外源添加物對米制品品質影響的研究進展

劉曉飛，吳浚瀅，趙香香，戚月娜，劉 暢，張 娜

（哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江省谷物食品與資源綜合加工重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150028）

大米是稻谷經清洗、脫殼、碾米、成品整理等工序后制成的，分為秈米、優質秈米、粳米、優質粳米、秈糯米、優質秈糯米、粳糯米和優質粳糯米8種[1]。2019年，國際谷物理事會的統計為全球大米產量4.9億噸，中國稻谷總產量2.1億噸，居全球首位，黑龍江省在各省水稻產量排名中居首位，它作為我國主要的糧食供應地和商品糧主產區，其產量為2664萬噸[2]。大米作為我國65%居民的主食，在國家糧食安全方面占據舉足輕重的位置。除主要以米飯為食，還將大米加工成米制品，米制品是以大米、糙米為主要原料，經一系列加工使其具有營養健康、品質優良、口感豐富、種類繁多等特點的一類產品，如米線、米發糕、米制膨化食品、米果、米面包、米糕等。

我國米制品加工行業已經有長久的發展，但總體發展情況相對落后，產業層次較低，市場競爭力較弱，具體為：我國大米加工業產能的利用率非常低，深加工比率平均為20%，而發達國家高達80%[3]，區域產業存在精深加工產能不足的情況；品牌消費時代催生高端大米行業，缺少龍頭企業拉動，大米行業的發展較其他行業規模小、組織程度差和布局分散，在稻谷產能過剩、進口沖擊和競爭激烈下，大米加工中小型企業倒閉增多；加工產業鏈條短，以初級加工為主，米制品以半成品居多，存在糧食深加工程度較低且深加工產品種類不多、產品結構單一，沒有合理利用深加工副產物；自主創新意識不足，科學技術投入的較少，科研創新速度較慢，相關產業的研發力量薄弱[4]。但米制品在加工過程中遇到的問題主要取決于大米本身的品質特性，研究其品質至關重要。

本文基于當前米制品的研究現狀，介紹大米的營養成分及功效，從而突出米制品研究的重要性，分析了影響米制品深加工過程中品質的因素，闡述了國內外研究外源添加物對米制品品質的不同影響，為后續發現出更適合的外源添加物提供一定的理論基礎。

1 大米營養成分及功效

大米是補充營養素的基礎食物之一，能夠為人體提供80%的熱量和20%的蛋白質，主要含有淀粉（直鏈淀粉和支鏈淀粉）、蛋白質、脂肪和維生素等，其中，淀粉和蛋白質分別占大米的80%和8%左右[5]。大米淀粉顆粒大小為2~8 μm，其主要變化是由直鏈淀粉與支鏈淀粉的相對含量及其具體比例、結構決定的[6]，支鏈淀粉占大米淀粉的65%~85%[7]，大米淀粉約占淀粉總產量的13%，為第四大淀粉工業原料[8]。大米蛋白質可分為谷蛋白、醇溶蛋白、清蛋白和球蛋白，其含量分別為66%~78%、1%~5%、2%~5%和2%~10%[9]，大米的蛋白質含量、生物價、氨基酸的構成比和營養價值都高于小麥、小米、玉米等禾谷類作物的，其消化率為66.8%~83.1%[10]，但賴氨酸和蘇氨酸的含量較少，所以大米蛋白并不是一種完全蛋白質，其營養價值不能與動物蛋白質相比較。脂肪約占大米的1.3%~1.8%，主要有非淀粉脂類和淀粉脂類。非淀粉脂類主要由中性脂類、少量糖脂和磷脂構成，主要存在大米外胚乳和胚芽中；淀粉脂類是由脂類和淀粉顆粒結合形成的，約占大米的0.5%~1.0%[11]，大米脂類中的亞油酸含量相對較高，占大米脂肪的34%[12]。大米還含有鉀、鈉、鋅、銅、鈣、鐵、鎂、磷和硒[13]等人體必需微量元素，粗纖維，維生素B1、B2，煙酸等營養物質[14]。

大米被中醫譽為“五谷之首”，具有很好的養生功效，可以補中益氣、通血脈、止瀉、健脾養胃、聰耳明目、滋陰潤肺等[15]。米粉有益于嬰兒的生長和身體健康，能刺激胃酸的分泌和使奶粉中的酪蛋白分解形成疏松而又柔軟的小分子凝塊，有助于消化吸收，并對脂肪的吸收有促進作用[16]。大米淀粉可為人體快速提供能量，有效地增強自身的免疫力、促進新陳代謝，保證心臟的射血能力，補充豐富礦物質，增強骨骼強度；大米蛋白可以降膽固醇[17]。還有研究顯示，大米中的某些生物活性成分能夠預防糖尿病和癌癥等疾病的發生[18]。

