淀粉基共混面團(tuán)的流變表征及特性研究進(jìn)展

密 更，王 甜，李學(xué)鵬，勵(lì)建榮，謝 晶*

（1 上海海洋大學(xué)食品學(xué)院 上海 201306 2 渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心 遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 遼寧錦州 121013）

制作和食用粉絲是典型的亞洲飲食文化特色之一。粉絲的制作工藝起源于中國(guó)，相關(guān)文字記載可追溯至北魏后期賈思勰所著的《齊民要術(shù)》中[1]。最早規(guī)模化生產(chǎn)的粉絲為綠豆粉絲，之后經(jīng)由山東省招遠(yuǎn)港流傳至亞洲各地，進(jìn)而衍生出各種具有地域特色的粉絲類(lèi)食品，例如韓國(guó)的Dang myun、日本的Harusame、泰國(guó)的Wún-sên 以及菲律賓的Bihon 等[2]。綠豆淀粉被認(rèn)為是制作面條的最佳原料。與其它淀粉相比，它具有許多優(yōu)良的蒸煮性能，如外觀透明，抗拉強(qiáng)度高，蒸煮損失低等[3-4]。近年來(lái)，世界各地尤其是亞洲各國(guó)對(duì)綠豆淀粉粉絲的需求逐年增加，然而綠豆淀粉產(chǎn)量有限，價(jià)格高于其它淀粉，難以填補(bǔ)市場(chǎng)需求的缺口。尋找其它材料替代綠豆，在一定程度上對(duì)降低生產(chǎn)成本具有重要意義。另外，純淀粉食品的一些薄弱點(diǎn)限制了其發(fā)展，例如淀粉是一種多糖，當(dāng)人們食用后，它會(huì)迅速釋放大量的葡萄糖，這對(duì)肥胖人群及糖尿病患者非常不友好。此外，其缺乏蛋白質(zhì)、微量元素、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)成分較為單一。由多種高分子物質(zhì)共混而成的淀粉基食品可以改善以上問(wèn)題，近年來(lái)引起人們的重視。

水膠體是最常見(jiàn)，也是研究最多的添加物。大多數(shù)水膠體在室溫下都具有良好的保水性和凝膠性。它們能很好地改善淀粉面條的質(zhì)地和流變特性[5-7]。然而，由于這類(lèi)物質(zhì)很多屬于膠體類(lèi)，在如今談膠色變的市場(chǎng)中，消費(fèi)者普遍認(rèn)為其為人工食品，認(rèn)可度相對(duì)較差[8]。另外，殼聚糖、單硬脂酸甘油酯和其它變性淀粉也是不錯(cuò)的選擇[9-10]。天然蛋白質(zhì)是另一個(gè)有較好發(fā)展前景的添加物，最常用及研究最多的是大豆蛋白、蛋清蛋白和乳清蛋白等[11-13]。動(dòng)物源蛋白的相關(guān)研究目前較少。

面團(tuán)性質(zhì)決定了淀粉基食品的品質(zhì)。粉絲類(lèi)食品的加工方法可以分為三大類(lèi)：漏孔法（Dropping）、擠出法（Extruding）及切割法（Cutting）。不同的方法對(duì)淀粉面團(tuán)的品質(zhì)要求有很大差異。相比于普通的谷物面團(tuán)，淀粉面團(tuán)具有獨(dú)特的品質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先是面團(tuán)相結(jié)構(gòu)不同：普通谷物面團(tuán)含有大量的麥谷蛋白，可以形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而其它成分如淀粉在面團(tuán)中為分散相，起到填充的作用；淀粉面團(tuán)使用預(yù)糊化的淀粉作為黏合劑（binder）來(lái)代替麥谷蛋白作為網(wǎng)絡(luò)連續(xù)相，而未糊化的淀粉顆粒作為分散相。其次是面團(tuán)的觸變性不同：用普通面團(tuán)生產(chǎn)的面條主要采用的是擠出法和切割法，對(duì)面團(tuán)的硬度有要求，而對(duì)觸變性要求不高；現(xiàn)代化粉絲生產(chǎn)中，主要采用漏孔法，要求淀粉面團(tuán)有較好的觸變性[14]。實(shí)際上，流變儀可以模擬多種實(shí)際加工中的工藝方法。例如，采用穩(wěn)態(tài)剪切試驗(yàn)?zāi)M滴落階段來(lái)表征其觸變特性；采用高頻率剪切模擬揉混階段來(lái)表征其流動(dòng)特性[15]；采用動(dòng)態(tài)頻率掃描模擬聚合物的高頻振動(dòng)來(lái)評(píng)價(jià)聚合物的相互作用強(qiáng)度。流變儀是表征其特性，研究其品質(zhì)的有效手段。

