小麥淀粉的研究現狀

項豐娟，蘇磊，張秀南，秦仁炳，曾潔，李光磊

（河南科技學院食品學院，河南 新鄉 453003）

小麥在我國至少有四千年的種植歷史，其種植范圍相當廣泛，僅次于玉米，位居世界第二[1-3]，在世界的糧食作物中占有著非常重要的地位。小麥作為日常主食，可以做成面條、饅頭、烙餅等多種形式的食物，是人們日常飲食中不可或缺的一部分[4]。小麥籽粒中含有蛋白質、脂質、粗纖維和淀粉等營養物質，其中淀粉含量最為豐富，是人體營養和能量的主要來源。小麥淀粉是一種天然的高分子多糖化合物，在小麥籽粒中總淀粉含量約占65%，由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，在加工食品中還可用作增稠劑、穩定劑和脂肪替代品等[5]，同時，還廣泛應用于紡織、造紙、化妝品等[6]工業中，可以生產膠黏劑和增稠劑等很多工業所需產品，因此，小麥淀粉在整個小麥加工行業是非常重要的。小麥淀粉一直是學者不斷深入研究的主題，產生了大量的研究成果，本文從小麥淀粉的結構、性質和應用等方面進行綜述，以期為小麥淀粉的研究利用提供科學依據。

1 小麥淀粉結構

1.1 顆粒形態

小麥淀粉顆粒主要分為“A”型和“B”型，“A”型淀粉呈扁豆型，其直徑為 20 μm～45 μm，“B”型淀粉呈球形，其直徑小于 10 μm[7-8]，“A”型淀粉顆粒占淀粉總質量的70%～80%，而“B”型淀粉不到10%[9]。通過掃描電鏡和偏光顯微鏡觀察小麥淀粉的顆粒形態，結果見圖1。

圖1 小麥淀粉的結構圖Fig.1 Structure diagram of wheat starch

通過掃描電鏡發現大多數小麥淀粉顆粒形態呈圓形或者橢圓形，少數為無規則形狀（圖1A）。經過酸水解或者酶水解的小麥淀粉顆粒中支鏈淀粉到生長環的結構見圖1B。淀粉顆粒具有非常復雜的分級結構。從大到小，首先是完整的淀粉顆粒，然后是交替的晶體生長環和無定形生長環結構。晶體生長環的厚度在400 nm～500 nm之間，由交替排列的晶體片層和無定形片層構成；淀粉中一個交替的晶體片層和無定形片層厚度在9 nm～11 nm之間，其中晶體片層的厚度為5 nm～6 nm，主要由淀粉分子中有序折疊的雙螺旋結構有序堆積構成，而無定形片層厚度為3 nm～4 nm，主要由支鏈淀粉的分支點和沒有有序堆積的雙螺旋結構構成[10]。淀粉無定形區域主要是由直鏈淀粉和沒有形成雙螺旋結構的支鏈淀粉組成，位于淀粉顆粒的核心和外轉眍域。PéREZ等[10]和Tang等[11]研究淀粉顆粒發現由結晶區片層和無定形片層組成的直徑在20 nm～400 nm之間的近似球狀的結構，又被稱為“小體結構”，“小體結構”的尺寸也是影響淀粉消化性的重要因素。聶丹[12]用掃描電鏡觀察幾種淀粉，對比發現，小麥淀粉顆粒呈扁平圓狀，表面較光滑，較大的顆粒中心凹陷，較小的顆粒較圓潤飽滿，扁平面寬度20 μm～38 μm，厚度5 μm～15 μm。鄭學玲等[13]對比研究了青稞淀粉和小麥淀粉的理化性質，發現小麥淀粉的顆粒大小和形狀分布沒有青稞淀粉的均勻，青稞淀粉顆粒的平均粒徑大于小麥淀粉，為18.13 μm。小麥淀粉的顆粒形態對小麥淀粉的功能性質有一定的影響，因此顆粒形態一直是小麥淀粉研究領域必不可少的分析指標。

