食品組分對淀粉糊化性質(zhì)影響的研究進(jìn)展

李 華，朱宣宣

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

淀粉是許多食物的主要成分，也是人類飲食的主要能量來源[1]。淀粉可以分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，其中直鏈淀粉是由α-1,4糖苷鍵連接構(gòu)成，支鏈淀粉是由α-1,6糖苷鍵連接構(gòu)成[2]。由于天然淀粉本身存在乳化能力和凝膠能力低、易糊化、易老化、穩(wěn)定性不足等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用范圍受到限制。研究發(fā)現(xiàn)，食品不同組分可以有效彌補(bǔ)天然淀粉的缺點(diǎn)，改善其糊化特性[3-4]。

當(dāng)不同組分添加到淀粉中，由于食品組分與淀粉的相互作用可以賦予其一些新的性能，并可以影響食品體系的色澤、風(fēng)味、營養(yǎng)、質(zhì)構(gòu)和安全等[5]。因此作者綜述了食品不同組分(脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、多酚、膳食纖維和礦物質(zhì)等)對淀粉糊化特性影響的研究進(jìn)展，以期為改善淀粉糊化性質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 脂質(zhì)對淀粉糊化性質(zhì)的影響

淀粉中添加脂質(zhì)可以形成淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物，具有新的功能特性，因此生物大分子脂質(zhì)與淀粉之間的相互作用已成為目前淀粉改性的研究熱點(diǎn)[6-7]。

1.1 脂質(zhì)種類對淀粉糊化性質(zhì)的影響

不同種類的脂質(zhì)具有不同的結(jié)構(gòu)特征，這種結(jié)構(gòu)特征的差異使得不同種類脂質(zhì)對淀粉糊化性質(zhì)的影響有所差異。謝新華等[8]將不同種類的脂肪酸(月桂酸、豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸)添加到小麥淀粉中，發(fā)現(xiàn)4種脂肪酸均能降低小麥淀粉的峰值黏度、起始黏度，提高了最終黏度，其中月桂酸對小麥淀粉糊化特性的影響最明顯，可能與月桂酸和淀粉形成的復(fù)合物比較多有關(guān)。Zhou等[9]研究了硬脂酸和亞油酸對大米淀粉糊化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明脂肪酸的加入降低了淀粉的峰值黏度，且硬脂酸對淀粉峰值黏度的影響比亞油酸大。莫呈鵬等[10]研究了肉豆蔻酸、棕櫚酸和硬脂酸對玉米淀粉糊化性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)添加棕櫚酸和硬脂酸均能提高玉米淀粉的峰值黏度、最終黏度，而肉豆蔻酸降低了峰值黏度和最終黏度。Kawai等[11]研究了不同脂肪酸(月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸和亞油酸)對馬鈴薯淀粉糊化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明脂肪酸均使淀粉的糊化溫度升高，其中月桂酸效果最明顯。

1.2 脂質(zhì)添加量對淀粉糊化性質(zhì)的影響

牛斌等[12]研究了不同月桂酸的添加量對小麥淀粉糊化性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著月桂酸添加量的增加，小麥淀粉的起始黏度和最終黏度先增加后逐漸不變。Tang等[13]發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)添加量的增加會(huì)降低小麥淀粉的起始黏度，增加最終黏度。楊偉軍等[14]研究表明，在脂肪酸添加量小于4%時(shí)，大米淀粉的糊化溫度、峰值溫度、終止溫度和焓變值均降低，達(dá)到4%后，基本沒有變化。

