底物的反應(yīng)時(shí)間，從而降低生產(chǎn)成本。由此可見(jiàn)，從取長(zhǎng)補(bǔ)短的角度出發(fā)，將兩種或者兩種以上的提取方法結(jié)合起來(lái)，可使糯米淀粉生產(chǎn)企業(yè)的利益實(shí)現(xiàn)最大化。

表1 糯米淀粉的提取方法

2 糯米淀粉的特性

2.1 基本特點(diǎn)

2.1.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)

我國(guó)主要的淀粉品種有玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、小麥淀粉和大米淀粉等，糯米淀粉是大米淀粉的一種。這幾種淀粉均由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，其中支鏈淀粉是通過(guò)D-葡萄糖聚合而成的具有分支結(jié)構(gòu)的多糖，葡萄糖分子之間以α-1,4-糖苷鍵相連形成主鏈，大約每隔11～12個(gè)葡萄糖殘基就會(huì)有一個(gè)以α-1,6-糖苷鍵形成的分支，平均每個(gè)分支由約20～30個(gè)葡萄糖殘基組成[4]；直鏈淀粉是D-葡萄糖分子之間以α-1,4-糖苷鍵聚合而成。支鏈淀粉和直鏈淀粉由于分子內(nèi)的氫鍵作用均可以形成螺旋構(gòu)象的空間結(jié)構(gòu)。與眾不同的是，糯米淀粉的顆粒度相對(duì)較小且支鏈淀粉和直鏈淀粉的含量最為懸殊(表2)。

2.1.2 晶體結(jié)構(gòu)

1912年勞埃等根據(jù)理論預(yù)見(jiàn)，并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了X射線(xiàn)與晶體相遇時(shí)能發(fā)生衍射現(xiàn)象，基本原理為：具有定型的結(jié)晶性物質(zhì)在一定波長(zhǎng)的X射線(xiàn)的照射下，其內(nèi)部規(guī)則排列的原子或離子會(huì)發(fā)生散射，散射的X射線(xiàn)在某些方向上相位得到加強(qiáng)，從而顯示與結(jié)晶結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的特有的衍射現(xiàn)象。

淀粉是由結(jié)晶區(qū)、無(wú)定形區(qū)和亞微晶結(jié)構(gòu)等組成的多晶體系，不同來(lái)源的淀粉其晶體結(jié)構(gòu)不盡相同，根據(jù)X衍射圖譜可以分為A、B、C三種晶型[5]。淀粉的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)其性質(zhì)有一定的影響，例如，A型晶體易糊化，在體外可以完全消化，在人體小腸內(nèi)會(huì)有一部分不消化，B型晶體難糊化，而且在加熱條件下也難以消化，C型晶體對(duì)淀粉性質(zhì)的影響程度介于A(yíng)型、B型之間[6]。糯米淀粉、大米淀粉等谷類(lèi)淀粉屬于易糊化的A型晶體(表2)。

表2 主要淀粉品種的基本特點(diǎn)對(duì)比[7-8]

2.2 消化特性

淀粉在人體的消化過(guò)程可以概括見(jiàn)圖1[9]。

由于淀粉在口腔中停留的時(shí)間比較短，只有一部分被水解為麥芽糖和糊精，后序的反應(yīng)主要在小腸中進(jìn)行，根據(jù)上文可知，參與淀粉在體內(nèi)消化的酶主要有唾液淀粉酶、胰淀粉酶、麥芽糖酶、異麥芽糖酶和葡萄糖淀粉酶，這幾種酶的功能不盡相同，詳見(jiàn)表3。

圖1 淀粉在人體的消化過(guò)程示意

表3 不同淀粉酶的功能比較[6,9]

