蕎麥淀粉的改性研究進展及其應用

馬莉娜，李海峰

（寧夏大學 食品與葡萄酒學院，寧夏銀川 750021）

在全球范圍內(nèi)，蕎麥的主產(chǎn)區(qū)在中國、俄羅斯、法國和美國。我國是蕎麥生產(chǎn)大國，蕎麥出口量位居世界第一。蕎麥含有豐富的營養(yǎng)成分，據(jù)專家測定，蕎麥含蛋白質(zhì)10%～18%，纖維素10%～16%，淀粉70%，脂肪僅含2%左右[1]。蕎麥含有豐富的礦物質(zhì)、有機酸、B 族維生素、維生素E 和維生素C，且含量比一般谷物高。蕎麥有一定的藥用性，具有理氣寬腸、健胃助消化的功能，效果顯著，因此被廣泛應用于醫(yī)療和保健領域[2]。作為具有良好的保健功能、營養(yǎng)物質(zhì)含量高且種植廣泛的雜糧之一，蕎麥在我國未來食品研究領域中會受到更多重視。目前，蕎麥在我國的研究較為傳統(tǒng)，市場上的蕎麥主要以傳統(tǒng)涼粉、饸烙面等研究性低的食品為主。近年來將蕎麥制作成保健品或其他產(chǎn)品的研究工作逐漸增多，主要是開發(fā)利用其營養(yǎng)成分、藥用與保健價值[3]。

淀粉作為胚芽和面粉的主要成分，決定了蕎麥制品的品質(zhì)，蕎麥淀粉有著獨特的物理特性和功能特性，然而由于蘆丁提取技術和蛋白質(zhì)分離技術的局限性，導致蕎麥淀粉的應用未被重視。目前有關蕎麥淀粉的理化特性和改性研究的報道較少，蕎麥淀粉的加工和改性技術尚未成熟[4-5]。隨著科學技術的發(fā)展與創(chuàng)新，人們對無谷蛋白類食物的追求愈加強烈，而無谷蛋白類食物的稀缺使蕎麥淀粉的研究逐漸被人們廣泛關注。因其蕎麥淀粉中存在不容易消化的抗性淀粉，血糖高的人群食用后不會突然引起血糖升高，因此在臨床上用來緩解糖尿病患者的癥狀[6]。研究蕎麥淀粉不僅有著科研參考價值，還能為人們的身體健康帶來便利。但因為蕎麥本身的苦味，口感粗糙等原因讓人們難以接受，因此蕎麥制品的市場受到限制，所以人們考慮將其淀粉進行提取然后改性，應用到工業(yè)領域，如作為床墊或醫(yī)療枕頭，但其他領域還沒有廣泛應用。

1 超微粉碎技術與應用實例

近年來隨著現(xiàn)代化工、電子、礦產(chǎn)開發(fā)、材料以及生物等高新技術的發(fā)展，超微粉碎技術也逐漸被研究人員應用于各大領域[7]。目前，超微粉碎技術在國外廣泛應用于輕工業(yè)、醫(yī)療等領域，已成為當前國內(nèi)外食品加工的關鍵內(nèi)容。超微粉碎作為機械力化學研究領域中一項高新技術，發(fā)展快速，可將物質(zhì)粉碎成微米級甚至納米級微粉。與其他粉碎技術相比，超微粉碎可以獲得的粒徑更小，通過超微粉碎技術可以研發(fā)新型食物資源。根據(jù)粉碎性質(zhì)的不同，超微粉碎技術可分為機械粉碎和化學粉碎，因機械粉碎成本低、產(chǎn)量大以及能夠保持其原有的化學性質(zhì)被大規(guī)模使用并且應用于產(chǎn)業(yè)鏈。目前超微粉碎機械式粉碎分為磨介式粉碎、攪拌磨、球磨機、高頻振動式超微粉碎和氣流式粉碎。近年來，超微粉碎技術越來越廣泛地應用于食品領域，但超微粉碎技術發(fā)展不成熟，還在不斷地探索和完善。

1.1 超微粉碎的特點

超微粉碎技術分為微米級粉碎、亞微米級粉碎和納米級粉碎。超微粉碎后可達到顆粒尺寸要求，擴大了資源的應用范圍，避免副產(chǎn)物資源的浪費。由于超微粉碎過后的粉體接近納米級的原料，可以直接用來制作制劑。經(jīng)超微粉碎后的物質(zhì)，其生物活性顯著提高，且可實現(xiàn)資源的有效利用。超微粉碎技術作為機械化發(fā)展領域中發(fā)展較快的一種新型高新技術，已經(jīng)逐步應用于食品藥品工業(yè)生產(chǎn)中，如中藥、骨粉、綠茶粉，使產(chǎn)品具有高利用率[8]。