2 蛋白質(zhì)對淀粉糊化性質(zhì)的影響

蛋白質(zhì)作為食品中的主要成分，與淀粉共存時(shí)對其糊化特性有重要影響，同時(shí)決定食品質(zhì)構(gòu)與消化特性[15-16]。

2.1 蛋白質(zhì)種類對淀粉糊化性質(zhì)的影響

2.2 蛋白質(zhì)添加量對淀粉糊化性質(zhì)的影響

張敏等[20]研究發(fā)現(xiàn)，隨著大米蛋白添加量的增加，小麥淀粉峰值黏度、起始黏度、衰減值、最終黏度和回生值分別降低了1 263、129、1 134、316、187 mPa·s。劉軍平等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與沒有添加大米蛋白的大米淀粉相比,添加大米蛋白后淀粉黏度下降,回生值上升。Chen等[22]研究表明，隨著大豆蛋白添加量的增加，玉米淀粉峰值黏度逐漸增加，糊化溫度降低。修琳等[23]發(fā)現(xiàn)隨著綠豆蛋白添加比例的增大，蕎麥淀粉的峰值黏度、衰減值顯著降低，最終黏度、回生值呈先升高后降低趨勢，在綠豆蛋白添加量0.5%時(shí)達(dá)到最大。這可能是因?yàn)榈矸叟c蛋白質(zhì)通過靜電作用使淀粉、蛋白質(zhì)顆粒相互吸引，從而降低了淀粉的吸水速度，使得淀粉糊化的過程變緩，糊化溫度升高[24]。Ribotta等[25]研究發(fā)現(xiàn)，添加豌豆蛋白后木薯淀粉起始黏度提高，是由于豌豆蛋白的添加使淀粉網(wǎng)絡(luò)從彈性狀轉(zhuǎn)變?yōu)楦こ淼臓顟B(tài)。

3 多酚對淀粉糊化性質(zhì)的影響

多酚是一類具有多種生理活性的化合物，對人體健康非常有益。近年來，多酚常作為一種功能、營養(yǎng)物質(zhì)被添加到淀粉食品中，通過改善淀粉的糊化特性提高產(chǎn)品質(zhì)量[26-27]。

3.1 多酚種類對淀粉糊化性質(zhì)的影響

多酚普遍存在于植物中，在不同植物來源的多酚中，多酚種類以及含量存在著較大的差異，這種差異使得多酚對淀粉糊化性質(zhì)的影響有所差異。Zhu等[28]研究發(fā)現(xiàn)了酚酸、黃酮類、香豆素在內(nèi)的 25 種多酚均能不同程度地降低小麥淀粉的起始黏度和最終黏度，但對淀粉的峰值黏度影響不同，甚至作用相反。Guzar 等[29]研究了紅茶與綠茶提取物對大米淀粉糊化特性的影響，發(fā)現(xiàn)紅茶提取物能更顯著地降低淀粉的最終黏度，可能是由于紅茶中的多酚比綠茶中的多酚結(jié)構(gòu)更大、更復(fù)雜。任順成等[30]研究了7種不同多酚對玉米淀粉糊化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明兒茶素、咖啡酸、沒食子酸、綠原酸和阿魏酸可顯著地降低其起始黏度，其中綠原酸影響最為顯著，單寧酸對淀粉的谷值黏度沒有顯著影響，而原花青素顯著地增加了淀粉的起始黏度。不同的多酚對玉米的起始黏度影響不同，這可能與多酚分子的結(jié)構(gòu)和官能基團(tuán)的位置有關(guān)。Beta 等[31]研究發(fā)現(xiàn)阿魏酸和兒茶素都降低了玉米淀粉和高粱淀粉的峰值黏度、最終黏度和回生值，增加了兩者的衰減值。

3.2 多酚添加量對淀粉糊化性質(zhì)的影響

Xiao等[32]研究綠茶多酚添加量對大米淀粉糊化特性的影響，發(fā)現(xiàn)綠茶多酚添加量達(dá)到10%時(shí)淀粉的糊化焓明顯降低。Wu等[33]研究發(fā)現(xiàn)隨著茶多酚添加量的增加，大米淀粉的最終黏度顯著下降；可能是大米淀粉和茶多酚在糊化過程中通過氫鍵相互作用導(dǎo)致了黏度的不規(guī)律變化[34]。冷雪等[35]研究發(fā)現(xiàn)，隨茶多酚添加量增大，糯玉米淀粉改性的辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSA淀粉)糊黏度降低，其中添加量為15%時(shí)，其峰值黏度、起始黏度及最終黏度降至最低，而糯玉米淀粉并未呈現(xiàn)一定規(guī)律性。 何財(cái)安等[36]研究發(fā)現(xiàn)，隨著苦蕎多酚含量的增加，苦蕎淀粉的糊化焓呈現(xiàn)出先增大后降低的趨勢，添加4%苦蕎多酚時(shí)糊化焓最低；隨著苦蕎多酚含量的增加，小麥淀粉的糊化焓顯著降低，可能是由于多酚中的疏水基團(tuán)與淀粉支鏈分子側(cè)鏈的相互作用所致。