1 淀粉面團(tuán)的流變特性及表征方法

目前在淀粉面團(tuán)流變特性的相關(guān)研究中，按照面團(tuán)在測(cè)定時(shí)的形變程度分類(lèi)主要有兩種，一種是對(duì)面團(tuán)施加大幅的振蕩或攪拌，例如使用混合儀或快速黏度計(jì)來(lái)測(cè)定，主要用來(lái)表征面團(tuán)在形成過(guò)程中的宏觀流變特征，主要用來(lái)了解面團(tuán)的加工特性[16]。另一類(lèi)是對(duì)面團(tuán)施加小幅振蕩或旋轉(zhuǎn)，例如使用旋轉(zhuǎn)流變儀來(lái)測(cè)定，主要用來(lái)表征面團(tuán)在微觀結(jié)構(gòu)層面的流變特征[17-18]。后一種更為常見(jiàn)，且相關(guān)研究較為集中，對(duì)于淀粉面團(tuán)，其常用的流變特性主要有三類(lèi)：穩(wěn)態(tài)流變特性、動(dòng)態(tài)流變特性以及瞬態(tài)流變特性。

穩(wěn)態(tài)流變中，流變儀對(duì)樣品在某一方向持續(xù)施加旋轉(zhuǎn)剪切，主要提供扭矩和角速度。通過(guò)穩(wěn)態(tài)流變，可以用于表征樣品的流動(dòng)特性。按照對(duì)時(shí)間的依附程度可以將淀粉面團(tuán)分為非依時(shí)性流體（剪切變稠或剪切變?。┖鸵罆r(shí)性流體（觸變或震凝）。對(duì)于淀粉面團(tuán)來(lái)說(shuō)除了震凝，其它3 個(gè)流動(dòng)現(xiàn)象均普遍存在。觸變性是淀粉面團(tuán)區(qū)別于其它面團(tuán)的一個(gè)重要特征。觸變亦稱(chēng)搖變，是指面團(tuán)受到剪切時(shí)稠度變小，停止剪切時(shí)稠度又增加或受到剪切時(shí)稠度變大，停止剪切時(shí)稠度又變小的性質(zhì)即一“觸”即“變”的性質(zhì)。用漏勺法制備淀粉面條時(shí)，用手拍打就是一個(gè)觸變的誘導(dǎo)過(guò)程，從孔中漏出時(shí)，發(fā)生了剪切變稀的情況，然后緊接著會(huì)發(fā)生延伸流動(dòng)（extensional flow），這一過(guò)程正是利用了淀粉面團(tuán)的觸變性。觸變性的大小由剪切速率-黏度圖譜中滯后環(huán)（hysteresis loop）的大小決定[1]。一般來(lái)說(shuō)，環(huán)的面積越大，則代表面團(tuán)的觸變性越好。不同的淀粉制備的面團(tuán)，其觸變性有很大區(qū)別，Wang 等[21]比較了紅薯淀粉、木薯淀粉、綠豆淀粉等9 種常見(jiàn)淀粉面團(tuán)的觸變性，發(fā)現(xiàn)紅豆淀粉、綠豆淀粉等豆類(lèi)淀粉的面團(tuán)觸變性較大，而木薯淀粉、土豆淀粉、小麥淀粉和大米等根莖和禾谷類(lèi)淀粉的面團(tuán)的觸變性較小。這證實(shí)了豆類(lèi)淀粉在生產(chǎn)粉絲方面潛在的優(yōu)勢(shì)。一個(gè)適合生產(chǎn)淀粉面條的面團(tuán)不僅要有較高的觸變性，還要具有良好的流動(dòng)性。幾乎所有的淀粉面團(tuán)都不是標(biāo)準(zhǔn)的牛頓流體，而是隨著剪切速率不同表現(xiàn)出剪切變稠或者剪切變稀的特性。由于儀器的限制，對(duì)于無(wú)限大或無(wú)限小（零剪切） 的面團(tuán)的流動(dòng)特性無(wú)法測(cè)出，另一方面儀器無(wú)法直接判定出面團(tuán)的硬度、流體類(lèi)型、面團(tuán)穩(wěn)定性等特征值，這就需要用模型進(jìn)行擬合計(jì)算。對(duì)于淀粉面團(tuán)，現(xiàn)有的常見(jiàn)擬合模型有從簡(jiǎn)單的Newtonian 模型到較為復(fù)雜的Ellis 模型共有接近10 種，其中3 種最為常用，分別為冪律模型[19-21]、赫謝爾-巴爾克萊（Herschel-Bulkley）模型[22-23]和卡森（Casson）模型[24-25]。冪律方程表達(dá)式為：τ=K·γn，其中：τ 為剪切應(yīng)力；K 為稠度系數(shù)，K 值越大，黏度越高；γ 為剪切速率；n 為流變特征指數(shù)，當(dāng)n<1 時(shí)，面團(tuán)表現(xiàn)出剪切稀化特性。當(dāng)n=1 時(shí)，面團(tuán)為牛頓流體。當(dāng)n＞1 時(shí)，面團(tuán)表現(xiàn)出剪切稠化特性。Wang 等[26]運(yùn)用冪律模型分析了蠟質(zhì)玉米淀粉和黃原膠在蔗糖存在下的流變行為，研究發(fā)現(xiàn)，K 值在剪切速率下降流動(dòng)曲線(xiàn)中比剪切速率上升流動(dòng)曲線(xiàn)中大，表明黃原膠在剪切速率下降階段具有更顯著的增稠效應(yīng)。此外，剪切速率下降曲線(xiàn)的n 值小于剪切速率上升曲線(xiàn)的相應(yīng)值，表明流體的假塑性增加。赫謝爾-巴爾克萊（Herschel-Bulkley）模型[27]表示為：τ=τ0+K·γn，其中τ0是屈服應(yīng)力。Viturawong 等[28]運(yùn)用赫謝爾-巴爾克萊模型分析了大米淀粉/黃原膠混合物的流變性能，結(jié)果表明，所有面團(tuán)中都可以觀察到一個(gè)滯后環(huán)區(qū)，表明樣品結(jié)構(gòu)被剪切場(chǎng)破壞之后結(jié)構(gòu)改變或形成新結(jié)構(gòu)?？ㄉ–asson）模型常用來(lái)表示連續(xù)剪切過(guò)程中流體的流動(dòng)性趨勢(shì)，表示為：η=η∞+（η0-η∞）（1+Cγm），η 是表觀黏度，η∞是無(wú)窮剪切黏度，η0是零剪切黏度，C 是稠度，m 是流變特征指數(shù)[29]。Shi 等[30]運(yùn)用卡森模型分析了NaCl 對(duì)酸水解馬鈴薯淀粉流變特性的影響，結(jié)果表明，在零剪切速率和無(wú)限剪切速率下，加入NaCl 可顯著降低淀粉體系的黏度值，NaCl 的存在可以削弱剪切變薄行為，并在一定程度上使懸浮液在剪切過(guò)程中更加穩(wěn)定。

