淀粉-蛋白混合體系的制備、理化特性及應(yīng)用研究進展

劉思迪，王百龍，黃敏麗，曾木花，鄭寶東，郭澤鑌,*

（1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；2.福建省特種淀粉品質(zhì)科學(xué)與加工技術(shù)重點實驗室，福建 福州 350002）

淀粉是以多個葡萄糖分子聚合形成的高分子碳水化合物，由直鏈淀粉分子、支鏈淀粉分子和中間級分組成，分子之間以氫鍵形式連接，結(jié)構(gòu)緊密，常溫條件下不溶于水[1]。直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例會對淀粉理化特性產(chǎn)生影響，支鏈淀粉含量會對混合體系凝膠、糊化溫度、黏度、流變等特性產(chǎn)生影響，淀粉中直鏈淀粉含量對淀粉類食品加工過程中的吸水性、糊化和產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生影響，進而影響淀粉質(zhì)食品品質(zhì)[1]。蛋白質(zhì)作為人們?nèi)粘ｏ嬍巢豢扇鄙俚氖称烦煞?，其理化特性（起泡性、溶解性、凝膠特性、乳化特性等）會影響食品品質(zhì)。大量研究表明，僅單一采用物理、化學(xué)、酶法改性的蛋白質(zhì)存在改性效果差、價格昂貴等缺點[2]。基于天然淀粉與蛋白質(zhì)固有特性，通過不同改性方法可增強相應(yīng)特性并引入新的功能性質(zhì)。共聚改性是一種新型改性方法，兩種高分子物質(zhì)之間通過相互作用形成具有獨特品質(zhì)特性、加工特性及功能性質(zhì)的混合體系[3]。通過共聚改性，使兩種食品組分（如蛋白質(zhì)與多糖、多酚與淀粉、蛋白質(zhì)與脂肪等）之間發(fā)生相互作用，其相互作用對提高食品品質(zhì)、優(yōu)化原料配方等方面有重要作用，賦予混合體系優(yōu)于本身的理化特性，已成為食品科學(xué)的研究熱點。

淀粉和蛋白質(zhì)相互作用形成的混合體系（復(fù)合物、凝膠、混合物、共混物等）在一定程度上能表現(xiàn)出優(yōu)于其自身的理化特性，如在淀粉-蛋白混合體系中，蛋白質(zhì)能抑制淀粉糊化并改變其熱特性，降低混合體系的黏度、阻止體系發(fā)生崩解、抑制淀粉凝沉等，而淀粉在混合體系中起到改變面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用，降低凝膠結(jié)晶度[4]，從而影響食品品質(zhì)?；诖?，本文從多方面綜述淀粉與蛋白質(zhì)混合體系的制備方法、理化性質(zhì)及其實際應(yīng)用，以期深入探究淀粉-蛋白質(zhì)混合體系形成機理提供參考。

1 淀粉-蛋白混合體系制備方法

淀粉與蛋白質(zhì)可通過靜電作用、范德華力、氫鍵、疏水作用等多種作用力形成混合體系，表現(xiàn)為3 種作用方式：離析、締合和共溶[5]（圖1）。締合可分為非共價和共價兩種結(jié)合方式，而非共價結(jié)合以靜電相互作用為主，疏水相互作用、范德華力、氫鍵作用等為輔，使淀粉分子與蛋白質(zhì)分子互相吸引，形成靜電復(fù)合物，Korolczuk等[6]研究證實玉米淀粉與乳蛋白可以通過離子相互作用形成復(fù)合物；共價結(jié)合則以美拉德反應(yīng)為基礎(chǔ)，形成共價鍵使兩者發(fā)生交聯(lián)，產(chǎn)生淀粉-蛋白共價復(fù)合物。程鵬等[7]通過控制pH值研究甘薯淀粉與牛乳清分離蛋白混合凝膠中巰基含量的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)非共價鍵在凝膠結(jié)構(gòu)保持上有明顯作用，而共價結(jié)合的淀粉-蛋白復(fù)合物在功能特性上有所改善[8]。