1.2 超微粉碎對蕎麥淀粉的研究

蕎麥淀粉因其含有抗性淀粉，被作為一種功能性淀粉，而在蕎麥淀粉的理化特性和超細微結(jié)構(gòu)、改性等方面的研究較少。YAWEI HUANG[9]通過超微粉碎技術研究蕎麥淀粉的理化特性、超微結(jié)構(gòu)、糊化等特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同粒徑的蕎麥淀粉其理化特性表現(xiàn)出顯著差，超微粉碎處理時間為4 h，其蕎麥淀粉表現(xiàn)出無結(jié)晶度，而透光率、溶解度都有所提高，

程晶晶等[10]通過振動式超微粉碎探究超微粉碎對甜蕎全粉物化性質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，超微粉碎可大大改善粉體顆粒的均勻度、顏色均勻、亮度、吸濕度、溶脹度和溶解性，進而為甜蕎粉提供了理論依據(jù)。郭洪梅等[11]在研究超微粉碎處理對雜糧淀粉結(jié)構(gòu)及其理化特性的影響，研究發(fā)現(xiàn)適度時間的超微粉碎處理可以有效改善雜糧粉的性質(zhì)，使其結(jié)晶度下降，凝沉體積和持水性提高。超微粉碎處理2 ～4 h，在改變淀粉理化性質(zhì)的同時可保持原淀粉一定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，進而達到理想的改性效果。韓雪等[12]研究超微粉碎時谷物成分含量的變化，顯示通過超微粉碎處理蕎麥麩皮，可使麩皮的總黃酮含量升高，對Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附率分別增加了0.184 mg/g、0.840 mg/g 和1.341 mg/g，對NO2的清除率增加了24.25%。而也有研究發(fā)現(xiàn)超微粉碎處理使麩粉的休止角和滑角都有所增加，而持水力、持油力、膨脹力均減小[30]。

1.3 超微粉碎在雜糧中和其他領域的應用實例

通過超微粉碎技術可以生產(chǎn)多種功能性代餐食品，如雜糧沖泡粉、雜糧餅干、雜糧膨化食品，其中雜糧膨化產(chǎn)品是健康綠色產(chǎn)品的類別，并且具有降低人群發(fā)胖率的作用[31]。左蕾蕾等[32]通過超微粉碎對苦蕎米與苦蕎殼中黃酮體外溶出的研究發(fā)現(xiàn)，不同的粉碎方式對于促進苦蕎米和苦蕎殼的黃酮類物質(zhì)溶出有著不同的效果。對于苦蕎米，其氣流超微粉碎比振動超微粉碎更為顯著；對于苦蕎殼，氣流超微粉碎與振動超微粉碎均表現(xiàn)為極顯著，然而在模擬人的胃液實驗中發(fā)現(xiàn)，振動式超微粉碎中的黃酮含量更高。

ZHU 等[13]將超微粉碎技術研究苦瓜粉的理化特性，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超微粉碎可以將苦瓜的生物活性提高，同時獲得更好的流動性、分散性以及蛋白質(zhì)溶解度，可將其作為抗肥胖癥狀的補充劑。

研究人員通過制備苦瓜超微粉，并且應用于糖尿病患者的治療中，發(fā)現(xiàn)苦瓜超微粉具有抑制糖尿病的性能；還有人將杏鮑菇超微粉應用于小鼠體內(nèi)，研究發(fā)現(xiàn)其具有抗氧化、抗病毒、抗腫瘤等功能。ZHANG 等[14]通過超微粉碎技術處理薏苡仁粉（蕎麥、青稞、薏米和紅豆），研究結(jié)果顯示超微粉碎的機械效應改變了薏苡仁淀粉的結(jié)晶度、糊化溫度、吸熱焓以及糊化特性。SUN 等[15]通過超微粉碎技術研究紫荊根的橫切面特征，其通過設置不同的參數(shù)，制備了5 種粉末，并且對其進行理化特性以及抗氧化活性的探究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超微粉碎技術將其粉末特征改變，隨著粒徑的減小，紫荊根粉末的油和水分的結(jié)合力降低，其他理化指標隨著粒徑的減小而增大；當粒徑大小在50 μm 時，其黃酮含量和甲氧基含量都達到最高，將不同的粒徑對紫荊根粉的理化特性和抗氧化能力產(chǎn)生顯著差異。除此之外，超微粉碎也應用于被拋棄的果皮和果核，最大化地利用果蔬資源，還可以通過超微粉碎技術將水產(chǎn)中的副產(chǎn)物及時轉(zhuǎn)化為有利產(chǎn)品，實現(xiàn)天然資源的最大化利用。在糧油生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的麩皮、豆渣、米糠等副產(chǎn)物，通過超微粉碎手段可將其進一步深加工，得到其超微粉，從而提高所含營養(yǎng)物的溶出率[16]。