動(dòng)態(tài)流變測(cè)試中，流變儀的馬達(dá)對(duì)樣品左右擺動(dòng)進(jìn)行剪切，主要提供扭矩和角位移，通過(guò)動(dòng)態(tài)流變，可以用來(lái)表征樣品的黏彈性。這些黏彈性具體可以用動(dòng)態(tài)復(fù)合黏度（η*），儲(chǔ)存模量（G′）損耗模量（G″），復(fù)合模量，損失因子（tanδ=G″/G′）等特征值來(lái)描述。淀粉面團(tuán)是標(biāo)準(zhǔn)的黏彈體，兼具固液二性，其動(dòng)態(tài)流變特征值是面團(tuán)的品質(zhì)特征最好的表征手段。對(duì)淀粉面團(tuán)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變掃描，可以間接了解淀粉基面團(tuán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)（junction zone）的相對(duì)強(qiáng)度（G′），以及面團(tuán)對(duì)流動(dòng)的相對(duì)阻抗（G″）。這些特征值一般是在面團(tuán)的線(xiàn)性黏彈區(qū)間測(cè)得的，在此區(qū)間內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變呈線(xiàn)性關(guān)系，面團(tuán)的結(jié)構(gòu)尚未破壞。一般來(lái)說(shuō)，淀粉面團(tuán)的線(xiàn)性黏彈區(qū)要比含面筋的面團(tuán)小很多。例如Zhang 等[31]測(cè)定了5 種不同淀粉源的淀粉面團(tuán)的線(xiàn)性黏彈區(qū)，發(fā)現(xiàn)它們均在0.05%～0.1%之間，而有面筋存在時(shí)，線(xiàn)性黏彈區(qū)均介于0.1%～0.25%[32]。對(duì)于淀粉面團(tuán)來(lái)說(shuō)，除了淀粉自身的特點(diǎn)外，溫度對(duì)其動(dòng)態(tài)黏彈性有較大影響，在此期間面團(tuán)將經(jīng)歷凝膠-網(wǎng)絡(luò)瓦解-網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)3 個(gè)過(guò)程[33]。面團(tuán)在加熱初期，G′和G″會(huì)逐步增加至峰值，而tanδ 會(huì)逐步降低，此時(shí)直連淀粉開(kāi)始逐步從淀粉顆粒中滲出（leaking），互相纏繞形成三維網(wǎng)絡(luò)，而支鏈淀粉和部分淀粉顆粒則充當(dāng)了分散相[34]；繼續(xù)加熱至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，tanδ 會(huì)呈降低趨勢(shì)，此時(shí)淀粉顆粒中的結(jié)晶區(qū)會(huì)發(fā)生熔融，而支鏈淀粉分子鏈也會(huì)發(fā)生松懈舒展；繼續(xù)加熱，面團(tuán)的G′、G″和tanδ 則都會(huì)有一個(gè)小幅的增加，原因是部分支鏈淀粉中的短鏈也從基質(zhì)中滲出，加強(qiáng)了之前直鏈淀粉形成的明膠網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度，而滲出同時(shí)也導(dǎo)致分散相的強(qiáng)度有所降低[35]。