由表3可知，人體消化道中催化α-1,4-糖苷鍵的酶的種類(lèi)相對(duì)較多，而催化α-1,6-糖苷鍵的酶種類(lèi)偏少且催化速度比較慢，因此，淀粉中含有α-1,6-糖苷鍵的支鏈淀粉的比例越高，在人體內(nèi)的消化速度越慢。結(jié)合表2可知，糯米淀粉與其他品種的淀粉相比，消化速度相對(duì)較慢，且比B型晶體結(jié)構(gòu)的馬鈴薯淀粉和木薯淀粉的消化程度高，更適合做緩慢消化淀粉。

2.3 糊化特性

淀粉的糊化是指淀粉—水體系在加熱條件下，淀粉分子間以及分子內(nèi)部氫鍵逐漸斷裂繼而與水分子重新形成氫鍵，使得淀粉分子逐漸與水分子結(jié)合，淀粉粒體積增大，分子結(jié)構(gòu)無(wú)序性增強(qiáng)，最終分散成糊狀，形成半透明粘稠體系的過(guò)程[7]。

淀粉分子中的氫鍵具有方向性，當(dāng)分子間或者分子內(nèi)部的—OH與含有孤對(duì)電子的O原子形成—OH…O形式的氫鍵時(shí)，這3個(gè)原子的空間排布越接近直線(xiàn)，形成的氫鍵就越強(qiáng)。淀粉中直鏈淀粉分子結(jié)構(gòu)相對(duì)規(guī)整，便于—OH…O三原子排列接近于直線(xiàn)，而支鏈淀粉因其自身不規(guī)則的分支結(jié)構(gòu)，不利于—OH…O三原子排列接近直線(xiàn)，分子間的氫鍵弱于直鏈淀粉。

淀粉在糊化的過(guò)程中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸解體，由于支鏈淀粉分子間的作用力小于直鏈淀粉，水分子容易進(jìn)入其中形成黏度大的膠體，而在相同條件下，直鏈淀粉分子間的氫鍵則不易被拆散。因此，淀粉中支鏈淀粉的含量越高，越容易被糊化，且糊化后形成的膠體黏度相對(duì)較高。

此外，淀粉中脂類(lèi)的含量對(duì)淀粉的糊化也有一定的影響，由于脂類(lèi)易與淀粉中的直鏈淀粉結(jié)合形成不易分解的絡(luò)合物，導(dǎo)致水分子與淀粉分子的結(jié)合程度降低，延緩淀粉顆粒的溶脹，從而降低糊化程度[8]。因此，淀粉中脂類(lèi)物質(zhì)的含量越高，越不容易糊化。

由此可見(jiàn)，除了上文提到的晶體類(lèi)型對(duì)淀粉的糊化有影響外，淀粉中脂類(lèi)和支鏈淀粉的含量對(duì)淀粉的糊化也有一定的影響，糯米淀粉作為具有A型晶體結(jié)構(gòu)的高支鏈淀粉，比其他品種的淀粉更易糊化，并且，糯米淀粉中的脂類(lèi)含量相對(duì)較低，對(duì)糊化的抑制作用相對(duì)較弱。由表4可以看出，糯米淀粉開(kāi)始糊化的溫度與完全糊化時(shí)的溫度均比較低，且糊化后的黏度是玉米淀粉、小麥淀粉等常見(jiàn)谷類(lèi)淀粉中最高的。馬鈴薯淀粉雖然支鏈淀粉含量比糯米淀粉低，糊化溫度比糯米淀粉略高，但其顆粒度比較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為松散，在糊化過(guò)程中更易與水分子結(jié)合形成黏度很高的淀粉糊。

表4 主要淀粉品種糊化特性的比較[7-8]

2.4 老化特性

糊化后的淀粉放置一段時(shí)間后，隨著溫度逐漸降低，淀粉分子又自動(dòng)有序排列，分子間氫鍵重新形成，最終形成致密且高度晶化的淀粉分子微末的過(guò)程稱(chēng)為淀粉的老化[7]。在此過(guò)程中，淀粉糊逐漸渾濁、變硬、黏度降低、產(chǎn)生沉淀，例如，面包放置一段時(shí)間后發(fā)變硬、口感變差就是淀粉老化的緣故。