超微粉碎技術在化妝品領域也有一定的研究發(fā)現(xiàn)。王奕等[17]通過旋風粉碎機制備得到一種可以加入到凝膠面膜中的超微綠茶粉，具有改善面膜性能的作用。氣流式超微粉碎技術常用于壓粉型化妝品方面，明顯有利于改善粉體的結(jié)構(gòu)和粉體質(zhì)量。

超微粉碎技術在功能型食品的生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)超微粉碎技術使得胡蘿卜中的不溶纖從非水溶性變?yōu)樗苄裕⒎鬯楹罄砘再|(zhì)發(fā)生顯著性改變，并且通過小鼠實驗發(fā)現(xiàn)其可對小鼠腸的健康起到保護作用。超微粉碎技術可以將非水溶性膳食纖維發(fā)揮其水溶性膳食纖維的作用[18]。

2 擠壓膨化技術與應用實例

擠壓處理與其他處理相比，擠壓膨化高效且適于連續(xù)化處理，是高效提高谷物食品質(zhì)量特性的方法之一，擠壓技術也被認定為最安全、最環(huán)保的加工方式[19]。近幾年，擠壓設備作為淀粉的生物反應器，加快了淀粉糊化并且能夠有效降低擠出物的黏度，大大提高淀粉糖化和發(fā)酵作用。擠壓膨化技術是通過熱能、攪拌、剪切和壓力等綜合作用，使原料中的淀粉糊化裂解。相對于其他處理方式，擠壓膨化技術是一種更加安全、簡便、綠色的物質(zhì)加工方式，同時也是一種新型的物理改性方式，并且擠壓膨化使得淀粉分子處于異常活躍的狀態(tài)，有利于酶解作用[20]。

2.1 擠壓膨化技術特點

擠壓蒸煮因其生產(chǎn)率高、溫度高、時間短，同時具有破壞微生物和抗營養(yǎng)酶等特點，被廣泛應用于食品加工。擠壓過程中，淀粉顆粒會因吸水膨脹以及熔融等現(xiàn)象會改變晶體類型和結(jié)晶度，已有研究發(fā)現(xiàn)擠壓處理降低了玉米淀粉、香蕉淀粉、大米淀粉等的結(jié)晶度[21]。淀粉分子在擠壓過程中會產(chǎn)生降解反應，使其大分子變成小分子，研究發(fā)現(xiàn)淀粉在發(fā)生降解反應時糖苷鍵會斷裂，而擠出物質(zhì)仍然以大分子的形式存在。在擠壓加工中也有一些不可避免的缺點存在，如加工成本高、加工設備昂貴、加工參數(shù)難確定等因素的存在，使擠壓技術處于進一步的探索期[22]。

2.2 擠壓膨化對雜糧產(chǎn)品的影響

我國是雜糧生產(chǎn)大國，但在早期雜糧研究中并沒有深入探索，直到20 世紀70 年代末才開始正式研究，在國家的經(jīng)濟扶持和科研人員的不懈鉆研中，雜糧擠壓技術快速發(fā)展，逐漸形成雜糧加工的高新技術。進入21 世紀后，擠壓雜糧食品每年逐漸在7%~9%增長，預計在未來可以達到15%的增長率[23]。

蕎麥產(chǎn)品因為受加工條件的限制，如在產(chǎn)品的加工、產(chǎn)量、谷物結(jié)構(gòu)和加工條件等方面的因素影響，從而使得蕎麥制品只能在小型農(nóng)業(yè)植物中間歇性生產(chǎn)，導致在加工環(huán)境衛(wèi)生和加工設備不完善方面達不到國家標準。儲呈慧等[24]通過擠壓膨化技術對蕎麥的理化特性的研究結(jié)果顯示，擠壓溫度在170 ℃時蕎麥膨化產(chǎn)品的口感酥脆，味道最佳，螺桿轉(zhuǎn)速與擠出溫度都會對蕎麥膨化產(chǎn)品有巨大的影響。相比螺桿轉(zhuǎn)速的快慢，加工溫度對吸水率影響更大，而水分含量卻顯示出比螺桿轉(zhuǎn)速和擠出溫度對吸水率的影響更大。總之，蕎麥產(chǎn)品在擠壓膨化技術上還有待研究，專用蕎麥擠壓膨化設備不夠完善，衛(wèi)生條件也達不到國家標準。