瞬態(tài)流變測(cè)試中，流變儀對(duì)面團(tuán)施加一定大小的扭力并保持一段時(shí)間后突然撤去，是測(cè)量蠕變回復(fù)及應(yīng)力松弛的主要方式。常用柔量（J，Pa-1）來(lái)表征面團(tuán)的瞬態(tài)流變特征，它表示單位力產(chǎn)生的面團(tuán)形變的大小。一般來(lái)說(shuō)，淀粉面團(tuán)在受到應(yīng)力時(shí)，首先淀粉分子鏈內(nèi)的鍵長(zhǎng)和鍵角立刻發(fā)生變化，此時(shí)產(chǎn)生的形變很小，產(chǎn)生了一個(gè)可立即回復(fù)的普彈柔量，它是由于淀粉分子內(nèi)部鍵長(zhǎng)和鍵角發(fā)生變化所引起的，這個(gè)柔量和時(shí)間沒(méi)有關(guān)系[36]；應(yīng)力時(shí)間增加，淀粉單個(gè)分子的鏈段開(kāi)始發(fā)生運(yùn)動(dòng)，由卷曲狀向直鏈狀拉伸，淀粉面團(tuán)發(fā)生高彈形變，相對(duì)應(yīng)的柔量為高彈柔量。高彈形變?cè)诔ネ饬r(shí)也可以逐漸回復(fù)，對(duì)時(shí)間（應(yīng)力施加時(shí)間t 以及遲滯時(shí)間λ）有依賴(lài)性。如果應(yīng)力時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，淀粉面團(tuán)會(huì)發(fā)生分子鍵的相對(duì)滑移，結(jié)構(gòu)被破壞，宏觀上表現(xiàn)為黏性流動(dòng)，此類(lèi)形變是不能回復(fù)的。實(shí)際面團(tuán)的形變過(guò)程較為復(fù)雜，需要用Maxwell 和Kevin 聯(lián)合模型進(jìn)行表征[37]。最大蠕變?nèi)崃浚↗max）用來(lái)表征面團(tuán)的硬度，該值越小表示面團(tuán)的抗形變能力越好。研究表明，淀粉面團(tuán)的Jmax要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于面包面團(tuán)以及硬質(zhì)小麥面團(tuán)[38]。另外淀粉面團(tuán)黏合劑的比例對(duì)于面團(tuán)的Jmax也有較大影響，F(xiàn)u 等[39]研究發(fā)現(xiàn)黏合劑比例越高的淀粉面團(tuán)，其Jmax越小，相對(duì)于柔量越大，Wang 等[38]也有類(lèi)似發(fā)現(xiàn)。另外一個(gè)特征指標(biāo)為遲滯時(shí)間λ，該值越小，表明淀粉面團(tuán)的回復(fù)時(shí)間越短、彈性越好。研究表明，面團(tuán)中水分含量越高，遲滯時(shí)間可能越長(zhǎng)[40]。零剪切黏度（η0）是另外一個(gè)面團(tuán)蠕變特征值，可以用來(lái)表征面團(tuán)在應(yīng)力消失時(shí)的流動(dòng)情況，該值越小，表明面團(tuán)越難維持其原有形狀（越易流動(dòng)）。這一特性在淀粉面團(tuán)漏勺加工時(shí)有一定優(yōu)勢(shì)，η0越小表明在打破流動(dòng)時(shí)的能量越小，越易開(kāi)始流動(dòng)[41]。

