2012年第7期 粮食与油脂 47 预糊化淀粉制备、性质及其在食品工业中应用 吕莹果,郭玉,高学梅 (河南工业大学粮油食品学院, 河南郑州450052) 摘要:预糊化淀粉是一种物理变性淀粉,具有冷水可溶、保水性强等特点,用途广泛。该文综述 预糊化淀粉原料、制备方法和性质,并介绍预糊化淀粉在食品工业中应用,为食品用预糊化淀粉开 发和应用提供依据。 关键词:预糊化淀粉;变性淀粉;淀粉 Production and properties of pre-gelatinazed starch and its aDDllCatl0n in IOocl industry ●● J● ● n 1 ● ' ・ LU Ying—guo,GUO Yu,GAO Xue-mei (College of Grain,Oil and Food,Henan University of Technology,Zhengzhou 450052,Henan,China) Abstract:Pre—gelatinazed starch was produced by physical modiifcation of nature starch.It was widely used for the properties of soluble in cold water and its ability of water keeping.This essay introduced the ingredients、preparation and properties of pre—gelatinazed starch,summarized the utilization of pre-gelatinazed starch in food industry. Key words:pre-gelatinazed starch;modification starch;starch 中图分类号:TS236.9 文献标识码:A 文章编号:1008—9578(2012)07—0047—03 淀粉和化学变性淀粉,如交联淀粉、变性糯玉米淀粉 等。马铃薯预糊化淀粉与其它预糊化淀粉相比,具有 很强粘结性、良好成膜性能 q 。木薯淀粉也被广 泛用于生产预糊化淀粉,如2002年,盛建国等介绍经 化学修饰后再进行预糊化制备得到修饰预糊化木薯 淀粉性能,如粘度、拉丝长度、粘滞阻力等超过泰国泰 花牌预糊化木薯淀粉,也远远优于国产预糊化木薯淀 粉 引。 淀粉作为一种可再生资源,已成为工业重要原 料。我国目前淀粉产量已达150万吨…,淀粉及其 深加工产品广泛应用于食品、纺织、造纸、医药、饲料、 石油钻井、铸造、建筑等业。由于原淀粉许多固有性 质(冷水不溶性,糊液在酸、热、剪切作用下不稳定等) 制约淀粉在工业中应用,为改善淀粉性能、拓展其应 用范围,可通过物理、化学、酶等方法处理制备变性淀 粉,改变淀粉天然性质,增加其功能性或引进新的特 性,以满足工业发展之需。 预糊化淀粉是一种物理变性淀粉,也被称为0【一 淀粉;是在淀粉糊化呈分散状态后,经快速脱水干燥, 淀粉分子来不及重排而得到一种多孔、无明显结晶的 淀粉颗粒。由于预糊化淀粉具有多孔、氢键断裂结构, 并具冷水可溶、冷水稳定性好和保水性强等特点,因 此被用于许多工业部门呓】。 1预糊化淀粉原料Sn¥ ̄J备方法 传统预糊化淀粉生产主要是加热原淀粉,使淀粉 颗粒糊化,然后快速干燥、磨细、过筛、包装。具体采 用工艺路线为:淀粉和水一淀粉乳一糊化一干燥一 粉碎一包装。最常用生产方法为滚筒干燥法和挤压 法,其中又以滚筒法最为普遍。该法1908年由欧洲 Wulkank Supf发明,1920年正式应用于工业化生产; 而挤压法一般适用于实验室 。 