圖1 淀粉-蛋白質(zhì)相互作用示意圖Fig.1 Schematic diagram of starch-protein interaction

目前淀粉-蛋白復(fù)合物制備方法主要有干法反應(yīng)、濕法反應(yīng)、儀器設(shè)備合成法等（表1）。1）干法反應(yīng)：主要利用蛋白質(zhì)自發(fā)的美拉德反應(yīng)來實現(xiàn)，需要控制好反應(yīng)溫度和濕度[9]。高萍萍[2]將玉米醇溶蛋白在60%乙醇溶解后，加入蠟質(zhì)玉米淀粉于密閉的培養(yǎng)箱內(nèi)，控制溫度保持在60 ℃，加入飽和溴化鈉溶液保持一定的濕度，加熱12 h即可得到蠟質(zhì)玉米淀粉-玉米醇溶蛋白復(fù)合物。2）濕法反應(yīng)：大多數(shù)是以蛋白質(zhì)和淀粉制備成懸浮液后通過水浴加熱的方式誘導(dǎo)發(fā)生美拉德反應(yīng)從而形成復(fù)合物。高帥等[10]將大豆分離蛋白和玉米淀粉分別溶解后，按照一定比例在不同反應(yīng)溫度下水浴均勻混合，反應(yīng)一段時間后置于4 ℃冰箱中結(jié)晶，隨后取出混合物于40 ℃干燥48 h，即可得到玉米淀粉-大豆分離蛋白復(fù)合物。3）儀器設(shè)備合成法：通過一些儀器設(shè)備如微波加熱、高壓脈沖電場等設(shè)備直接或者輔助合成復(fù)合物。王振興[11]利用微波反應(yīng)器將按照比例均勻混合后的大豆蛋白、變性淀粉和食用膠溶液進行間歇輻射加熱后，于低溫、干燥條件下靜置，即可得到淀粉-蛋白復(fù)合物凝膠，此制備方法周期短、效率高，但在反應(yīng)過程中對反應(yīng)物控制較弱[12]。金聲瑯[13]使用高壓脈沖電場將葛根淀粉和肌原纖維蛋白混合制備所得凝膠具有硬度高、彈性大、保水性更佳、利用率高等特點。

表1 淀粉-蛋白混合體系的制備方法Table 1 Preparation methods for amyloid-protein mixed systems

雖然制備方法多樣，但各個方法均存在優(yōu)缺點：如干法反應(yīng)耗時久、反應(yīng)條件要求高、所需成本高；儀器設(shè)備合成法耗時長、耗能大；濕法反應(yīng)較劇烈、成品顏色較深且對蛋白溶解度有要求。因此探尋對原料適用范圍廣、制備效率高、成本低、耗時短的新型制備方法是目前混合體系制備領(lǐng)域的研究方向和熱點。

2 淀粉-蛋白混合體系的理化特性

淀粉和蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用后，淀粉與蛋白質(zhì)原有的理化特性均發(fā)生變化，這些變化會跟據(jù)淀粉和蛋白的種類、制備工藝等因素產(chǎn)生不同的影響。深入探究影響淀粉-蛋白混合體系理化特性的因素，可優(yōu)化淀粉-蛋白混合體系的加工工藝和評價標(biāo)準(zhǔn)，從而為提高此類食品品質(zhì)提供理論依據(jù)。

2.1 混合體系形成對淀粉理化特性的影響

2.1.1 流變特性

流體物質(zhì)在有外力作用下所產(chǎn)生的形變稱之為流變特性，淀粉的流變特性包括流動性與黏度特性，在食品加工與貯存中起重要作用[25]。G’（儲能模量）與G”（損耗模量）是流變特性的主要衡量指標(biāo)，而在混合體系中常用tanδ（G”/G’）表示其相對凝膠強度，能反映混合體系彈性成分與黏性成分占比[2]。蛋白類物質(zhì)能與淀粉相互作用從而影響淀粉的流變特性，符珍等[26]發(fā)現(xiàn)玉米醇溶蛋白表面附著大量的疏水性殘留基團，因此當(dāng)玉米醇溶蛋白添加量較低（0.5%、1.0%）時，玉米醇溶蛋白能少量附著在木薯淀粉表面，使水分子與淀粉分子之間的結(jié)合難度增加，淀粉分子之間相互作用削弱、黏性阻力下降，結(jié)果表現(xiàn)為添加低添加量玉米醇溶蛋白可增加木薯淀粉G’和G”。而當(dāng)玉米醇溶添加量較高（5.0%）時，蛋白質(zhì)分子之間會發(fā)生相互作用，反而使水分子與淀粉分子之間的結(jié)合難度降低，結(jié)果表現(xiàn)為添加高添加量玉米醇溶蛋白可降低木薯淀粉G’和G”。