影響淀粉老化的內(nèi)因主要為支鏈淀粉和直鏈淀粉的比例。加熱過(guò)的直鏈淀粉為線(xiàn)性分子，易于取向締合；而支鏈淀粉的枝狀結(jié)構(gòu)，空間障礙大，不易相互締合和靠攏，不僅妨礙自身氫鍵的形成同時(shí)還會(huì)抑制淀粉糊中直鏈淀粉分子的締合。因此，其他因素相同的條件下，支鏈淀粉含量高的淀粉的老化趨勢(shì)弱于直鏈淀粉含量高的淀粉，由表5可以看出，糯米淀粉的老化趨勢(shì)最低。此外，根據(jù)前文所述結(jié)合表5可知，馬鈴薯淀粉糊的熱黏度雖高但穩(wěn)定性比糯米淀粉低。

表5 主要淀粉品種老化特性的比較[8,10]

2.5 凍融穩(wěn)定性

淀粉的凍融穩(wěn)定性是指淀粉糊在凍結(jié)和融化兩種狀態(tài)交替變化的情況下的穩(wěn)定性。在此過(guò)程中，淀粉分子間的氫鍵逐漸增多，形成淀粉分子聚合體，導(dǎo)致水合能力降低，溶解度降低，淀粉膠體被破壞，最終有游離水析出[11]。因此，可以將析水率作為評(píng)價(jià)淀粉凍融穩(wěn)定性的指標(biāo)。

何晉浙等[12]將不同品種的淀粉樣品先后冷凍24 h后，分別測(cè)量了淀粉的兩次析水率(表6)，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，糯米淀粉的兩次析水率均比較低，且變化幅度不大，充分說(shuō)明糯米淀粉的凍融性較為穩(wěn)定。

卞希良等[13]通過(guò)測(cè)定糯米淀粉與大米淀粉在不同介質(zhì)中凍融穩(wěn)定性后發(fā)現(xiàn)，在蒸餾水介質(zhì)中由于普通大米淀粉中堿性粗蛋白的含量略高，淀粉顆粒帶有相互排斥的電荷，不易凝聚，從而導(dǎo)致糯米淀粉的析水率略高于普通大米淀粉，而在酸性、堿性以及鹽溶液中糯米淀粉的凍融穩(wěn)定性均優(yōu)于普通大米淀粉。

高群玉等[11]以糯米粉和糯米淀粉為原料分別測(cè)定了二者不同pH值條件下的凍融穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，在強(qiáng)酸條件下，二者均失去凍融穩(wěn)定性，而在弱酸條件下，糯米淀粉糊和米粉糊反復(fù)凍融至糊體析水或分層，前者的凍融次數(shù)遠(yuǎn)高于后者。由此可見(jiàn)，純糯米淀粉的凍融穩(wěn)定性?xún)?yōu)于糯米粉。

表6 主要淀粉品種析水率的比較[12]

如前文所述，糯米淀粉與眾不同的分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其分子中的氫鍵比較弱，所以，無(wú)論是與其他品種的淀粉相比還是與糯米粉相比，糯米淀粉在凍融過(guò)程中，淀粉分子聚合體更不易形成，水合能力降低速率較慢，析水速率同樣較慢，從而實(shí)現(xiàn)了較好的凍融穩(wěn)定性。

3 糯米淀粉的應(yīng)用

3.1 食品行業(yè)

在主要的淀粉品種中，糯米淀粉的顆粒度相對(duì)較小，與脂肪的顆粒度最為接近，且糯米淀粉糊不易老化，呈光滑的、奶油狀的、可延伸的凝膠結(jié)構(gòu)[14]，具有類(lèi)似脂肪細(xì)膩柔軟的口感，可作為非常有效的脂肪替代物與其他食品混合，而不影響食品原有的風(fēng)味，并具有類(lèi)似脂肪的某些特性，因此可用來(lái)取代高脂食品中的部分脂肪。