1.2 化學組成

在成熟的小麥籽粒中，淀粉約占65%，蛋白質占10%～15%，水分占13%～15%，油脂占2%，粗纖維占3%以及灰分占1%[14]。小麥淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成的高分子多糖聚合物，不同品種小麥淀粉其直鏈淀粉含量也不同，秦中慶等[15]測定了22個小麥品種，發現直連淀粉含量最低的小麥品種是豫麥47（即豐優3號）為16.3%，而陜優225-2的直鏈淀粉含量最高為70.7%。根據X射線衍射特征峰的特征可以將小麥淀粉分為A型、B型和C型晶體類型，C型淀粉是A型和B型淀粉的混合物。小麥淀粉具有相對較多短鏈，其重均鏈長為23～29，A型晶體是單斜晶胞結構，每個晶胞周圍由4個水分子，其結構相對比較緊湊，B型淀粉是六邊形晶胞結構，每個晶胞周圍堆積這36個水分子，其結構相對松散[16]。

2 小麥淀粉性質

2.1 糊化特性

淀粉不溶于冷水，當被加熱至一定溫度時，淀粉顆粒會吸水膨脹，然后水分子會進入淀粉顆粒的內部，與部分淀粉分子以氫鍵的形式結合，首先破壞淀粉的無定形區，進而對淀粉的結晶區產生作用，使淀粉分子內部結構被打亂，宏觀表現為淀粉由懸浮液逐漸形成一種半透明狀的黏稠液體，該過程稱為淀粉的糊化[17]。糊化是淀粉重要的性質，淀粉糊化的峰值黏度、回生值、破損值對淀粉的應用有決定性作用[18]，經糊化處理后的淀粉可應用于速凍食品、凝膠、可食用涂層等。甘淑珍等[19]研究小麥淀粉的影響因素及黏度穩定性，結果表明在一定的條件下小麥淀粉的糊化可經歷黏度的上升、下降和回升過程，反映了淀粉晶體熔融、顆粒的溶脹、破裂和直鏈淀粉的有序化。

張正茂等[20]研究了8種不同來源淀粉的糊化特性，研究表明幾種淀粉相對比，小麥淀粉的糊化溫度最低，為62.6℃。鄭學玲等[13]研究發現與青稞淀粉相比，小麥淀粉不易糊化，且小麥淀粉的峰值黏度、谷值黏度都大于青稞淀粉，但衰減值小于青稞淀粉。呂元娣等[21]研究發現青稞淀粉的成糊溫度和峰值黏度均介于小麥淀粉和蕎麥淀粉之間，其糊化易于小麥淀粉而難于蕎麥淀粉。趙凱等[22]研究小麥淀粉老化動力學及玻璃化轉變溫度，發現分離后的小麥B淀粉（用沉降法將淀粉與水制成懸浮液，靜置1 h收集的沉淀為A淀粉，靜置20 h收集的沉淀為B淀粉）的糊化峰值溫度和糊化結束溫度高于小麥總淀粉，而糊化起始溫度低于小麥總淀粉和小麥A淀粉。范逸超等[23]研究γ-聚谷氨酸對小麥淀粉糊化及流變學特性的影響，表明隨著γ-聚谷氨酸添加量的增多，小麥淀粉的糊化溫度升高，且添加量為0.7%時效果最好，γ-聚谷氨酸阻礙了淀粉的糊化，使淀粉的熱糊穩定性提高。梁國香等[24]研究在小麥淀粉中添加不同含量的小麥纖維，結果表明在小麥淀粉中隨著小麥纖維添加量的增加，小麥淀粉糊化溫度呈下降趨勢，黏度呈上升趨勢。

2.2 回生特性

淀粉回生是指糊化淀粉分子由無序態向有序態轉化的過程[25]，其實質是糊化后的淀粉分子自動排列成序，形成高度致密的、結晶化的不溶性分子微束，過程包括直鏈分子螺旋結構的形成及其堆積、支鏈淀粉外支鏈間雙螺旋結構的形成與雙螺旋之間的有序堆積[26]。加工淀粉對酶消化的敏感性主要取決于糊化過程中淀粉結構的破壞程度和隨后的回生過程中形成的聚集體[27]。小麥淀粉的回生通常被認為具有不好的影響，因為它主要會導致含小麥淀粉含量高的食品老化，這可能使食品的保質期縮短，影響小麥淀粉類食品的感官評定和儲存品質，然而，就食品的質構和營養特性而言，淀粉回生對于某些淀粉類食品是可取的，例如早餐谷物、米粉的生產等，因此，淀粉的回生也是學者們研究的重要方向。