2.1.1.1 內(nèi)部因素對混合體系流變特性的影響

對流變特性造成影響內(nèi)部因素主要包括表觀黏度、G’/G”/tanδ、復(fù)合反應(yīng)程度、凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等，其與淀粉和蛋白質(zhì)的不同比例有關(guān)。一方面，混合體系中蛋白質(zhì)濃度的增大會包圍淀粉顆粒，對淀粉膨脹并釋放直鏈淀粉有抑制作用，從而抑制彈性凝膠的形成[27]，湯曉智等[28]認為在同一溫度下，隨乳清蛋白質(zhì)濃度降低，大米淀粉-乳清蛋白質(zhì)混合體系的G’和G”明顯提高；修琳等[27]也發(fā)現(xiàn)蕎麥淀粉-綠豆蛋白復(fù)合凝膠的G’和G”均隨綠豆蛋白添加比例的增大而降低。另一方面，部分蛋白質(zhì)濃度的升高反而會改善復(fù)合物的流變特性，伍夢婷等[29]通過研究肌原纖維蛋白與木薯淀粉混合物，發(fā)現(xiàn)當(dāng)肌原纖維蛋白添加量為95%時，混合物凝膠的表觀黏度提升顯著，原因為木薯淀粉占比較低時，其能較快地溶解并填充到空隙中，增大對凝膠沿流動方向運動的阻礙作用。

此外，不同種類的淀粉與蛋白質(zhì)所形成混合體系的流變特性有所區(qū)別。Ren Fei等[30]發(fā)現(xiàn)改性淀粉-乳清分離蛋白混合凝膠比天然淀粉-純?nèi)榍宸蛛x蛋白和乳清分離蛋白混合凝膠具有更高的G’。相較于普通淀粉，添加經(jīng)改性后的淀粉對于復(fù)合物流變特性有明顯改善作用，吳香等[31]發(fā)現(xiàn)玉米淀粉、木薯乙酰化雙淀粉、己二酸酯淀粉、木薯醋酸酯變性淀粉的添加對肌球蛋白的變性溫度具有不同程度的延遲作用，乙酰化淀粉相比于其他淀粉具有更強的相互作用；周鳳超等[32]研究發(fā)現(xiàn)改性馬鈴薯淀粉可以提高肌原纖維蛋白的熱轉(zhuǎn)變溫度，使復(fù)合物凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定；暢陽[33]將木薯原淀粉和變性淀粉分別添加于肌原纖維蛋白中，淀粉的添加均能提高凝膠G’，但增加幅度有所差異。

2.1.1.2 外部因素對混合體系流變性影響

除上述提到的內(nèi)部因素，外部因素/環(huán)境因素（pH值、溫度、壓力等）發(fā)生變化對混合體系的流變特性也會產(chǎn)生影響，但其不具有普遍規(guī)律。對于部分淀粉與蛋白質(zhì)而言，外部因素的改變對混合體系流變特性具有抑制作用，李月雙等[34]認為超高壓會增強抗性玉米淀粉-肌球蛋白混合凝膠的水分控制能力，導(dǎo)致流變性減弱。湯曉智等[28]發(fā)現(xiàn)當(dāng)大米淀粉-乳清蛋白混合體系處于60 ℃以下的外部環(huán)境時，其G’和G”下降明顯。

而處于特定外部條件下形成的混合體系，其流變特性會得到改善，楊明等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在加熱條件下馬鈴薯淀粉-鯉魚肌源纖維蛋白復(fù)合凝膠的硬度和彈性都得到提升，但不同溫度條件下，其提升的幅度有所不同；栗俊廣等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在40～（80±1）℃內(nèi)木薯淀粉-豬肉鹽溶蛋白凝膠的G’提高，其原因可能與分子熱運動引起的蛋白變性和淀粉糊化有關(guān)；Yu Bin等[37]發(fā)現(xiàn)在加熱或冷卻過程中，大豆蛋白與天然淀粉、乙?；矸酆鸵阴；矸哿姿狨シ謩e形成混合物凝膠的G’和G”流變曲線皆呈現(xiàn)出先減小后增大的兩階段變化規(guī)律。Chen Da等[38]通過對比發(fā)現(xiàn)pH 6.8和pH 3.5條件下乳清蛋白-馬鈴薯淀粉混合凝膠的G’明顯增加，從而闡明pH值對混合凝膠流變性的變化規(guī)律。

2.1.2 糊化特性

淀粉水溶液在加熱條件下獲得足夠能量，使淀粉顆粒受熱水合、膨脹，膠束區(qū)氫鍵斷裂，結(jié)晶區(qū)消失，直鏈淀粉溶解到溶液中，形成黏稠膠體溶液，該過程稱為糊化[39]。研究表明，在一定條件下添加蛋白質(zhì)會抑制淀粉體系的糊化特性，其原因可能為淀粉分子之間氫鍵斷裂，水分進入淀粉顆粒中開始吸水膨脹，使糊化熱能降低。