1.1滚筒干燥法 预糊化淀粉是原淀粉在一定量水或亲水溶剂存 在下加热,利用水或亲水溶剂使其分子问氢键断裂、 破坏其规律排列胶束结构,完全糊化后,在高温下迅 速干燥而得到氢键断开、多孔状、无明显结晶的淀粉 颗粒。糊化作用过程可分为三个阶段:(1)可逆吸水 阶段。水分进入淀粉粒非晶质部分,体积略有膨胀, 此时冷却干燥,颗粒可复原,双折射现象不变;(2)不 可逆吸水阶段。随温度升高,水分进入淀粉微晶间隙, 不可逆大量吸水,双折射现象逐渐模糊以至消失,亦 称结晶“溶解”,淀粉粒胀至原始体积50~100倍;(3) 淀粉粒最后解体,淀粉分子全部进入溶液。糊化后淀 粉又称为0【一化淀粉 。 生产预糊化淀粉原料包括原淀粉,如马铃薯淀 粉、甘薯淀粉、绿豆淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、玉米淀 粉、蜡质玉米淀粉、燕麦淀粉等,及种子作物萃取蔬菜 滚筒干燥法又称热筒法。根据滚筒结构不同,又 分为单滚和双滚两种。双滚式滚筒转向相反,将蒸汽 通入鼓内加热,使滚筒表面温度高达150℃~180℃, 将浓度40%左右淀粉乳分布于滚筒表面,在滚筒转动 下形成均匀薄层。在加热下,淀粉开始糊化、干燥,待 水分降至5%,即可用刮刀将淀粉薄层剥下,经粉碎、 过筛,即可得预糊化淀粉。操作过程是能否制备合格 预糊化淀粉关键,如淀粉涂层厚度、转鼓速度、鼓表面 温度、产品最终水分等参数均会影响预糊化淀粉质量。 为改善淀粉涂膜内外温差、加快热能传递,也可先将淀 粉乳用喷射器或热交换器预热,再引入滚筒表面。 1.2螺杆挤压法 随着螺杆挤压技术在食品加工中推广、普及,也 可采用挤压法生产预糊化淀粉。先将淀粉进行润湿 处理,使其含水分20%左右,引入挤压机,挤压机加热 收稿日期:2012-05-28 作者简介:吕莹果(1982 ̄),女,博士,研究方向:谷物化学和方便食品。 48 粮食与油脂 2012年第7期 部位温度高达120℃4200。C、压力可达3~10 MPa。 淀粉在挤压机中由螺杆推向前进,经挤压机几毫米模 孑L中放出,由于挤压机内部与外界大气之间高压差使 淀粉被瞬时膨胀、干燥,达到预糊化效果。螺杆挤压 粉,其粘度值也不完全相同。在同一条件下,以马铃薯 淀粉为原料生产预糊化淀粉粘度最大,且稳定性好。 通常采用布拉班德(Braberder)粘度计、恩式(Engles) 粘度计测定粘度。 3预糊化淀粉在食品工业中应用 (1)在预糊化过程中,水分子破坏淀粉分子氢键, 法工艺特点是生产连续性、能耗低、投入低、设备较简 单;但最终产品粘度较滚筒干燥法产品为低,这是因 在挤压过程中机械剪切力造成分子内部糖苷键及其 它部分键型断裂所致。 董海洲等认为,以水为溶剂,使淀粉糊化,结合无 水乙醇脱水,然后低温干燥制得预糊化淀粉,可简化 工艺、降低生产成本和设备投资“叫。 2预糊化淀粉性质 从而破坏淀粉颗粒结晶结构,使之润涨溶于水中,因 此易被淀粉酶作用,利于人体消化吸收。预糊化淀粉 这一性质,可用于老人及婴幼儿食品生产。 (2)预糊化淀粉在传统食品中有一定应用优势。 张钊,陈正行等发现,马铃薯预糊化淀粉具有较好粘 弹性,可代替面粉中面筋,以面粉重量8%加入到小麦 天然淀粉具有微晶体结构,在冷水中不溶解、不 膨胀,对淀粉酶不敏感。将天然淀粉与一定量水加热, 可使规则排列胶体结构破坏,分子间氢键断裂,水分 子进入其内部,结晶结构消失,失去双折射现象:且易 受酶之作用,这一过程便是淀粉糊化… 。完全糊化淀 粉在高温下迅速干燥脱水,将得到氢键仍断开、多孔 状、无明显结晶现象的淀粉颗粒,即为预糊化淀粉。 