牟汝華[28]研究了水分含量和凝膠化溫度對大米淀粉和小麥淀粉回生的影響，發現小麥淀粉和大米淀粉回生受水分含量的影響很顯著，淀粉在水分子的作用下，凝膠化中的結構被破壞的更徹底，達到最高焓值所需的能量較少。對于存在殘余晶體的情況，殘余晶體越少，小麥淀粉和大米淀粉的回生行為越顯著。當殘余晶體完全消失時，表現為凝膠化溫度越高，小麥淀粉和大米淀粉的回生焓值越高并且不同水分含量樣品的最大焓值接近。King等[29]從儲能模量的角度評價了晶化對結構的影響，發現淀粉的回生速率取決于貯存溫度（23℃和4℃）和淀粉的植物來源。張玉榮等[30]研究發現中筋和高筋兩種筋型的小麥淀粉的回生值與儲藏時間呈現顯著的相關性，即兩種筋型的小麥淀粉在儲藏80 d后，其回生值總體呈現增加的趨勢。Cies＇la等[31]在研究中發現，當淀粉糊的水分含量高時，輻照處理能夠促進回生，當淀粉糊的水分含量低時，輻照處理能夠抑制其回生。謝新華等[32]研究了月桂酸對小麥淀粉凝膠回生特性的影響，發現月桂酸可以通過抑制直鏈淀粉分子重排成有序結構，延緩直鏈淀粉分子的重結晶，從而抑制淀粉的回生。邢燕等[33]在小麥淀粉中添加木糖醇后，發現小麥淀粉糊化溫度升高，峰值黏度隨著木糖醇添加量的增加呈上升趨勢，當添加15%～25%木糖醇時，小麥淀粉的衰減值、回生值均增加。徐進等[34]用廣角X射線衍射法（wide-angle X-ray diffraction method，WXRD）和差式掃描量熱法（differential scanning calorimetry，DSC）研究極限糊精對小麥淀粉回生的影響，WXRD結果表明添加10%極限糊精組分的小麥淀粉回生的相對結晶度小于原淀粉的相對結晶度，DSC結果表明添加了極限糊精組分可以降低小麥淀粉的回生焓值。王晨等[35]研究阿魏酸對小麥淀粉理化特性的影響，快速黏度分析儀（rapid viscosity analyzer，RVA）結果表明添加阿魏酸后，小麥淀粉的峰值黏度、保持黏度和最終黏度降低，而崩解值增大，說明阿魏酸抑制了小麥淀粉的回生進程，并且掃描電鏡也證明阿魏酸抑制了小麥淀粉的老化過程。Guo等[36]研究小麥面筋蛋白中的谷蛋白對小麥淀粉回生的影響，研究發現直鏈淀粉在回生過程中可以通過氫鍵和二硫鍵與麥谷蛋白酪氨酸結合，當它們完全形成雙螺旋結構，阻礙了小麥淀粉的直鏈-支鏈淀粉的短期回生，所以在淀粉中添加麥谷蛋白是延緩直鏈淀粉回生的較好方法。

2.3 凍融穩定性

小麥淀粉凝膠的凍融穩定性是影響淀粉基食品品質的一個重要因素，淀粉基食品在經歷冷凍、凍融、再冷凍過程的處理運輸過程中會使食品水分流失、表皮干裂、變硬等[37]，導致食品品質的劣變，這與淀粉凝膠的凍融穩定性有直接關系。凍融穩定性可以用來衡量淀粉承受冷凍和解凍過程引起的不良物理變化的能力[38]。即冷凍食品在一些不同溫度的環境條件下會反復凍融，影響食品的品質，所以提高食品的凍融穩定性是十分必要的。