2 影響米制品在加工過程中老化等問題的因素

在加工過程中發現，米制品老化和沒有筋性問題主要受淀粉、蛋白質的含量、種類等影響[19]，由于糊化后的淀粉凝膠在保存過程中出現變硬、變脆、不透明及保水能力變差等老化現象和缺少面筋蛋白等問題，不利于米制品研發，限制大米加工業的發展。不同含量、種類的蛋白質和淀粉對大米的糊化特性、老化過程和質構都有不同的影響。

在淀粉體系的老化過程中，直鏈淀粉和支鏈淀粉都有著重要的作用，直鏈淀粉分子為直鏈狀結構，空間阻礙小，利于重結晶；支鏈淀粉分子為樹枝狀結構，空間阻礙大，不利于重結晶。淀粉老化受到多個因素的影響，其中最重要的是直鏈淀粉分子特性，包括直鏈淀粉含量、游離或與脂類的結合程度及分子量分布等多方面因素；其次是支鏈淀粉的鏈長分布決定的[20]。Matalanis等[21]研究發現在支鏈淀粉中長B鏈結構的數量多少會明顯影響淀粉老化程度，長B鏈結構占比大會使支鏈淀粉分子鏈端更加靈活，幫助淀粉分子鏈端的重結晶，可以加快淀粉老化速度。淀粉主要是影響大米制品的老化問題。

蛋白質可以在米胚乳中以蛋白體的形式填充在淀粉結構之中，進而抑制淀粉的糊化和膨脹，改變了大米的糊化特性和紋理破碎現象。蛋白質使淀粉的溶解度、黏度、硬度和膨脹率下降，彈性、凝沉性和回生值上升[22]。蛋白質會增加大米吸水難度，不利于大米的糊化[23]。降低大米蛋白質含量，可以增加最大黏度。大米中缺乏面筋蛋白，導致形成的面團不具有筋性，無法形成較好的空間網絡結構，沒有空間儲存發酵時產生的氣體，使發酵好的面團體積較小，沒有良好的粘彈性和延展性，面包芯發黏，口感不好[24]。由此可見，蛋白質的含量、種類會深深影響著米粉老化和米制品感官等問題。

3 外源添加物對米制品品質影響

添加外源物可以有效地改善米粉和米制品的質構、糊化性質、老化程度、蒸煮品質、焙烤品質等品質特性，對米粉的糊化程度和凝膠化有著很大影響，因此，改善米制品品質可以采用添加外源物的方法。常用的外源添加物有蛋白質和碳水化合物等。

3.1 蛋白質

在食品中，植物蛋白和動物蛋白是常用的外源蛋白。用于改善大米粉品質的蛋白主要是植物蛋白，豁銀強等[25]研究不同添加量的大米谷蛋白對秈米淀粉糊化、流變、熱特性及淀粉凝膠特性的影響。結果表明：添加大米谷蛋白引起米淀粉的彈性模量和黏性模量的變化趨勢與相應的純淀粉體系基本一致；但在相同溫度情況下，儲能模量峰值和耗能模量的峰值隨大米谷蛋白添加量增加而增大；大米谷蛋白對米淀粉的熱特性（DSC）吸熱峰的起始溫度和峰值溫度沒有明顯的影響，但是混合體系的焓值隨谷蛋白添加量增加而降低；大米谷蛋白可以升高秈米淀粉凝膠的黏聚性、黏結性及回彈性等特性，增加秈米淀粉凝膠的孔洞深度、直徑，使結構更加松散。盧薇等[26]研究得出，淀粉的糊化特性（RVA）曲線、糊化焓值、峰值黏度、崩解值和回生值會隨谷蛋白添加量的增加而逐漸降低，從而影響蒸煮食味品質。付田田等[27]研究大豆肽、豌豆肽對大米淀粉的作用及對其理化性質的影響。結果表明：豌豆肽可以明顯增加大米淀粉糊的透明度，大豆肽明顯降低大米淀粉凝膠的硬度，它們都明顯改善淀粉的凍融穩定性、溶解度和膨脹度，大豆肽對其影響更大，它們都改善淀粉糊化性質和老化現象。