研究结构发现,预糊化淀粉存在大量亚微晶结 构,这些亚微晶结构是在淀粉糊干燥过程中,随淀粉 分子链间平均距离减小而逐渐形成。由于亚微晶形 成,使预糊化淀粉x射线衍射曲线表现为由一个弥散 结晶衍射峰和一个弥散非晶衍射峰组合而成。淀粉糊 在十燥制备预糊化淀粉过程中变化,表现在x射线衍 射曲线上,则是双峰形成和分离过程。其中弥散结晶 衍射峰从无到有、从小到大,且按晶体衍射规律峰位 向衍射角减小方向移动:而弥散非晶衍射峰则从大到 小,最后趋于稳定,且按非晶衍射规律峰位向衍射角 增大方向移动u z 。 由于预糊化淀粉具有多孔、氢键断裂结构,与原 淀粉相比,具有高分散性、高吸油性、高水合速度、高 粘度和高膨胀性等特点,可应用于食品。预糊化淀粉 性能可用粘度、粒径、糊化度、白度及pH值、凝胶强度 及弹性等指标衡量。用于食品的预糊化淀粉主要性能 指标如下 : (1)糊化度(仪化度) 指一定数目产品中预糊化淀粉所占比例,0【化度 值直接影响产品质量。0【化度测定,主要采用双折射 法和酶分析法。 (2)粒径 预糊化淀粉成品粒径直接影响产品粘度、复水性 及成糊表面光洁度。一般来说,粒度细,产品溶于水 生成糊具有较高冷糊粘度、较低热糊粘度,表面光泽 也好;但复水过快,组织内部无法与水接触,造成分散 不均匀,易造成结团现象。粒度粗,产品溶于冷水速 度较慢,存在水分传递时间过长问题;因此应适当控 制最终产品粒度。粒径通常采用筛理方法测量。 (3)粘度 不同原料品种淀粉糊因其分子链结构不同,而具 有不同粘度值;同一原料用不同方法生产预糊化淀 淀粉中可制得较好馒头n剞。据美国专利报道;将含 直链淀粉预糊化淀粉加入面团中,可改善其形态学特 性u 5]。另外,在面条中添加适量预糊化淀粉,可减少 面条断头,并可快速煮熟,尤以木薯磷酸交联淀粉效 果最佳,其添加量为10% 。 (3)预糊化淀粉保水性强,可用于提高烘焙食品 质量。制作蛋糕时,加入一定量预糊化淀粉,调粉时 易形成面团,且由于预糊化淀粉增加吸水性并提高产 气能力,使蛋糕具有良好容积,并能增加成品新鲜度 及结构均匀性,使产品松软、口感良好。张友柏认为, 预糊化淀粉用于烘烤食品,可使蛋糕酥软,且在面包 混料、操面、挤面、挤压、成型过程中可控制面团低温 流动性和油脂粘稠性,还可延缓老化m 。李文钊,张 坤峰等认为,T0098变性淀粉(预糊化淀粉)对面包 感官品质应用效果较好,并通过扫描电镜可知,预糊 化淀粉能有效延长面包保鲜期,其最适添加量为面粉 质量2% 引。陶锦鸿,郑铁松等认为,预糊化淀粉应 用于果料蛋糕生产,其包裹果料悬浮在蛋糕上,保证 在加工过程中果料均匀分布于蛋糕;且在工业化生产 时,蛋糕加入2%特种预糊化蜡质玉米淀粉,既可增加 蛋糕体积、又保存产品特性。蛋糕添加面粉质量4% 磷酸酯淀粉可增加蛋糕体积,延缓蛋糕老化,显著改 善蛋糕发泡体系持泡性能 。林向阳,阮榕生等认为, 添加木薯预糊化淀粉可促进面包水分结合方式,形成 稳定状态结合水,改善面包持水性;但添加量大于5% 后增势将减缓¨ 。另外,因预糊化淀粉能抑制蔗糖结 晶,可用作西式糕点表面糖霜保湿剂n引。 (4)预糊化淀粉冷冻稳定性好,可用于稳定冷冻 食品内部结构 叫。加入适量预糊化淀粉于速冻食品 中,可避免产品在速冻过程中裂开,提高成品率,从而 降低生产成本;对此,有人对冷冻汤圆皮进行一系列 研究 ”。陶锦鸿,郑铁松认为,将预糊化淀粉用于速 冻汤圆皮,可改善工艺、提高稳定性,可用冷水直接调 面替代烫面工序,容易控制面团品质,从而保证产品 质量均一。此外,预糊化淀粉具有良好粘弹性和保型 性,可增强汤圆弹性,保持汤圆形状有助于避免汤圆 塌陷‘ ¨。 (5)预糊化淀粉是米果、薄脆饼干等休闲食品良 好原料 钔,优于普通淀粉。