糊化的抑制體現(xiàn)在淀粉峰值黏度的降低，糊化溫度的上升，糊化時間的延長以及糊化熱能的改變等。產(chǎn)生這種原因可能是當(dāng)?shù)矸厶幱诤陂g，淀粉顆粒周圍被蛋白質(zhì)圍繞，淀粉和蛋白質(zhì)帶相反電荷，通過靜電作用相互吸引，導(dǎo)致淀粉的吸水速度變緩，降低淀粉顆粒分解率，使得淀粉糊化過程縮短[27]。修琳等[27]發(fā)現(xiàn)綠豆蛋白在蕎麥淀粉-綠豆蛋白復(fù)合凝膠中的配比上升時，凝膠的峰值黏度降低，糊化溫度升高，抑制了復(fù)合凝膠的糊化反應(yīng)。也有研究表明，可能是蛋白質(zhì)在與淀粉相互作用產(chǎn)生的水解物對混合體系的糊化起到抑制作用，符珍等[26]通過實驗發(fā)現(xiàn)玉米醇溶蛋白的疏水性氨基酸能使水分子與木薯淀粉分子的結(jié)合難度加大，從而提高木薯淀粉相關(guān)的糊化溫度。在同種鹽溶液下，吳滿剛等[40]分別測定馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、大米淀粉與肌原纖維蛋白復(fù)合凝膠體系的糊化溫度，相較于在水溶液中，淀粉糊化溫度升高幅度不同，大米淀粉與木薯淀粉提高幅度相對較大，同時證明鹽溶性蛋白的添加對淀粉及淀粉-蛋白復(fù)合凝膠體系的糊化溫度具有一定影響。

然而，部分蛋白的加入是能促進淀粉-蛋白混合體系糊化，但該種蛋白質(zhì)目前研究較少，主要集中于玉米醇溶蛋白上。Li Mingfei等[41]研究表明，隨著醇溶蛋白和谷蛋白含量上升，會略微提高小麥淀粉-蛋白復(fù)合物糊化溫度，但仍低于純小麥淀粉；高萍萍[2]通過添加玉米醇溶蛋白質(zhì)可顯著降低干熱法制備的玉米醇溶蛋白-蠟質(zhì)玉米淀粉復(fù)合物的糊化溫度。

2.1.3 回生特性

回生也稱為淀粉老化或凝沉，是淀粉分子糊化后經(jīng)冷卻一段時間，淀粉分子通過氫鍵重新排列，開始發(fā)生締合，從無序狀態(tài)變?yōu)橛行驙顟B(tài)，溶解度減小致使淀粉溶液出現(xiàn)不透明，甚至發(fā)生凝成現(xiàn)象的過程稱為老化[42]。目前研究中通常用回生值表示老化的難易程度，其大小往往與直鏈淀粉分子的重結(jié)晶有關(guān)，回生值越大表示越容易老化，控制和延緩糊化淀粉的回生可以提高食品在貯藏過程中的質(zhì)量[43]。

淀粉類食品在長期貯藏過程中，會發(fā)生老化，影響食品品質(zhì)，抑制淀粉類食品老化是食品工業(yè)的研究熱點之一，蛋白的加入能夠降低淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)強度，阻礙淀粉分子重新排列，延長老化時間[44]，添加多數(shù)種類蛋白質(zhì)所形成的混合體系比純淀粉物質(zhì)具有更佳的抑制回生作用。修琳等[27]將蕎麥淀粉與綠豆蛋白按不同比例進行混合，隨著綠豆蛋白的添加比例增加，蕎麥淀粉回生值明顯降低，表明其老化難度隨之增加；不同蛋白對淀粉的回生特性影響不同，肖瑜等[45]研究了玉米醇溶蛋白、大豆分離蛋白、乳清分離蛋白對大黃米淀粉硬度的影響，結(jié)果表明不同蛋白對淀粉老化的延緩程度各有不同，乳清蛋白能與大米淀粉形成混合體系并最為有效地阻礙其硬度增大速率；Luo Yunmei等[43]發(fā)現(xiàn)玉米蛋白、水稻蛋白、小麥蛋白和大豆蛋白對大米淀粉和黃原膠混合物短期和長期老化都具有抑制作用，其中大豆蛋白與黃原膠協(xié)同抑制作用最強；這種抑制作用可能是蛋白的加入能限制淀粉分子的活動空間，減少淀粉分子與蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)，抑制水分在凝膠中的遷移，提高淀粉凝膠的保水能力；Zhang Yifu等[46]發(fā)現(xiàn)水稻蛋白質(zhì)對水稻淀粉回生具有抑制作用。

