大米淀粉老化特性的研究进展

大米淀粉老化特性的研究进展 2011 年 11 月 中国粮油学报 No( Vol( 26， 11第 26 卷第 11 期 Journal of the Chinese Cereals and Oils Association Nov. 2011 大米淀粉老化特性的研究进展 1 2 1， 2 2 1， 牛 猛 王 莉 杨 冰 陈正行 ( 江南大学食品学院1 ，无锡 214122) ( 江南大学粮食深加工国家工程实验室2 ，无锡 214122) 摘 概述了近几年国内外对大米淀粉老化特性的研究 。简要阐述了大米淀粉的老化机理， 要 表明大米淀粉的老化可以划分为短期老化 ( short , term retrogradation) 和长期老化 ( long , term retrogradation) 两个阶段。然后介绍了直、支链淀粉、糖类、蛋白质、脂质、水分含量及温度等影响因素对大米淀粉老化的作用原理 ， 其中重点介绍了直链淀粉含量的多少 、 支链淀粉结构及蔗糖、魔芋葡甘露聚糖( KGM) 、 , 葡聚糖、 , 环糊精等糖 β β类的食品添加剂对大米淀粉老化的影响机理 。最后展望了大米淀粉老化性质未来的研究和应用方向 。 关键词 大米淀粉 老化 影响因素 作用原理 中图分类号:TS235( 1 文献标识码:A 文章编号:1003 , 0174(2011)11 , 0124 , 05 水稻是世界上最重要的粮食之一， 在解决世界 1 老化机理粮食问题上发挥着举足轻重的作用。 我国是水稻生 淀粉的老化是淀粉分子由无序到有序的过程 。产大国，全国有 2 /3 的人口以大米作为主食， 水稻产 在加热糊化后，由于水分子和热的作用，有序的淀粉业的发展 在 国 民 经 济 的 发 展 中 占 有 重 要 的 地 位 。 分子变得杂乱无章。 在降温冷却和储藏过程中，由充分了解水稻主要成分的性 质 、 构 及 其 他 特 性 ， 结 ， ， ， 于分子溶液变浑浊 溶解 液浓度降低 沉淀析出 如果溶进而继续挖掘水稻利用价值和附加值 ， 对于最大程度较大，沉淀物则会形成硬块不再溶解。 这是度利用粮食资源 ，推动水稻产业发展具有重大的意 因为当温度逐渐降低的情况下，溶液中的淀粉分子义。 运动减弱，分子链趋于平行排列，相互靠拢，彼此以 大米的主要成分是淀粉，淀粉的质量分数占其 氢键结合形成大于胶体的质点而沉淀。 因淀粉分子 〔1〕干物质的 90 左右 。 不论作为主食被消费，还是 有很多羟基，分子间结合得特别牢固，以至于不再溶作为主要原料制成其他产品，大米及其制品的口感 于水中，也不能被淀粉酶水解 〔2〕 。和接受程度都会受到淀粉一项重要的物理性质 , 老 淀粉的老化可以分为两个阶段: 短期老化( short ,化( 回生) 特性的影响，老化特性也是制约大米制品 term retrogradation) 和长期老化 ( long , term retrogra-产品品质的主要因素。 近年来， 随着大米加工业的 dation) 。短期老化主要是由直链淀粉的有序聚合和不断发展，大米淀粉的老化特性越来越受到人们的 结晶所引 起， 过 程 在 糊 化 后 较 短 的 时 间 内 完 成。 该关注。 而长期老化主要是由支链淀粉外侧短链的重结晶所 影响大米淀粉老化性质的因素很多， 如直、支链 引起，该过程是一个缓慢长期的过程。