2 高分子物質(zhì)對(duì)淀粉面團(tuán)流變特性的影響

2.1 蛋白質(zhì)

研究表明，蛋白質(zhì)的添加對(duì)淀粉凝膠流變性質(zhì)特別是動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)影響較大[42-43]。已有研究添加的蛋白有乳清蛋白、大豆蛋白、谷蛋白等。淀粉和蛋白質(zhì)是普遍存在于食品中的重要生物大分子，而且淀粉和蛋白質(zhì)都有形成凝膠的能力，當(dāng)兩種成分形成凝膠時(shí)，得到的體系通常稱(chēng)為復(fù)合凝膠，部分復(fù)合凝膠都因分子間熱力學(xué)不相容可能形成分離相分離系統(tǒng)[44]（Segregative phase separation system）進(jìn)而影響混合物的黏彈性。蛋白質(zhì)-淀粉復(fù)合凝膠的凝膠結(jié)構(gòu)取決于蛋白質(zhì)和淀粉之間的相互作用。近幾年，關(guān)于蛋白質(zhì)對(duì)淀粉糊流變性的影響的研究已有報(bào)道，但研究蛋白質(zhì)的酶解物對(duì)淀粉糊流變特性的影響較少，此外，改性蛋白對(duì)淀粉糊流變性質(zhì)的影響機(jī)理尚不明確。

乳清蛋白因其具有的乳化特性、成膠特性等而廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)[45]，劉成龍等[46]研究了乳清蛋白對(duì)玉米淀粉糊流變性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蛋白-淀粉體系呈現(xiàn)典型弱凝膠特點(diǎn)，乳清蛋白能夠提高混合體系黏彈性。Kumar 等[47]將乳清蛋白濃縮物（Whey protein concentrate，WPC）和乳清白蛋白（Whey lactalbumin，WLAC）添加到燕麥淀粉中，研究發(fā)現(xiàn)，乳清蛋白-燕麥淀粉體系的黏度降低，添加或不添加WPC 和WLAC 的燕麥淀粉均是剪切變稀流體，其表觀黏度隨剪切速率的增加而減小。

大豆蛋白因其吸水能力較強(qiáng)而添加到面團(tuán)中會(huì)增強(qiáng)其黏彈性，而且和添加量有一定的關(guān)系[48-49]。Patrascu 等[50]研究了大豆蛋白對(duì)比蛋清蛋白、谷蛋白對(duì)馬鈴薯淀粉流變性的影響，頻率掃描過(guò)程中黏彈性行為如圖1所示。研究發(fā)現(xiàn)大豆蛋白和谷蛋白添加后的馬鈴薯淀粉混合體系的G' 和G″值均高于純淀粉，而蛋清蛋白有減弱作用。這說(shuō)明蛋清蛋白會(huì)弱化混合體系的結(jié)構(gòu)特性，使其具有很強(qiáng)的頻率依賴(lài)性，而大豆蛋白和谷蛋白的淀粉糊的結(jié)構(gòu)交聯(lián)度較高，頻率依賴(lài)性相對(duì)較弱。

圖1 淀粉-蛋白質(zhì)混合體系在頻率掃描中的黏彈性行為Fig.1 Viscoelastic behavior of starch-protein mixtures during frequency sweep test

谷蛋白和醇溶蛋白是小麥胚乳中的兩種主要貯藏蛋白，谷蛋白是一種高分子聚合物，主要決定面團(tuán)的彈性，醇溶蛋白是一種單體蛋白，主要影響面團(tuán)的延伸性。兩種聚合物在中性水溶液中的不溶性限制了它們?cè)谑称芳庸ぶ械膽?yīng)用，但是對(duì)谷蛋白和醇溶蛋白進(jìn)行酶改性后，可以應(yīng)用至淀粉共混面團(tuán)中并有較好的品質(zhì)改善作用。Ribotta等[51]的相關(guān)研究表明，大豆蛋白水解物可以改變玉米和木薯淀粉的糊化和流變特性。Chen 等[52]研究蛋白質(zhì)-谷氨酰胺（PG）酶修飾的谷蛋白（Glu）和醇溶蛋白（Gli）對(duì)馬鈴薯淀粉流變性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有樣品均是非牛頓流體，添加PG-Glu或PG-Gli 可降低淀粉漿料的屈服應(yīng)力和稠度系數(shù)（K 值），降低淀粉糊的黏度。Kumar 等[53]也取得了類(lèi)似的結(jié)果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，K 值的降低是因?yàn)槔业鞍?多糖體系中大分子的相互作用減弱。