但對于部分淀粉與蛋白質(zhì)的相互作用而言，混合體系的形成促進了淀粉回生作用。Chen Bo等[47]將經(jīng)過谷氨酰胺酶改性的谷蛋白和醇溶蛋白加入到馬鈴薯淀粉中，發(fā)現(xiàn)改性蛋白的添加能夠促進馬鈴薯淀粉的長期回生。Chen Xu等[48]研究表明大豆蛋白的添加能夠抑制玉米淀粉的糊化，隨著蛋白濃度提高，玉米淀粉越容易發(fā)生回生。Lu Zhanhui等[49]發(fā)現(xiàn)馬鈴薯淀粉與蛋白共混物中的蛋白質(zhì)比例抑制了淀粉顆粒在蒸煮過程中的膨脹，促進支鏈淀粉在冷藏過程中的重結(jié)晶，同時其回生特性也得到改善，而這種作用往往會隨著蛋白在淀粉中比例的增加而減弱。

2.2 混合體系形成對蛋白質(zhì)理化特性的影響

2.2.1 溶解性

蛋白質(zhì)溶解性是發(fā)揮其理化及功能特性的前提和基礎(chǔ)，一般用溶脹力與溶解度為指標(biāo)來表示蛋白質(zhì)溶解性。淀粉可與蛋白質(zhì)產(chǎn)生相互作用可改善蛋白的溶解性，高萍萍[2]在蠟質(zhì)玉米淀粉中添加玉米醇溶蛋白，隨復(fù)合反應(yīng)進程推進，溶解度逐漸提高；Zhan Qian等[50]將水稻淀粉-結(jié)合蛋白復(fù)合體系中的淀粉顆粒結(jié)合蛋白提取后，發(fā)現(xiàn)其溶脹力與溶解度都顯著下降，其原因可能是淀粉顆粒的表面和內(nèi)部張力會通過與淀粉顆粒結(jié)合蛋白連接而增加，而淀粉顆粒結(jié)合蛋白的提取可以減輕其張力，使膨脹效應(yīng)減弱，從另一個角度說明淀粉-蛋白混合體系的存在有利于提高混合體系的溶解度。

pH值對蛋白溶解性影響最為突出，為最大限度發(fā)揮蛋白質(zhì)溶解性能并應(yīng)用于食品中，改善不同pH值條件下蛋白質(zhì)溶解性是目前研究的熱點之一。有研究表明部分淀粉的添加能提升蛋白質(zhì)在不同pH值條件下的溶解性，周家華等[51]認為玉米淀粉的添加能擴展大豆蛋白溶解性可應(yīng)用的pH值范圍，提高其各個范圍內(nèi)溶解度。王振興[11]發(fā)現(xiàn)改性淀粉與大豆蛋白形成的混合凝膠溶解性明顯高于純大豆蛋白，處于等電點的溶解性顯著提高，其原因可能是淀粉在復(fù)合反應(yīng)中，由于糖鏈的引入和多羥基的親水性可大大提高混合凝膠的溶解性。

2.2.2 乳化特性與起泡特性

蛋白質(zhì)乳化特性是指油和水形成乳狀液的能力，包括乳化活性和乳化穩(wěn)定性，兩種指標(biāo)的改善，有助于乳化溶液的形成和穩(wěn)定[52]。多種因素可影響蛋白質(zhì)的乳化特性，如pH值能夠使處于等電點的蛋白質(zhì)溶解性下降，進而降低其乳化性；而淀粉-蛋白質(zhì)混合體系的形成能改善蛋白類食品乳化性：楊明[53]觀測到淀粉的添加量不同會對鯉魚肌原纖維蛋白乳化性產(chǎn)生影響，隨著馬鈴薯淀粉添加量提高，其乳化活性及乳化穩(wěn)定性呈現(xiàn)先增加后減小再增加的趨勢；周紛等[54]研究發(fā)現(xiàn)，玉米淀粉添加量為0～4%時，雞胸肉溶鹽性蛋白乳化特性呈先上升后下降再上升趨勢。乳化特性上升階段，一方面是由淀粉顆粒在冷水溶液中吸水是可逆的，導(dǎo)致其體積變大，淀粉顆粒粉碎，最后融入到乳化液中，蛋白質(zhì)與淀粉的相互作用使附著于蛋白表面的油滴與淀粉反應(yīng)，并形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)阻礙油滴之間聚攏，進而增加蛋白復(fù)合體系及復(fù)合物的乳化活性和乳化穩(wěn)定性。另一方面，淀粉自身的疏水性使淀粉-蛋白質(zhì)混合體系油-水界面的面積變大，導(dǎo)致乳化活性增加。當(dāng)?shù)矸酆枯^少時，蛋白質(zhì)乳液間發(fā)生橋連絮凝作用，加速了乳液失穩(wěn)，使乳化穩(wěn)定性下降；而隨著淀粉含量增加，淀粉會附著在蛋白質(zhì)表面，降低蛋白質(zhì)表面活性；當(dāng)?shù)矸酆窟^多時，會觸發(fā)“排斥絮凝”，最終導(dǎo)致蛋白乳化活性降低[53-54]。周鳳超等[55]研究發(fā)現(xiàn)，不同改性處理的馬鈴薯淀粉和馬鈴薯淀粉與肌原纖維蛋白形成復(fù)合物的乳化活性和乳化穩(wěn)定性遠強于純肌原纖維蛋白，同時也證明“排斥絮凝”這一現(xiàn)象；王振興[11]探究不同條件下對淀粉-蛋白復(fù)合物凝膠乳化性的影響，其結(jié)果表明，變性淀粉-大豆蛋白復(fù)合物凝膠的形成明顯提高了大豆分離蛋白溶液的乳化活性和不同pH下的乳化穩(wěn)定能力。