眾所周知，冰淇淋作為炎炎夏日的消暑佳品，以其口感細(xì)膩，入口即化，香甜可口的特點(diǎn)深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)，但隨著營(yíng)養(yǎng)與健康觀(guān)念日漸深入人心，許多人對(duì)這種高糖高脂的美味卻敬而遠(yuǎn)之，因此研發(fā)出一種脂肪替代物代替冰淇淋中的脂肪不失為一種兩全其美的辦法。糯米淀粉不僅具有類(lèi)似脂肪的口感，而且具有良好的凍融穩(wěn)定性，冷凍過(guò)程中，不易析水收縮，因此，相對(duì)其他品種的淀粉，更適合用作脂肪替代物。周原等[14]在不同脂肪替代率條件下對(duì)冰淇淋的漿料黏度、膨脹率、抗融化性、硬度以及感官指標(biāo)做了測(cè)定，雖然隨著脂肪替代率的增加各參數(shù)值均逐步下降，但通過(guò)對(duì)比分析可以看出在脂肪替代率為25%時(shí)各參數(shù)與脂肪替代率為0%時(shí)相比，變化不是很明顯。因此，用糯米淀粉代替部分脂肪生產(chǎn)的低脂食品，既可保證良好的理化特性和感官特性，又可降低油脂的攝入。

在營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩、肥胖癥、高血壓、高血脂等患者層出不窮、談脂色變的今天，低脂食品不僅深受減肥一族的青睞，也將是心血管疾病患者的福音。

3.2 保健養(yǎng)生領(lǐng)域

近年來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高，不良的生活習(xí)慣及飲食習(xí)慣給一些人的健康帶來(lái)了威脅，例如糖尿病、肥胖癥等很大程度上是由不健康的生活方式引起的。保健品雖然不能像藥品那樣具有藥到病除的速效性，但它對(duì)藥品的輔助作用，可以使患者的生理機(jī)能早些恢復(fù)，從而減少病痛的折磨。

糯米淀粉具有消化速度緩慢的特性，制成的緩慢消化淀粉具有一定的保健作用，例如，糖尿病是由胰島素分泌不足或生理功能受阻引起的，以高血糖為特征的代謝型疾病，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及患者全身的組織器官。緩慢消化淀粉進(jìn)入消化道后，體內(nèi)血糖升高比較緩慢，從而減緩胰島素的分泌速度，對(duì)糖尿病患者的血糖很好的調(diào)控作用，從而有效控制患者的病情。此外，緩慢消化淀粉在體內(nèi)吸收速度比較緩慢，代謝過(guò)程中的能量可以緩慢釋放，從而保持較長(zhǎng)時(shí)間的飽腹感，這樣就可以使肥胖癥患者在瘦身的過(guò)程中，既不需要忍受節(jié)食的痛苦，又可以攝入較少的熱量，加上合理的運(yùn)動(dòng)，最終達(dá)到事半功倍的效果。

緩慢消化淀粉不僅可以輔助治療糖尿病、肥胖癥等多種疾病，而且對(duì)某些行業(yè)的健康人群也有很好的保健作用。例如，運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要消耗大量的能量，由糯米淀粉制成的緩慢消化淀粉可以使糖代謝產(chǎn)生的能量緩慢釋放，從而有效維持運(yùn)動(dòng)員的耐力[15]。

3.3 建筑行業(yè)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，科技發(fā)展突飛猛進(jìn)，給人類(lèi)的生產(chǎn)生活帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，例如，環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，各種污染問(wèn)題層出不窮，嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的健康。，糯米淀粉具有糊化后粘度高的特性，且作為一種天然高分子原料，具備便宜易得、無(wú)毒環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，涉足眾多的建筑領(lǐng)域，包括干粉砂漿、膩?zhàn)臃邸⒛z黏劑、白乳膠、墻紙粉、耐火材料等，從而減少建筑垃圾對(duì)大氣、水質(zhì)、土壤等帶來(lái)的污染。