淀粉、糖类、蛋白质、脂质、水分含量等，另外一些工 短期老化主要是直链淀粉分子的有序缠绕所引艺参数如温度也会对大米淀粉的老化产生影响。 本 起的，和大多数线性高分子一样，直链淀粉链内和链文结合近年来最新研究成果，对大米淀粉老化特性 间有较强的有序聚合的趋势。 淀粉糊化后，随着温的机理及影响因素进行了介绍，以探究大米淀粉未 度的下降，无序的直链淀粉分子链间重新交联形成来的研究和应用方向 。 三维网络结构，但网络结构越紧密，对分子链扩散、 基金项目: 公益性行业( 农业) 科研专项( 200903043) ， 中央高校 交联的阻滞也越大，所以三维结构的形成在经历短 基本科研业务费专项 ( JUSRP11018 ) ， 江南大 学 青 年 预研基 金 ( 2009LQN21 ) ， 南 大 学 预 研 基 金 ( 2009 江 时间的高峰后趋于稳定。 直链淀粉有序的交联主要 LYY17) 是分子间通过氢键形成双螺旋， 这种双螺旋在直链 收稿日期: 2010 , 12 , 28 作者简介: 牛猛， 1985 年出生， 男， 硕士， 谷物科学与功能性食品 淀粉形成的凝胶中起着重要的作用 。 男， 通讯作者: 陈正行， 1960 年出生， 教授， 博士生导师， 谷物化学 糊化后的淀粉凝胶在储藏过程中会变硬、变脆、 第 26 卷第 11 期 牛 猛等 大米淀粉老化特性的研究进展 125保水能力逐 渐 变 差。 这 是 由 于 淀 粉 的 长 期 老 化 所 步研究了支链淀粉分子结构对淀粉老化的影响，用致。长期老化主要是支链淀粉外层短链重排结晶的 异淀粉酶对支链淀粉进行脱支后分离得到组分 ?，结果，外层短链通过氢键彼此交联重新形成有序晶 该组分代表了 Meyer 分子模型中支链淀粉中长 B 链体结构。短链含量越多，形成的晶粒越多，有利于晶 结构，研究结果表明长 B 链结构在支链淀粉中的比 〔3〕体的堆积，结晶度就会越高，所以老化程度越大 。 例高低会对淀粉老化产生显著影响，高比例的长 B相对于短期老化，长期老化持续时间较长，决定了淀 链结构增加了 进了分子间链端的重结支链淀粉分子链端的灵活性，进而促粉老化的最终程度 。 晶。 2( 2 糖类2 影响因素 作为食品添加剂使用的寡糖和多糖类物质可以 在淀粉加热、冷却和储藏过程中，通过与淀粉成分的2( 1 直、支链淀粉 作用，改变淀粉体系的某些物理性质，从而对淀粉的 淀粉不是单一的化合物，可分为两种成分，一种 〔9〕 老化产生影响。Lii 等 研究了蔗糖和麦芽糊精对大是直 链 淀 粉 种 是 支 链 淀 粉 ( amyl- 另 米淀粉老化的影响，发现一( amylase) ， 一 定浓度的蔗糖可以抑制opectin) 。非糯稻中直链淀粉的质量分数在 10 , 淀粉凝胶的短期老化和长期老化过程，抑制的效果30 范围 内， 糯 稻 中 的 淀 粉 几 乎 全 部 为 支 链 淀 而 〔2〕 与蔗糖溶液的浓度和老化周期有关，而麦芽糊精由粉 。不管是直链淀粉还是支链淀粉，都在淀粉体 于在老化初期表现出了与直链淀粉相同的能够增强系的老化过程中扮演了重要的角色 。 凝胶基质的性质，从而加速了淀粉的短期老化过程。 Mariotti 等〔4〕使用动态流变仪研究了 11 种大米 Charoenrein 等〔10〕研究了在冷冻与解冻循环中添加了的老化特性，发现只有直链淀粉含量较高的大米淀 魔芋葡甘露聚糖 ( KGM) 的淀粉体系的性质的变化，粉的贮藏模量 G 与损耗模量 G〃在 4 ? 