2.2 水膠體

近幾年研究發(fā)現(xiàn)在淀粉中加入水膠體能夠有效改善淀粉凝膠的流變特性從而改善產(chǎn)品的感官特性和凝膠品質(zhì)，最常見(jiàn)的有黃原膠[54]和瓜爾膠[55-56]，它們的添加可以起到保護(hù)產(chǎn)品以及在加工和儲(chǔ)存過(guò)程中穩(wěn)定質(zhì)量的作用[57]。Correa 等[58]研究了刺槐豆膠對(duì)米粉凝膠性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有樣品是糯米淀粉時(shí)，添加的刺槐豆膠為2%，能對(duì)米粉凝膠性產(chǎn)生顯著影響。糯米淀粉表現(xiàn)為彈性流體，G″的變化趨勢(shì)類(lèi)似于G'。目前，有關(guān)各種水膠體對(duì)淀粉面團(tuán)的流變特性的影響的研究已有很多，但水膠體和淀粉的相互作用機(jī)理仍有待深入研究。

羧甲基纖維素鈉（Sodium carboxymethyl cellulose，CMC） 和羥丙基甲基纖維素（Hydroxypropyl methyl cellulose，HPMC） 分別是纖維素的離子醚和非離子醚，通過(guò)分子間和分子內(nèi)氫鍵形成超分子結(jié)構(gòu)和凝膠網(wǎng)絡(luò)，研究表明，添加CMC 和HPMC 可以有效增加淀粉凝膠的黏彈性和穩(wěn)定性。Sun 等[59]研究了纖維素衍生物水膠體對(duì)大米淀粉（Rice starch，RS）凝膠黏彈性的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。圖2結(jié)果表明和RS 相 比較，CMC 和HPMC 的加入顯著提高了G' 和G″的值。結(jié)果表明，添加或者不添加CMC/HPMC 的RS 都是典型的弱凝膠結(jié)構(gòu)。而且與RS 相比，CMC 降低了tanδ值，相反HPMC 有更高的tanδ 值，說(shuō)明RS-CMC凝膠比RS 和RS-HPMC 共混物具有更強(qiáng)的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在HPMC 和米粉之間的相互作用對(duì)無(wú)麩質(zhì)面團(tuán)流變學(xué)特性的影響的研究中也有相同的發(fā)現(xiàn)[60]。圖3結(jié)果表明，在蠕變階段，RS 在30 Pa恒定應(yīng)力下的應(yīng)變隨CMC 的加入而顯著降低，但隨HPMC 的加入而略有增加。通過(guò)比較研究?jī)煞N纖維素衍生物水膠體對(duì)RS 凝膠黏彈性的影響，可以發(fā)現(xiàn)添加CMC 的RS 凝膠具有較高的抗應(yīng)力性和較強(qiáng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

圖2 RS、RS-CMC 和RS-HPMC 凝膠的模量隨頻率的變化Fig.2 The variation of modulus with frequency for gels of RS，RS-CMC and RS-HPMC

圖3 RS、RS-CMC 和RS-HPMC 凝膠的蠕變曲線(xiàn)Fig.3 Creep curves for gels of RS，RS-CMC and RS-HPMC

結(jié)冷膠是一種線(xiàn)性親水性陰離子胞外多糖，作為膠凝或增稠劑廣泛應(yīng)用于食品中[61]。Fang 等[62]研究低?；透啧；Y(jié)冷膠對(duì)大米淀粉糊流變性能的影響，結(jié)果表明，高?；Y(jié)冷膠比低酰基結(jié)冷膠對(duì)淀粉糊的流變性有更大的影響。與低酰基結(jié)冷膠相比，高酰基結(jié)冷膠的加入顯著增加了儲(chǔ)存模量（G'）的值，降低了tanδ 值。進(jìn)行蠕變恢復(fù)測(cè)試時(shí)，高?；Y(jié)冷膠淀粉凝膠具有較高的抗應(yīng)力特性，并產(chǎn)生較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 小分子物質(zhì)對(duì)淀粉面團(tuán)流變特性的影響