蛋白質(zhì)起泡特性主要包括起泡性和泡沫穩(wěn)定性，對泡沫形成有很大影響。內(nèi)在因素和外在因素都會影響蛋白的起泡特性，而添加淀粉對于蛋白質(zhì)起到的影響包括淀粉的種類及其水解度（hydrolytic degree，DE）、淀粉與蛋白質(zhì)復(fù)配比等內(nèi)在因素[56]。從本質(zhì)上而言，蛋白質(zhì)起泡特性與溶解性的關(guān)系更為直接，但部分淀粉的添加對蛋白質(zhì)起泡特性有改善作用。周家華等[51]發(fā)現(xiàn)不同DE的玉米淀粉對大豆蛋白的起泡性影響差異較小，但總體對泡沫穩(wěn)定性具有提升作用；李爽[57]的研究表明隨著馬鈴薯淀粉含量的增加，對葵花分離蛋白的起泡特性改善作用越明顯。該現(xiàn)象可能是在蛋白溶液攪拌過程中，因其本身起泡性，在制備蛋白凝膠過程中氣泡破裂導(dǎo)致凝膠表面顯出孔狀結(jié)構(gòu)，而淀粉的加入能抑制蛋白質(zhì)起泡性，使蛋白在攪動中產(chǎn)生較少的起泡，凝膠表面微孔也隨之減少[57]。

2.2.3 凝膠特性

凝膠特性指蛋白質(zhì)分子在水溶液中受到誘導(dǎo)因子影響，體系內(nèi)作用力達到平衡狀態(tài)，形成具有三維網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)體系[58]。凝膠特性可分為凝膠彈性與凝膠硬度，凝膠強度能作為評價彈性與硬度的評判指標(biāo)。不同種類、添加量以及支鏈與直鏈占比的淀粉同蛋白所產(chǎn)生的復(fù)合物對蛋白的凝膠特性的影響存在差異。

目前，淀粉-蛋白混合體系凝膠特性的研究主要集中于動物蛋白，如吳香等[31]提取雞胸肉中的肌原纖維蛋白，與多種改性淀粉（添加量為8%）進行復(fù)合，所制備的淀粉-蛋白復(fù)合凝膠強度都有明顯提升，這種蛋白質(zhì)凝膠強度的增加主要歸因于“充填效應(yīng)”[59]?！俺涮钚?yīng)”是淀粉糊化使其充分吸水，導(dǎo)致復(fù)合凝膠強度變大。李爽[57]測定不同比例葵花分離蛋白和馬鈴薯淀粉的凝膠流變學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)隨著淀粉占比變大，凝膠強度隨之增強。但是當(dāng)?shù)矸厶砑恿砍^一定量時，反而會降低體系凝膠強度，原因可能為肌原纖維蛋白在凝膠過程中混有過多的淀粉分子，從而抑制其自身形成[31]?！俺涮钚?yīng)”還與淀粉顆粒大小有一定關(guān)系，相對較大的淀粉顆粒，其形成凝膠所需的溫度與糊化溫度相近，進而增加復(fù)合蛋白凝膠強度[40]，王詩萌等[60]認為馬鈴薯淀粉和木薯淀粉可隨著添加量增加而改變蝦姑的肌原纖維蛋白凝膠強度，但玉米淀粉對其凝膠強度無顯著影響，該現(xiàn)象可能由于不同淀粉顆粒大小不同而產(chǎn)生。此外，溫度會對蛋白聚合程度產(chǎn)生一定影響，從而凝膠強度發(fā)生變化。陳洋洋[61]發(fā)現(xiàn)在60～80 ℃，未添加淀粉的肌原纖維蛋白強度會隨著溫度升高而降低，而添加木薯淀粉后可改善這一現(xiàn)象并使得在80 ℃下凝膠強度達到最高。支鏈淀粉對蛋白凝膠強度的影響會更大，楊明[53]發(fā)現(xiàn)馬鈴薯淀粉支鏈淀粉含量大于直鏈淀粉含量，對肌原纖維蛋白的凝膠強度影響更大。Chen Da等[38]認為在低pH值下乳清蛋白和馬鈴薯淀粉之間的協(xié)同作用有助于凝膠彈性增加，但是在中性pH值條件下淀粉和蛋白質(zhì)不相容。不同改性淀粉與蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物具有不同的凝膠強度，F(xiàn)an Mingcong等[62]發(fā)現(xiàn)添加高交聯(lián)木薯淀粉比乙酰化木薯淀粉與魚肌原蛋白所形成的凝膠，其糊化溫度和熱穩(wěn)定性更高，且能降低蛋白質(zhì)復(fù)合物凝膠強度，而高乙?；宦?lián)木薯淀粉的加入能產(chǎn)生較低的糊化溫度和較高的峰值黏度。Chu Lulu等[63]發(fā)現(xiàn)隨著菝葜淀粉含量的增加，硫酸鈣誘導(dǎo)大豆分離蛋白凝膠體系的黏度、彈性、凝膠強度和持水性明顯提高，微觀結(jié)構(gòu)更加致密。