其中應(yīng)用較多的當(dāng)屬作為建筑材料，粘貼各類(lèi)壁紙、壁布的糯米膠。以純天然食用糯米淀粉為原料，加入某些食品添加劑，如山梨酸鉀、食用乙醇、食用白醋等作為助劑制得的糯米膠，即使誤食，也不會(huì)對(duì)人體造成傷害。雖然，馬鈴薯淀粉糊化后黏度也比較高，但冷卻后穩(wěn)定性差。因此，相比之下，以糯米淀粉為主制成的成品粘結(jié)性、穩(wěn)定性均相對(duì)較強(qiáng)，可確保墻紙長(zhǎng)久的使用壽命。

近幾年，隨著消費(fèi)者對(duì)墻紙認(rèn)知度的逐漸提高和對(duì)美與環(huán)保的極致追求，促使糯米膠行業(yè)不斷發(fā)展壯大。據(jù)調(diào)查，2010年我國(guó)墻紙總產(chǎn)量?jī)H為8.6億m2，家庭使用率只有5%，2012年便有超過(guò)30%的市場(chǎng)增長(zhǎng)總量，隨著“十二五”期間城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，以及對(duì)精裝房建設(shè)的倡導(dǎo)，墻紙的使用率逐年攀升，糯米膠的市場(chǎng)前景將會(huì)變得日趨廣闊。

3.4 其他

將天然的糯米原淀粉經(jīng)過(guò)某些物理、化學(xué)或者生物手段進(jìn)行改性處理后，性能可以得到大幅度提升，從而使其應(yīng)用范圍更加廣泛。例如，利用糯米淀粉易糊化且糊化后黏度高的特性，采用膨化的方式可以進(jìn)一步提高糯米糊的黏度。翟廣玉等[16]將從米廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)上收集到碎糯米膨化后制得膨化糯米淀粉，通過(guò)測(cè)定不同糊化方式下糯米淀粉的黏度，發(fā)現(xiàn)膨化糯米淀粉的黏度比普通加熱糊化和加堿糊化的淀粉黏度都高，而且糊化過(guò)程更易操作控制，因此，這種改性糯米淀粉作為膠黏劑，粘貼各類(lèi)包裝袋、包裝箱等效果會(huì)更好。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，糯米淀粉作為一種高支鏈低直鏈淀粉，具有消化速度慢，易糊化，且糊化后粘度高不易老化以及凍融穩(wěn)定性好等特性，可廣泛用于食品、醫(yī)療保健、建筑、包裝等多個(gè)行業(yè)，并且由于糯米淀粉具有來(lái)源豐富、能被微生物降解、綠色環(huán)保無(wú)污染等特點(diǎn)，相信隨著科技的不斷發(fā)展，糯米淀粉的應(yīng)用范圍將會(huì)延伸到更多新的領(lǐng)域，發(fā)展前景將會(huì)更加美好！

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Brief introduction on characteristics and applications of glutinous rice starch

Li Wenjing1， Yin Yuyun2

1. Wuxi COFCO Engineering & Technology Co., Ltd. (Wuxi 214035) 2. Food Inspection & Testing Institute of Henan Province (Zhengzhou 450003)

The extraction methods of glutinous rice starch were analyzed. And then the basic feature, including granularity, structure, and crystal type, and some physicochemical property of glutinous rice starch were simply compared with that of other starch from different kinds of plants. Moreover, the applications and development prospect of glutinous rice starch were also introduced .

glutinous rice starch; amylopectin; amylose

2016-07-25

李溫靜，女，1987年出生，助理工程師，主要從事大米工藝設(shè)計(jì)工作。

TS210

A

1672-5026(2017)03-029-06