储藏 7 d 后显 发现添加了 KGM 的淀粉糊的黏度增加， 表明 KGM著增加，主要是由于直链淀粉分子呈直链结构， 空间 的添加抑制了淀粉颗粒间的结合，可以在冷冻与解障碍小，易于取向，所以易于重新结晶。 支链淀粉呈 冻过程中抑制老化的作用，减少冷冻与解冻环节带树枝状空间障碍大，不易重结晶。 来的淀粉制品质量的下降。 Iturriaga 等〔5〕用 DSC 测定不同直链淀粉含量的 Banchathanakij 等〔11〕 添加不同来源的 β , 葡聚大米淀粉糊化后老化程度随时间变化的趋势。 研究 糖到大米淀粉体系中， 研究这种天然多糖胶体对淀发现直链淀粉含量高可以加快老化的速率，建立的 粉糊化及老 化 的 影 响。 他 们 发 现 这 些 来 源 不 同 的Avrami 模型反应了老化过程中的动力学特点，从与 β , 葡聚糖都会起到延缓老化的作用， 抑制老化的机模型中 n、 等参数的相互关系中得到可溶性直链淀 k 理在于 β , 葡聚糖吸收水分，减弱了淀粉链的移动。粉在加速老化过程中扮演了重要的角色，此外，还发 还发现不同来源的 β , 葡聚糖延缓老化作用的效果现直链淀粉中的不溶性部分跨越了短期老化与长期 不同，来自大麦与燕麦的 β , 葡聚糖可以溶于水，因 〔6〕老化，参与了老化的整 个过程。 但 Vandeputte 等 而可以更大程度的阻碍淀粉链的移动， 所以延缓老通过研究得到了不同的结果，认为在重结晶的过程 化的效果更好一些。Tian 等 〔12 , 13〕 添加 β , 环糊精到中，直链淀粉分子排列在支链淀粉分子链之间，阻碍 淀粉体系中，通过研究发现 β , 环糊精对抑制大米淀了支链淀粉分子的重新有序排列，从而减缓老化的 粉短期老化的效果比 GMS 好， 并通过 DSC 分析指出程度。 β , 环糊精与直链淀粉的复合物存在的可能性，认为 Chang 等〔7〕用甲醇和盐酸处理糯米淀粉，制成具 β , 环糊精的疏水端部分插入直链淀粉双螺旋结构有不同分子质量支链淀粉试样， 糊化后在 4 ? 下储 中从而形成复合物， 复合物的形成阻碍了直链淀粉藏 7 d，测定其老化特性。 研究显示老化速率和程度 的重 排， 制 了 老 化。 直 链 淀 粉 对 β , 环 糊 精 和 抑都会随着分子质量的减少而增加，当聚合度在 482 , GMS 亲和力的差别正是造成两者抑制老化作用效果2 134 个葡萄糖单位之间时，老化的焓值随着聚合度 的不同的主要原因。 经过进一步研究后， 他们又发的减少明显增加。 此外， 通过与玉米糯质淀粉对比 现 化 还 与 环糊精的衍生物羟丙基环糊精( HPβ , CD) 有着比发现，淀粉 的 老支 链 淀 粉 分 子 的 结 构 有 关 。 β , 环糊精更好的抑制淀粉老化的效果，结果表明大米糯质淀粉由于支链淀粉分支链链长分布较玉米 HPβ , CD 更容易与直链淀粉结合形成复合物，并可 〔8〕糯质淀粉平均，老化会更严重。Matalanis 等 进一 以减缓保藏过程中直链淀粉分子质量的下降 。 126 中国粮油学报 2011 年第 2( 3 蛋白质和脂质 量较低时， 粉 分 子 链 的 迁 移 困 难; 水 分 含 量 11 期 较 高 淀 大米淀粉即使经过多次分离提纯， 所得到的淀 ， 时 虽然淀粉分子链迁移速率提高， 但由于浓度的降粉仍然含有蛋白质和脂质 。 