原因是用预糊化淀粉 2012年第7期 粮食与油脂 49 制成混合料坯时部分淀粉已吸水,烘烤时,这些水从 淀粉颗粒中逸出,从而造成膨胀。而且,有时为了达 到更佳效果,还会使用变性过预糊化淀粉。据英国 Ieatherhead食品研究协会2001年统计,世界休闲食品 市场年销售额已超过400亿美元,马铃薯片占销售总 额50%,这其中预糊化马铃薯变性淀粉功不可没 。 (6)预糊化淀粉能在冷水中溶胀溶解,形成具有 一定粘度糊液分散性较好,且有增稠稳定作用,使用 方便,故被广泛用于各种方便食品。在食用时省去蒸 煮加热,并还具有增稠、改善El味等功效 ;且在各 种营养糊类、速溶汤料、果酱和苹果馅饼填充物中都 有应用。例如,用预糊化淀粉配制速溶麦片、杏仁糊、 鸡精等,用温水即可冲服食用,一般在果酱和甜饼馅 中用量为5%~10%。预糊化淀粉凝胶有一定强度, 可代替布丁用凝胶,在欧美,以预糊化淀粉为基料,添 加一定量淀粉糖、营养强化剂、调味剂等制成速溶布 丁粉是十分畅销方便食品。 (7)预糊化淀粉吸水性强,糊化度及粘弹性都较 高,也可用于鱼糜系列产品、火腿、腊肠等食品,以增 强弹性,提高成型性,并防失水。如制作鱼丸时添加 一定比例预糊化淀粉,既可作粘合剂,又可防鱼丸之 间粘接,且对鱼丸结构、颜色、味道和口感均有很大改 善,使产品饱满滑嫩;但添加量宜为10% ̄40%,若过 量则易老化… 。据美国专利报道,将固体风味料加入 预糊化淀粉中,加水覆盖于产品表面,不仅可增加风 味,还可增加产品重量0.05% ̄20%,会带来意想不到 经济效益 。 预糊化淀粉具有冷水速溶性、高粘度和高膨胀性 等特点,使其用途极为广泛,国外已广泛应用于食品、 医药、化工、饲料、铸造、石油钻探、纺织、造纸等业。我 国对预糊化淀粉研究和应用始于20世纪80年代,近 几年,随食品工业和养殖饲料业迅速发展,对质优价 廉预糊化淀粉需求量剧增,供需矛盾更显突出。我国 预糊化淀粉业发展很快,目前年生产能力已达20万吨 左右 引;但由于生产原料、设备及技术等方面原因, 我国生产预糊化淀粉质量一直落后于国际先进水平, 不论从产品质量还是产量上,均不能满足我国市场需 求。预糊化淀粉原料选择、糊化方法和条件、食品中 其它成分都会影响淀粉糊化效果,且不同食品对预糊 化淀粉性质也有不同要求,如粘度、透光率、冻融性等; 优良预糊化淀粉要结合具体要求进行制备。如何改进 预糊化淀粉生产技术、提高预糊化淀粉品质并进一步 推广其在食品工业中应用,这对发展我国淀粉工业具 有重要意义。 [参考文献] [1]张友松.变性淀粉的生产与应用手册[M].北京:轻工业出版 社,1999. [2]王九菊,廖晓惠.变性淀粉的生产工艺及其在食品工业中的应 用[J].江西食品工业,2008(3):38—41. [3]张友柏.变性淀粉在食品工业中的应用[J].邵阳高专学报, 1994(3):262—266. [4]周中凯.接枝共聚淀粉和预糊化淀粉[J].农牧产品开发,1999 (9):31—32. [5]Roulet。Maclnnes,WUrsch.A comparative study of the retrogradation kinetics of gelatinized wheat starch in gel and powder form using X—rays,differential scanning calorimetry and dynamic mechanical analysis[J].Nestl ̄Research Centre,2009 (7):28. [6]周建芹,罗发兴,等.预糊化淀粉在食品中的应用[J].食品添加 剂,2000(3):7—8. [7】陈洁,张春平.