賈春利等[39]通過研究發現凍融過程能夠顯著地增加淀粉凝膠的析水率和可凍結水含量，嚴重地破壞淀粉凝膠超微結構、增加孔洞尺寸、減小孔洞均勻性，最后導致淀粉凝膠硬度明顯增大，彈性明顯減弱。張華等[40]研究發現小麥淀粉凝膠隨凍融次數的增加，其析水率、老化度及冰晶熔化焓都明顯增加；同時凍融次數的增加嚴重破壞了淀粉凝膠的超微結構，使淀粉凝膠質構產生了明顯的變化，即硬度、膠著性增大，彈性減小。謝新華等[41]研究發現γ-聚谷氨酸降低了小麥淀粉凝膠的結晶度，抑制了直鏈淀粉、支鏈淀粉的重結晶，防止凍融循環而導致淀粉凝膠的重結晶現象。添加γ-聚谷氨酸明顯改善了淀粉凝膠的微觀結構，使其孔洞變小、更均勻、更緊密，緩解了凍融循環對其內部結構的破壞。并且γ-聚谷氨酸的添加明顯提高了小麥淀粉凝膠的凍融穩定性，且隨添加量的增加，效果越明顯，添加量（質量分數）為0.7%時，效果最好。代蕾等[42]研究魔芋膠對小麥淀粉理化性質影響，結果表明添加魔芋膠后，小麥淀粉凝膠的凍融穩定性提高，硬度降低。謝新華等[43]通過研究單硬脂酸甘油酯對小麥淀粉凝膠晶體結構、熱力學特性及質構特性的影響，發現單甘酯通過與淀粉形成復合物，可以提高小麥淀粉凝膠的凍融穩定性。

2.4 凝膠特性

淀粉糊化后，淀粉分子中的直鏈淀粉滲透出來，以雙螺旋的形式相互纏繞形成三維網狀結構，將充分糊化的淀粉顆粒包裹其中，此過程稱為凝膠化[44]。淀粉凝膠化作用使淀粉產品產生了只溶脹但不溶解的顆粒，從而影響淀粉產品的整體性能[45]。許多食品利用了淀粉凝膠的性質，如粉絲、涼粉、粉皮等，這些食品的品質主要取決于淀粉的凝膠特性[46]。

吳桂玲等[47]研究脫脂和脫蛋白處理對小麥A、B淀粉理化性質的影響，結果表明脫脂脫蛋白處理使小麥淀粉的起始糊化溫度、峰值溫度、終止溫度顯著增大，凝膠化焓值無顯著變化。Sun等[48]研究發現天然小麥淀粉顆粒是球形結構，而糊化小麥淀粉凝膠中觀察到許多小孔，其致密結構類似于蜂窩結構。Zhang等[49]研究發現小麥淀粉與金絲雀籽淀粉相比，小麥淀粉凝膠具有更高的膠黏性和較低的凝聚力。

2.5 質構

小麥淀粉的質構特性間接反映食品的品質，如食品的口感、形態和貨架期等，其對食品品質有重要的影響。

任順成等[50]通過研究蘆丁和槲皮素對小麥淀粉凝膠質構特性的測定，發現分別添加蘆丁和槲皮素的小麥淀粉，其硬度、黏性和彈性都顯著降低，黏聚性顯著增大。宋一諾等[51]研究在小麥淀粉中添加月桂酸，結果表明與不添加月桂酸的小麥淀粉相比，其熱糊黏度凝膠硬度和咀嚼性顯著減小，最終黏度增大；并且隨著月桂酸用量的增加，小麥淀粉的最終黏度逐漸增大，硬度和咀嚼性逐漸減小。Sun等[48]研究發現小麥淀粉的硬度和咀嚼性隨小麥纖維的增加而增加，黏聚性降低，彈性無明顯變化。

2.6 透明度

在淀粉基食品加工和生產應用中，對淀粉糊的透明度有一定要求，淀粉糊透明度也是影響食品品質的一個重要因素，反映淀粉與水結合能力的強弱[52]，淀粉糊化后其分子重新排列相互締合的程度是影響淀粉糊透明度的重要因素[53]，用透光率表示淀粉透明度的程度，淀粉透光率越大表示淀粉透明度越好[54]。

侯蕾等[55]研究不同種類淀粉（小麥淀粉、玉米淀粉、土豆淀粉、紅薯淀粉和綠豆淀粉）理化性質比較，結果表明小麥淀粉的透明度最低，淀粉糊的黏度和熱穩定性最好。張慧娟等[56]研究堿法提取青稞淀粉的理化性質，結果表明在含量相同的情況下，小麥淀粉的透光率比青稞淀粉的透光率小，說明小麥淀粉的透明度比青稞淀粉小。

2.7 溶解度和膨脹度

淀粉的溶解度和膨脹度與小麥淀粉中直鏈淀粉、支鏈淀粉、蛋白質、脂質等成分的含量和顆粒大小有一定的關系[57-58]。溶解度可以體現淀粉顆粒與水分子的相互作用力的大小情況。