4 膳食纖維對淀粉糊化性質(zhì)的影響

膳食纖維不僅有降血脂、調(diào)節(jié)血糖、潤腸通便、預(yù)防結(jié)腸癌發(fā)生等生理功能，還可以添加到淀粉食品中，使淀粉的糊化性質(zhì)發(fā)生變化[37-38]。

4.1 膳食纖維種類對淀粉糊化性質(zhì)的影響

Liu等[39]將玉米抗性淀粉與4種可溶性膳食纖維(殼聚糖、亞麻籽膠、黃原膠、魔芋膠)混合，結(jié)果表明殼聚糖的加入降低了玉米淀粉糊的黏度，而亞麻籽膠、黃原膠、魔芋膠的加入則提高了玉米淀粉糊的黏度。蔡旭冉等[40]研究了瓜爾膠和黃原膠對馬鈴薯淀粉糊化性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)瓜爾膠的加入使淀粉的黏度提高，而黃原膠降低了淀粉的黏度。趙悄然[41]研究發(fā)現(xiàn)，亞麻籽膠和羅望子膠的加入均使糯米淀粉糊的峰值黏度和最終黏度提高，其中羅望子膠的效果更明顯。

4.2 膳食纖維添加量對淀粉糊化性質(zhì)的影響

有研究表明膳食纖維對淀粉糊化性質(zhì)的影響與濃度有關(guān)，如玉米淀粉和小麥淀粉的糊化溫度隨細(xì)菌纖維素原纖維添加量的增加而降低，且在添加量最大(10%)時(shí)使其降低了20 ℃[42]。Adamczyk等[43]研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯淀粉的峰值黏度和最終黏度隨著蘋果和燕麥膳食纖維的增加而降低。周艷青等[44]研究表明，隨著米糠膳食纖維添加量的增加，粳糯米粉的峰值黏度、最終黏度、衰減值和回生值都是先減少后增大，其中添加量2%時(shí)達(dá)到最低，分別下降 20.2%、13.8%、26.4% 和 9.6%。牛飛飛等[45]研究發(fā)現(xiàn)，胡蘿卜膳食纖維的添加量低于10%時(shí)，馬鈴薯淀粉峰值黏度變化不大，添加量大于10%時(shí)，峰值黏度急劇下降。

5 礦物質(zhì)對淀粉糊化性質(zhì)的影響

礦物質(zhì)是機(jī)體正常運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的物質(zhì)。在人體內(nèi)，它們起著構(gòu)建肌體，控制代謝過程、離子平衡、細(xì)胞壓力，維持神經(jīng)肌肉興奮性的作用。由于缺乏適當(dāng)?shù)拿赶到y(tǒng)，礦物質(zhì)不能在人體內(nèi)合成。近年來，礦物質(zhì)作為一種營養(yǎng)物質(zhì)被添加到食品(包括淀粉)中，不僅可以提高食品的營養(yǎng)價(jià)值，還能提高食品的感官品質(zhì)[46-47]。

5.1 礦物質(zhì)種類對淀粉糊化性質(zhì)的影響

周艷青等[48]研究表明，海藻酸鈉與氯化鈣均能增加大米淀粉的峰值溫度和糊化焓。Wang等[49]研究了LiCl、KNO3、KCl等9種鹽對玉米淀粉糊化性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)9種鹽均增加了淀粉的糊化溫度和糊化焓，其中陰離子SCN-作用最顯著，陽離子Li+作用最顯著。王春曉[50]研究表明，加入不同種類的鹽會(huì)降低玉米淀粉的糊化焓，其中陽離子二價(jià)鹽的糊化焓明顯弱于一價(jià)鹽，可能是它們更容易與淀粉中的水分子結(jié)合，導(dǎo)致淀粉疏水作用力變強(qiáng)。Pietrzyk等[51]研究了氧化玉米淀粉與礦物元素(鉀、鎂、鐵離子)絡(luò)合對其糊化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明淀粉黏度(峰值黏度、起始黏度和最終黏度)均降低，其中鉀離子對淀粉的影響更大。