浅谈淀粉深加工技术咖.农业装备技术,2006(5): 45. [8]盛建国.修饰预糊化木薯淀粉性能研究[J].食品科学,2002(5): 29—31. [9]冯承,张燕萍.滚筒干燥技术及其在变性淀粉生产中的应用[J]_ 包装与食品机械,2004(6):34—37. [10]董海洲,刘冠军,等.预糊化淀粉制备新工艺的研究[J].粮食与 饮料工业,2006(5):15—16. [11]余平.预糊化淀粉的生产及在饲料工业中的应用[J].饲料工 业,1998,19:2O一21. [12]张本山.预糊化玉米淀粉亚微晶结构及性质的研究嗍.郑州工 程学院学报,2000,21:24—26. [13]洪雁,顾正彪.变性淀粉在食品工业中的应用[J].食品添加剂, 2002(11):44—46. [14]张钊,陈正行.小麦淀粉制作低蛋白馒头的研究[J].食品科技, 2005(11):26—28. [15]David P Huang,et a1.Pregelatinizde starch for improved snack products[P】.US.Pat:0041923,2002. [16]王放.变性淀粉在面条生产中的应用[J].食品工业,1996(5): 6—7. [17]Mortier J N.Glucose syrups,starch and its derivatives in biscuits and cakemaking[J1.Ingredients,2000(11):28—29. [18 3李文钊,张坤峰,高静.T0098变性淀粉在面包中应用效果研 究[J].粮油深加工及食品,2005(8):l6一l7. [19]林向阳,阮榕生,等.不同配方面包制品的核磁共振状态图的 研究[J].食品科学,2006(10):2l0—214. [20]颜栋美.变性淀粉的特性及其在食品中的应用[J].广西轻工 业,l997(2):9—12. [21]陶锦鸿,郑铁松.变性淀粉在面制品中的应用[J].食品工业科 技,2009(10):344—347. [22】Norman L lacoures,et a1.Sweetened extruder cereals containing preglationized high amylose starches[P].US.Pat:628762l B1, 2001. (23 3 Julia M Carey,et a1.Crispy wheat-based snacks having surface bubbles[P].US.Pat:6479090 B1,2002. [24]Alan Thorpe,Summerside,et a1.Process for preparing coated potato pieces using pregelatinized starch[P].US.Pat:0045955 A1,2006. [25]张晓茹.变性淀粉在食品工业中的应用及发展[J].化工技术经 济,2003(8):12—14. [26]Jessied Jianxin zhao,et a1.Instantly dispersible pregelatinized starches for use in ofod products【P】.US.Pat:0258831 A1,2004. [27]Karl A Scheick,et a1.Method of coating foods with pregelatinized starch[P】.US.Pat:3527646,1970. [28】夏恒莲.变性淀粉的主要品种及其制法[J].现代科技,1998 (12):38—41.