3.1 脂質(zhì)

脂質(zhì)可能和淀粉形成復(fù)合物，該復(fù)合物在食品中的應(yīng)用很廣泛，淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物不僅對(duì)淀粉的功能和營(yíng)養(yǎng)特性有顯著影響，也改變了淀粉糊的流變特性[63-65]。研究表明，添加脂質(zhì)及脂類(lèi)衍生物，如單甘酯的雙乙酰酒石酸酯、單硬脂酸甘油酯、卵磷脂、蔗糖酯和酪蛋白能夠有效改善淀粉面團(tuán)的流變和質(zhì)量特性[66-68]。據(jù)報(bào)道，與其它淀粉相比，脂類(lèi)衍生物對(duì)大米淀粉的影響的相關(guān)研究較少[69-70]。蔗糖脂肪酸酯又稱(chēng)糖酯，由于蔗糖有8 個(gè)游離羥基，它可以與多達(dá)8 個(gè)脂肪酸酯化，形成由親水糖頭和一個(gè)或多個(gè)親脂脂肪酸尾組成的酯。Meng 等[71]研究不同類(lèi)型的蔗糖脂肪酸酯的加入對(duì)大米淀粉糊的流變性能有不同的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有樣品的流動(dòng)曲線(xiàn)均表現(xiàn)出剪切稀化和假塑性特性。另外，淀粉中添加脂肪酸會(huì)顯著改變混合體系的黏度和流動(dòng)性。肉豆蔻酸酯和淀粉結(jié)合使得體系的黏度以較高的速率增大，這是因?yàn)槿舛罐⑺狨サ姆肿娱L(zhǎng)度較短，容易和糊化過(guò)程中浸出的較短的淀粉分子發(fā)生相互作用。Raphaelides 等[72]研究了加熱過(guò)程中脂肪酸對(duì)玉米淀粉流變行為的影響，研究結(jié)果如圖4所示，和對(duì)照組相比，脂肪酸的加入極大增加了共混物的扭矩，脂肪酸鏈越長(zhǎng)，共混物的凝膠化溫度越高。另外，肉豆蔻酸明顯加速了共混體系的凝膠速率。研究發(fā)現(xiàn)肉豆蔻酸K 鹽可以明顯改變共混體系的黏度，這很大程度上取決于共混體系的溫度。

圖4 玉米淀粉-脂肪酸共混物在糊化過(guò)程中扭矩隨溫度的變化曲線(xiàn)Fig.4 Torque development during pasting of maize starch-fatty acids blends，as a function of temperature of pasting

3.2 鹽類(lèi)物質(zhì)

在淀粉面團(tuán)中添加少量的鹽類(lèi)物質(zhì)會(huì)使淀粉面團(tuán)的彈性增加，例如NaCl 可增加小麥面團(tuán)的阻力、彈性和延展性[73]，但是較高的NaCl 濃度會(huì)導(dǎo)致淀粉面團(tuán)黏度增大。此外，體系中存在的鹽類(lèi)物質(zhì)會(huì)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合水分子，使得淀粉面團(tuán)不能充分膨脹而黏度增大，最終導(dǎo)致面條的風(fēng)味、顏色和質(zhì)地發(fā)生改變。

淀粉面團(tuán)中的外源性鹽類(lèi)物質(zhì)（NaCl、KCl 和CaCl2）會(huì)削弱淀粉面團(tuán)的假塑性，增強(qiáng)其流變性能。Zhang 等[74]研究了鹽對(duì)淀粉/親水膠體混合物的流變性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，當(dāng)NaCl 濃度為0.5 mol/L 時(shí)，tanδ 值最小，說(shuō)明0.5 mol/L NaCl 溶液可增加蓮藕淀粉（LRS）/魔芋葡甘聚糖（KGM）混合物的彈性比例，這可能是由于NaCl 可以誘導(dǎo)KGM 分子聚集體形成。不同NaCl 濃度對(duì)不同直鏈淀粉/支鏈淀粉流變特性的影響的研究中也有類(lèi)似發(fā)現(xiàn)[75]。此外，隨著KCl 濃度升高，tanδ 值不斷增加，在1 mol/L 時(shí)tanδ 值超過(guò)了不加鹽體系，因此體系的黏性增長(zhǎng)幅度大于彈性增長(zhǎng)幅度。因CaCl2具有獨(dú)特的二價(jià)電荷，使其tanδ 值始終高于不加鹽體系，表明CaCl2顯著提高了LRS/KGM 混合物的黏度，并在0.5 mol/L 達(dá)到峰值。