5.2 礦物質(zhì)添加量對淀粉糊化性質(zhì)的影響

Day等[52]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，隨著NaCl添加量增大，小麥淀粉糊化的峰值時(shí)間隨之增大，峰值黏度隨之降低。 謝新華等[53]研究發(fā)現(xiàn)，NaCO3的加入增大了玉米淀粉的糊化溫度、峰值黏度和衰減值，隨著Na2CO3添加量的增加，3個(gè)指標(biāo)均隨之升高。杜先鋒等[54]研究表明，加入NaCl會(huì)提高葛根淀粉糊化溫度和糊化焓，其上升的幅度與NaCl的添加量呈正相關(guān)性。李洪軍等[55]研究了5種無機(jī)鹽(氯化鈉、氯化鈣、氯化鋁、硫酸鈉和磷酸鈉)對葛根淀粉糊化性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著無機(jī)鹽添加量的增加，淀粉的黏度逐漸降低。

6 小分子有機(jī)物對淀粉糊化性質(zhì)的影響

小分子有機(jī)物(如氨基酸、糖等)不僅具有良好的生理功能，如抗氧化、抗菌、增強(qiáng)免疫力等，還可添加到淀粉食品中，使淀粉的熱特性、流變和質(zhì)構(gòu)發(fā)生變化[56-57]。

Cui等[58]研究了不同氨基酸(苯丙氨酸Phe、蛋氨酸Met、賴氨酸Lys、精氨酸Arg、天冬氨酸Asp和谷氨酸Glu)對馬鈴薯淀粉糊化性質(zhì)的影響，帶電荷氨基酸(Lys、Asp、Arg和Glu)的添加降低了糊化溫度，而中性氨基酸(Phe和Met)的添加提高了糊化溫度。另外，在馬鈴薯淀粉中添加酸性氨基酸(Asp和Glu)，其糊化溫度有所提高；而添加堿性氨基酸(Arg)后，其糊化溫度降低[59]。同時(shí)，Lockwood等[60]發(fā)現(xiàn)賴氨酸(Lys)和天冬氨酸(Asp)均可以提高甘薯淀粉的糊化溫度。

Allan等[61]研究發(fā)現(xiàn)，隨著木糖、核糖和阿拉伯糖濃度增加，小麥淀粉糊化溫度增加，可能是在淀粉無定形區(qū)形成糖-淀粉分子間相互作用，從而增加了淀粉糊化的難度。Galkowska[62]利用差示掃描量熱法研究了葡萄糖、果糖、蔗糖對馬鈴薯淀粉糊化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明3種糖顯著提高了馬鈴薯淀粉的糊化溫度和糊化焓。

7 結(jié)論與展望

食品不同組分可以有效改善淀粉的特性，因此常被廣泛應(yīng)用于淀粉食品中。目前食品組分的種類、添加量和添加條件是影響淀粉糊化性質(zhì)的主要因素。這些因素一方面改變了淀粉的糊化，進(jìn)而影響了淀粉的特性；另一方面也改變了淀粉分子間的相互作用，破壞了淀粉分子之間的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得食品組分與淀粉之間發(fā)生了不同程度的氫鍵或靜電作用，進(jìn)而影響了食品組分與淀粉之間的相互作用。這說明食品組分對淀粉性質(zhì)的影響不僅與食品組分和淀粉自身的性質(zhì)有關(guān)，還與兩者之間的相互作用密切相關(guān)。

目前，學(xué)者研究食品組分對淀粉糊化性質(zhì)的影響基本都是采用基礎(chǔ)測定方法，今后應(yīng)該從分子層面研究食品組分對淀粉糊化性質(zhì)的影響，另外食品多組分與淀粉共存時(shí)的作用機(jī)制還需要進(jìn)行更深入地研究。