?ubaric'等[59]研究丁二酸與乙酸酐混合可制得糊化溫度低、易回生、溶脹力和溶解度高的小麥淀粉。侯蕾等[55]研究不同種類淀粉理化性質，結果表明不同種類淀粉的溶解度大小依次為紅薯淀粉、土豆淀粉、綠豆淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉，即紅薯淀粉的溶解度最高，小麥淀粉的溶解度最低。李素云等[60]研究不同凍藏方式對小麥淀粉功能性質的影響，結果表明隨著凍藏時間的增加，淀粉的溶解度呈上升趨勢，而凍融凍藏有相同的趨勢，且溶解度上升的更明顯。

3 小麥淀粉的應用

小麥淀粉的來源廣泛、價格低廉，隨著對小麥淀粉深加工的研究，小麥淀粉可以應用于多種行業，但是由于其自身的性質，在工業和某些食品行業還是無法滿足需求，限制了小麥淀粉的加工及應用，所以在紡織、造紙、日用化工等行業使用的多是改性淀粉，改性后的小麥淀粉克服了原淀粉易回生、不耐強酸、強堿等缺點，所以改性的小麥淀粉也是增加其應用范圍的重要手段。

王首旗等[61]研究改性后的小麥淀粉用于紙張表面施膠的性能和可行性，并確定小麥淀粉氧化改性的最佳工藝條件：50 g小麥淀粉與450 mL水溶液混勻，升溫55℃，保溫60min，再加過硫酸銨0.5g，升溫至75℃，保溫60 min，升溫至95℃，保溫60 min，加3.6 g硫酸鋁和4 g陽離子表面施膠劑攪拌均勻。楊金田等[62]以小麥淀粉為原料，過硼酸納為催化劑，過氧化尿素為氧化劑，聚丙烯酰胺為改性劑，鈉基/鈣基復合膨潤土為催干劑和填充劑，采用常溫氧化法制得種新型的改性淀粉紙包裝黏合劑。吳津蓉等[63]研究酸改性小麥淀粉在慕斯中的應用，采用酸改性的小麥淀粉替代明膠作為混合凝固劑制作慕斯蛋糕，并對改性淀粉慕斯蛋糕參數優化，發現慕斯蛋糕的最佳配方7.5 g復合凝固劑，180 g奶油，50 g砂糖，150 g草莓，并且進行5 h以上的冷藏，制作出的慕斯蛋糕口感最好。顧俊等[64]用小麥淀粉研制出改性膠黏劑的最佳工藝條件：小麥淀粉30%、淀粉氧化溫度為50℃～55℃、糊化和交聯溫度為55℃～60℃、糊化pH值為12～13、交聯pH值為10～11、復合交聯劑4%，交聯時間為60 min，使改性后的小麥淀粉膠黏劑（14.66 MPa）內接強度明顯強于脲醛樹脂（urea resin，UF）膠黏劑（14.04 MPa）。田莉雯等[65]以小麥淀粉和玉米淀粉為成膜基質，采用流延法制備可食用膜，結果表明制膜的最佳工藝條件：小麥淀粉與玉米淀粉的質量比60∶40，山梨醇含量0.6%，檸檬酸含量2.5%，增強劑含量1.4%，糊化溫度85℃，糊化時間40 min，制成的淀粉溶液濃度為60 g/L，再干燥4 h～6 h，此最優工藝條件下制成的復合膜拉伸強度為14 MPa～15 MPa，斷裂伸長率為 30%～33%。Li等[66]研究連續三酶改性小麥淀粉的流變特性和糊化特性，結果表明小麥淀粉經β-淀粉酶、轉移葡萄糖苷酶和普魯蘭酶連續處理后，其鏈長分布、黏彈性和凝膠強度均有明顯改善，其改性淀粉可作為小麥淀粉基食品如軟糖、果醬、甜點等的添加劑。

4 結語

小麥淀粉具有獨特的理化性質，比如：較低的糊化溫度，較好的淀粉糊的黏度和較好的熱穩定性等特點，并且小麥淀粉是食品及其它工業的重要原料，隨著工業加工的深入研究，小麥淀粉的應用越來越廣泛，然而在小麥淀粉的基礎研究和應用研究領域還有許多待開發的空間，應該切實采取措施，促進小麥淀粉在食品和工業中的進一步應用，為進一步開發小麥資源提供一定理論指導。