鉀礬（KAl（SO4）2·12H2O）是一種含有結(jié)晶水的硫酸鉀和硫酸鋁的復(fù)鹽，是淀粉制品中常見(jiàn)的添加劑[76]。Li 等[77]研究了添加鉀礬對(duì)馬鈴薯淀粉面團(tuán)流變特性的影響。結(jié)果表明，與對(duì)照面團(tuán)相比，鉀礬的加入顯著增加了淀粉面團(tuán)的G'和G″值，表明淀粉面團(tuán)的彈性性能增強(qiáng)。添加鉀礬后G' 和G″的增加可能是因?yàn)榇嬖贏l3+和SO42-，這些鹽析離子能夠促進(jìn)直鏈淀粉的洗脫并且會(huì)和溶解了的直鏈淀粉形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

堿水是碳酸鈉和碳酸鉀的混合物，添加到面團(tuán)中會(huì)改變面團(tuán)的流變性及會(huì)使面團(tuán)類(lèi)制品呈現(xiàn)黃色外觀。Jia 等[78]研究堿水對(duì)鷹嘴豆-小麥復(fù)合粉面團(tuán)流變學(xué)的影響。結(jié)果表明，在所研究的頻率范圍內(nèi)，與對(duì)照組（未添加）相比，隨著堿水添加量（0.5%，1.0%，1.5%，2.0%）的增加，淀粉面團(tuán)的G'和G″均會(huì)增加，可能是因?yàn)閴A性鹽的存在會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)，從而產(chǎn)生更堅(jiān)實(shí)、更易伸展的面團(tuán)。

4 展望

消費(fèi)者對(duì)健康食品的不斷追求實(shí)際上加深了人們對(duì)現(xiàn)有食品的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了對(duì)新型食品的研究。開(kāi)發(fā)由多種營(yíng)養(yǎng)成分復(fù)配而成的共混物主食逐步成為了食品科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。已有的研究表明，這些復(fù)配后的淀粉共混類(lèi)食品具有獨(dú)特的品質(zhì)特征和感官特征，消費(fèi)者接受度較高，有較好的市場(chǎng)需求和應(yīng)用發(fā)展空間。流變學(xué)研究的是力與形變的關(guān)系，用來(lái)表征淀粉面團(tuán)的品質(zhì)特性非常適合。前人對(duì)于普通谷物面團(tuán)流變學(xué)特征的相關(guān)研究已經(jīng)很多，相關(guān)機(jī)理的研究也比較清楚，但從實(shí)際上來(lái)看，由于淀粉面團(tuán)組成和結(jié)構(gòu)的特殊性，將普通面團(tuán)的相關(guān)成果和理論套用至淀粉面團(tuán)顯然是不適合的，還有很多地方值得探索。對(duì)于淀粉面團(tuán)流變學(xué)特性的研究，筆者認(rèn)為未來(lái)的研究方向應(yīng)該集中在以下幾個(gè)方面：1）通過(guò)探究淀粉的流變學(xué)性質(zhì)，分析體系的結(jié)構(gòu)特征，解釋和預(yù)測(cè)淀粉面團(tuán)在實(shí)際加工過(guò)程中的變化。2）通過(guò)研究淀粉和其它物質(zhì)的相互作用機(jī)制，明確淀粉面團(tuán)的形成機(jī)理，找到各種因素對(duì)淀粉面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律，從而改善產(chǎn)品的質(zhì)量特性。3）添加高分子化合物對(duì)淀粉基食品的消化特性的影響及作用機(jī)理。4）蛋白較水膠體不管從營(yíng)養(yǎng)性、安全性還是消費(fèi)者認(rèn)可度都是較為理想的添加物質(zhì)，水產(chǎn)品來(lái)源的蛋白相應(yīng)研究較少，其研究方興未艾。5）通過(guò)可控相分離來(lái)制備具有特殊結(jié)構(gòu)的淀粉基食品具有很好的市場(chǎng)發(fā)展前景，對(duì)其的深入研究可滿(mǎn)足人們?cè)谑称窢I(yíng)養(yǎng)均衡的同時(shí)對(duì)食品口感的需求。