3 淀粉-蛋白混合體系的應(yīng)用

綜合目前研究現(xiàn)狀，淀粉與蛋白質(zhì)通過多種方式形成的混合體系，大部分顯示出更加優(yōu)越的效果。越來越多研究者將淀粉和蛋白進行混合得到符合預(yù)期的產(chǎn)品，淀粉-蛋白復(fù)合物根據(jù)淀粉種類、蛋白質(zhì)種類、加工條件、淀粉與蛋白配比等多種因素影響而表現(xiàn)出理化性質(zhì)上的差異，進而影響食品的營養(yǎng)及品質(zhì)。為充分利用淀粉-蛋白混合體系并開發(fā)新產(chǎn)品，拓展其在食品工業(yè)的應(yīng)用范圍，研究人員構(gòu)建了不同的淀粉-蛋白混合體系。有關(guān)淀粉-蛋白混合體系的應(yīng)用及優(yōu)勢如表2所示。

表2 淀粉-蛋白混合體系常見應(yīng)用及優(yōu)勢Table 2 Common applications and advantages of starch-protein complexes

3.1 包裝材料

天然淀粉與蛋白質(zhì)皆有易得、低成本、可生物降解等優(yōu)點，可應(yīng)用于各種生物復(fù)合材料的制備，具有很大的開發(fā)潛力。但單一物質(zhì)所制備的包裝膜機械性能差、阻水性能弱，并且缺少部分物理性質(zhì)，如脆性、高親水性等。二者進行共混改性可進行優(yōu)勢互補，更好地應(yīng)用于復(fù)合材料的制備[66-67]。淀粉-蛋白混合體系在工業(yè)生產(chǎn)中主要有以下幾方面應(yīng)用：1）淀粉-蛋白復(fù)合凝膠可作為營養(yǎng)或功能性成分的載體，應(yīng)用于包裝材料的制備[13]，劉抗[14]制備蓮藕淀粉-乳清蛋白復(fù)合凝膠作為包裝VD3的載體以提高其在多種條件下的穩(wěn)定性和生物利用；2）塑料制品在食品包裝行業(yè)中應(yīng)用廣泛，但其存在降解能力差以及對生態(tài)造成不利影響等缺點，新型淀粉基復(fù)合保鮮膜可用于果蔬制品的復(fù)合保鮮，從而減少使用塑料包裝，將成為食品包裝發(fā)展的一個新趨勢[2]。陰彤彤[15]發(fā)現(xiàn)相較于純玉米淀粉，玉米淀粉-大豆蛋白復(fù)合物與Nano-TiO2結(jié)合時，能夠最大限度增強其分子內(nèi)部之間的相互作用，促使復(fù)合膜結(jié)構(gòu)緊密度得到加強，用此材料包裝圣女果能使其貯藏時間得以延長，保鮮效果也更為顯著。其原因可能是大豆蛋白能與Nano-TiO2通過氫鍵鏈接形成的分子間作用力更加穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密，可有效阻礙二氧化碳、氧氣的通過，進一步保證包裝內(nèi)環(huán)境二氧化碳濃度大于氧氣濃度，增強保鮮效果[15]；相較于純復(fù)合膜，蠟質(zhì)玉米淀粉和改性蠟質(zhì)玉米淀粉與玉米醇溶蛋白形成的淀粉基復(fù)合膜大大增強膜的拉伸強度、延展性及疏水性，滿足作為可食性食品包裝材料的條件[2]；魏倩等[64]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH值為9.6、溫度處于60.2 ℃、淀粉添加比例為50.3%、甘油添加比例46.4%時能夠使大豆分離蛋白-玉米淀粉復(fù)合膜抗拉強度及斷裂延伸達到最大，為制備高強度復(fù)合膜提供一定理論依據(jù)。