这些物质有些是在植物 低，淀粉分子交联缠绕和有序聚合的机会减少。 因生长过程中自然沉积在淀粉颗粒中的，有些则是在 此水分含量过高和过低都会抑制淀粉分子的交联缠 〔19〕提取大米淀粉加工过程中带入的，它们对淀粉老化 绕和结晶重排。丁文平等 用差示扫描量热仪和动 〔14〕也有影响 。 态流变仪对不同水分含量的大米淀粉的老化研究表 蛋白质在胚乳中以蛋白体的形式填塞在淀粉颗 明在短期 老 化 过 程 中， 分 含 量 越 低， 化 速 度 越 水 老粒之间，决定了大米的糊化特性和纹理特性，它对淀 慢; 长 期 老 化 过 程 中， ? 储 藏， 分 质 量 分 数 为 4 水粉的糊化和膨胀起抑制作用，所以降低大米中的蛋 60 时， 淀粉老化最快， 主要原因为支链淀粉在此条白质含量可以相应地增加大米的最大黏度。 大米中 件下最易重结晶。蛋白 质 的 含 量 可 以 通 过 控 制 精 米 率 的 方 法 来 实 温度的大小及变化快慢也会对淀粉的老化产生 〔15〕 〔20〕现 。在老化方面， 米蛋白中的主要成分谷蛋白在 影响。丁文平等 选择 4 ? 和 25 ? 作为淀粉糊的细胞中与直链淀粉和支链淀粉结合在一起，在淀粉 储藏温度， 研究了温度对淀粉凝胶老化的影响，结果糊化后会在团粒结构外形 成 一 层 紧 密 的 蛋 白 质 网 表明 25 ? 下储藏的淀粉老化速率较 4 ? 储藏的慢，络，抑制水分的移动，从而阻碍老化， 面包的保藏就 而且形成的淀粉凝胶网络结构更加紧密， 更加富有 〔16〕应用了蛋白质的这一特点。Wu 等 采用加热与搅 弹性，通过 Avrami 方程来进行回归分析，得出 25 ?拌的物理方法分别对碾磨 米 粉 和 米 淀 粉 进 行 了 改 条件下淀粉结晶成核的方式为不断成核，而在 4 ?性，发现物理改性可以抑制米粉的老化过程， 而对米 储藏时为一次成核，成核方式的不同影响了老化的淀粉没有效果。他 们认为是物理改性使蛋白质的结 过程。构发生了变化，增强了乳化特性，加强蛋白与淀粉的 Yu 等〔21 , 22〕研究了冷却速率及冷冻速率对大米关联，提高 了 持 水 性， 而 抑 制 了 淀 粉 分 子 的 重 结 从 淀粉老化的影响， 相关性分析表明， 老化焓值 ΔH 和晶。 大米的硬度 ( Hardness) 与冷却速率及冷冻速率成反 脂质与淀粉的老化也有关联。 淀粉内源脂可以 比，黏着性 ( adhesiveness) 与冷却速率及冷冻速率成和直链淀粉形成复合物，影响直链淀粉的双螺旋交 正比。所以对质量要求较高的淀粉制品冷却及冷冻联缠绕和结晶。外源脂同样可以影响淀粉的老化过 过程需要在较短的时间内完成。程，Mohamed 等〔17〕在淀粉体系中加入卵磷脂与小麦 2( 5 其他谷蛋白的混合物，发现此混合物在抑制老化作用上 除上述主要影响因素外， 、 酶 茶多酚等也作为影 〔23〕比单纯添加两种中的任何一种效果都好。 混合物的 响大米淀粉老化的因子被学者研究 。丁文平等 选抗老化机理基于对直链淀粉的作用，它能使直链淀 取了 β , 淀粉酶和普鲁兰酶对淀粉进行酶解 ，发现适粉形成相对较软的凝胶结构，所以对于直链淀粉含 度 β , 淀粉酶的酶解能降低支链淀粉的外侧短链的量较少的大米淀粉的抗老化效果没有直链淀粉含量 聚合度，动力学 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 表明 β , 淀粉.