2.3 擠壓膨化產(chǎn)品實例

2.3.1 擠壓膨化技術在新產(chǎn)品加工方面

薛朕鈺等[25]研究添加苦蕎黃酮提取物的裸燕麥擠壓膨化產(chǎn)品抗氧化以及降血脂功效中發(fā)現(xiàn)，加入了苦蕎黃酮提取物裸燕麥的擠壓膨化產(chǎn)品，明顯提高了抗氧化能力，以及對改善小鼠的糖脂代謝紊亂起到有效作用。陳晨等[26]在使用擠壓膨化制備食用菌粉以及其沖調(diào)工藝的研究中發(fā)現(xiàn)，通過擠壓膨化技術可以研究得到一款顆粒大小均勻，光澤均勻，方便食用，甜度適口，味道純正和滑潤無結(jié)塊的食用菌粉。

2.3.2 擠壓膨化技術在谷物中的應用

丁立等[27]研究擠壓膨化技術在谷物早餐產(chǎn)品中的應用結(jié)果顯示，通過擠壓膨化技術可以使得谷物中的纖維素大分子發(fā)生降解，水溶性增強使得產(chǎn)品口感增加，咀嚼性良好。目前擠壓膨化谷物早餐產(chǎn)品在國外已經(jīng)很普遍，而我國通過擠壓膨化技術制備谷物早餐還集中在膨化食品及其蛋白組織中，在谷物中研究力度較弱，還處于初步探索期間[28]。在研究蕎麥擠壓膨化食品的加工工藝中的結(jié)果顯示，膨化溫度為170 ℃，喂料速度為6 Hz，螺桿轉(zhuǎn)速為32 Hz，制備得到的膨化效果最好，食品色澤誘人，富有谷物特有的營養(yǎng)特色。鄒子爵等[29]論述了在培烤餡料中，擠壓膨化技術可有效提高谷類中營養(yǎng)物的保存率和利用率，改良口感，改變理化性質(zhì)；在蘑菇山藥等培烤類餡料中，擠壓膨化技術可以使淀粉變性，由于汽化作用導致果實中水分散失，花青素和抗氧化性逐漸下降，擠壓機參數(shù)的改變膨脹率也有所改變。

3 預糊化技術與應用實例

預糊化技術是將原淀粉進行適當?shù)奈锢砀男缘募夹g，從而使得原淀粉變成α-淀粉，將其原來的β-淀粉變?yōu)棣?淀粉。淀粉預糊化是將淀粉與蒸餾水充分混合，加熱過程中不斷攪拌，等其完全糊化后，干燥淀粉糊，然后粉碎過篩及包裝[30]。

3.1 預糊化技術特點

與原淀粉相比，預糊化淀粉可在冷水中吸水溶脹溶解，形成有一定黏度的淀粉糊，其凝沉性較原淀粉顯著變小，食用方便，且廣泛使用。預糊化淀粉食用較方便，添加冷水就可以變成糊狀，具有增稠、保性的特點。其分散性、黏性、吸水性、吸油性、膨脹性、親膚性以及顆粒光滑度較好，可省去加熱工序。

3.2 預糊化技術加工蕎麥

由于蕎麥粉中含有大量的淀粉，經(jīng)過糊化處理后可以增加其黏性，改善面團的組織結(jié)構(gòu)，已達到蕎面粉的最佳添加量制備出蕎麥掛面，通過蕎麥粉自身的預糊化條件可以獲取質(zhì)量較好的蕎麥制品，從而使加工成本低、不需要添加添加劑的蕎麥面制品供應市場需求。李陽等[31]通過預糊化對蕎麥掛面品質(zhì)的影響進行分析，結(jié)果顯示，預糊化溫度在65 ℃、水的添加量為30%、預糊化時間為24 min，在該工藝條件下，其掛面的質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮特性及感官評價最佳。

3.3 預糊化技術加工應用

面包粉的吸水量一般在50%左右，面團質(zhì)地較硬，而預糊化變性面包粉的吸水量會提高1 倍以上，使原有的面包變得柔軟，如預糊化的糙米制作膨化大米成為印度流行小吃等。有研究發(fā)現(xiàn)5%預糊化淀粉應用于冷凍面包的面團制作中可有效延緩冷凍處理對面包比容的下降和降低其面包面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的損傷，極大地改善冷凍面包的品質(zhì)。

4 結(jié)語

改性淀粉越來越廣泛應用于食品、飼料、石油鉆井等領域中，越來越多的研究人員開始關注淀粉的改性技術。目前我國的改性技術發(fā)展還不是很成熟，其中擠壓膨化技術也不嫻熟，需要進一步對擠壓設備進行改造，后續(xù)研究可以從設備著手進一步探究淀粉改性的理化特性。近幾年低溫等離子技術深受廣大研發(fā)人員的喜愛，研究者也可以從低溫等離子技術改性淀粉入手。