3.2 食品原料及加工

淀粉-蛋白混合物作為原料主要應(yīng)用于兒童食品、休閑食品等新型食品開發(fā)[4]。如馬鈴薯淀粉-小麥蛋白質(zhì)混合物制作的面條相較于小麥面條，其硬度、咀嚼性更低，能夠延緩老化，貯存時間更久[4]。王振興[11]利用添加一定量淀粉（不同DE）-大豆分離蛋白-膠復(fù)合物制作的面包，從感官評價、面包比容、硬度、咀嚼性、彈性等方面都有顯著改善。黎芳等[68]通過向小麥淀粉與面筋中加入3 種蛋白質(zhì)制作饅頭，其面團穩(wěn)定時間有不同程度延長，對感官及功能特性都有一定影響；楊勇等[69]采用高濕擠壓技術(shù)制備纖維組織化結(jié)構(gòu)更為緊實、硬度更貼合人們?nèi)粘Ｐ枨?、彈性和?nèi)聚性得到改善的玉米淀粉-大豆分離蛋白基素肉。

近些年淀粉的添加對肉制品品質(zhì)的影響也備受關(guān)注，淀粉對于肉制品的影響主要是淀粉與肌原纖維蛋白形成淀粉-蛋白復(fù)合凝膠，一方面影響肉制品質(zhì)地及加工后成品的感官評價；另一方面影響其本身理化及功能特性。目前馬鈴薯淀粉因其具有良好的功能特性、在加工過程不會產(chǎn)生異味、價格低廉、資源豐富等優(yōu)點，常應(yīng)用于制備淀粉-不同種肌原纖維蛋白混合凝膠的首選淀粉原料[35]。周鳳超等[32]發(fā)現(xiàn)改性馬鈴薯淀粉和豬肉纖維蛋白混合能形成結(jié)構(gòu)更為緊密的凝膠；陳洋洋[61]使用馬鈴著醋酸醋化淀粉與豬肉纖維蛋白在一定條件下混合制備的豬肉腸具有更佳的咀嚼性，感官評價明顯提高；孔鵬等[65]按一定量添加玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、磷酸酯淀粉于雞肉鹽溶蛋白質(zhì)中并在特定條件下可得到更好的雞肉糜加工產(chǎn)品。

4 結(jié) 語

淀粉與蛋白作為食品中的主要成分，在食品加工和貯藏過程中，蛋白質(zhì)常與淀粉發(fā)生相互作用，從而會影響蛋白的溶解性、乳化特性、起泡特性及凝膠特性以及淀粉的流變、糊化、回生特性等理化特性，并且淀粉及蛋白質(zhì)的種類繁多，結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、混合體系的制備工藝等也有所區(qū)別，進而對食品品質(zhì)產(chǎn)生不同影響；因此，淀粉-蛋白混合體系的研究受到國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。

目前有關(guān)淀粉-蛋白混合體系的研究仍有許多問題亟待進一步深入研究：1）盡管淀粉與蛋白質(zhì)之間主要通過共價與非共價結(jié)合的方式發(fā)生互作，但相互之間的結(jié)合位點尚不明確，形成機理研究不夠深入；2）大多數(shù)技術(shù)停留在實驗室水平，需要在實際生產(chǎn)過程中進一步優(yōu)化現(xiàn)有制作工藝并使用新技術(shù)來拓展淀粉-蛋白混合體系的應(yīng)用范圍；3）目前用于制備淀粉與蛋白混合體系的各個方法都具有缺點，可將多種方法組合使用，優(yōu)化制備方案，提高其制備效率；4）大多數(shù)研究僅集中于淀粉-蛋白混合體系的理化特性上，對于其功能特性研究很少，深入功能特性的研究能擴大復(fù)合物的應(yīng)用范圍；5）在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，充分利用并搭配食品中各組分進行組合，可將淀粉-蛋白二元混合體系拓展到三元甚至多元混合體系，以豐富混合體系的研究。淀粉-蛋白混合體系雖然在研究上仍有許多不足，但在一定程度上為淀粉及蛋白的利用提供新思路，進一步探究多種蛋白質(zhì)與淀粉對于食品品質(zhì)的改善具有重要意義，將有更加廣闊的開發(fā)前景。