目前動物蛋白作為添加物的研究比較少。高雨晴[24]研究顯示，蛋清蛋白使米面包具有較好的醒發體積、質構特性和感官品質。張詩佳等[28]研究了蛋清蛋白對米粉品質特性的影響，結果顯示蛋清蛋白粉降低米粉的峰值、最低及最終黏度、回生值、彈性模量、黏性模量等糊化特性；在減少米粉的蒸煮時間、蒸煮損失和斷條率方面，添加濃度為7.5%的蛋清蛋白會更有效，能夠很好地改善米粉質構特性。但蛋白質很少單獨使用，與其他添加物共同使用會有更加理想的效果。添加外源蛋白可以改善大米本身蛋白不足的缺陷和提高米面團發酵性能。

3.2 碳水化合物

碳水化合物對淀粉老化具有較好的延緩作用，其機理是利用小分子添加物填充到糊化后的淀粉分子間，或者利用添加物形成網絡結構，作為空間位阻，阻礙淀粉分子的相互聚攏以形成結晶[29]。

3.2.1 低聚糖 低聚糖對米制品老化有延緩作用。裴斐等[30]研究了低聚果糖對大米蒸煮品質及消化特性等性質的影響，結果表明低聚果糖能提高大米的吸水率，降低米飯的硬度、體外消化水解率、糊化焓值和結晶度，米飯有理想的微觀結構和抗回生性。袁子等[31]研究山梨醇對大米凝膠糊化性質的影響，結果表明山梨醇明顯降低大米凝膠的糊化峰值溫度、內部孔洞數量、凝膠表面粗糙度、G'值的變化速率和結晶程度等糊化參數，明顯增加其糊化熱焓，抑制其凝膠的老化速度。大豆低聚糖延緩大米凝膠老化是通過與淀粉鏈形成分子間氫鍵從而阻止淀粉鏈的相互靠近，王建宇等[32]研究結果顯示，大豆低聚糖可以改善大米凝膠的質構特性，降低大米凝膠的結晶度，延緩凝膠老化速度。Tian等[33]研究添加β-環糊精對淀粉體系的影響，研究得出β-環糊精會與直鏈淀粉分子形成復合物，復合物減少了直鏈淀粉分子結構間的結合，進而延緩了淀粉的老化速度。但低聚糖存在一些問題，它的分子結構相對簡單，效果上不如多聚糖。

3.2.2 多糖 多糖對淀粉老化具有更好的延緩作用，不同種類的多糖結構差異比較大，對大米食品品質的影響不同。周劍敏等[34]研究不同添加量的普魯蘭多糖對秈米粉糊化性質的影響，結果得出，添加魯蘭多糖可以降低了秈米粉的峰值黏度、最低黏度、崩解值、回生值、彈性模量、黏性模量等糊化參數，糊化溫度略有上升，說明它抑制了秈米淀粉的糊化，使淀粉的重結晶度下降，進而抑制了淀粉老化程度。豁銀強等[35]研究了麥冬多糖對大米淀粉凝膠化及凝膠糊化特性的影響，實驗表明：麥冬多糖使大米淀粉凝膠的峰值黏度、稠度指數等糊化黏度參數都降低，而峰值時間和糊化溫度卻增加。

3.2.2.1 多糖膠體 多糖膠體是食品膠，作為增稠劑被廣泛用于食品行業中，它可以在一定條件下與水形成粘稠或膠凍狀大分子物質，減少水分的流動，使整個體系處于一個穩定的狀態，起到抗老化作用[36]。膠體的化學構成不同會導致其對抗淀粉老化的效果不同，如線性結構膠體比非線性結構膠體更容易與直鏈淀粉形成分子間氫鍵，形成阻礙，抗老化效果更好[37]。在米制品中添加多糖膠體可以增加其穩定性，改善淀粉間的結構，控制水分流動，改變其糊化和流變學性質。在米粉面包中，添加羥甲基纖維素能提高面包的最終體積，形成可逆性凝膠，保持氣體膨脹變化的穩定，增加其面團的持氣性能，延緩米粉直鏈淀粉的老化[38]。高雨晴[24]經研究發現米粉加入1.5%的魔芋精粉，制得大米面包的性質最佳，使面包內部出現了更多大小均勻的氣孔，風味與小麥面包相似。添加瓜爾豆膠會增加面團的水化性能，使其具有較高的糊化粘度，有利于面包膨脹，黃原膠會提高米面團的糊化粘度，減緩直鏈淀粉老化，含黃原膠的面包也具有較好的外觀結構[39]，黃原膠使大米淀粉凝膠的質地更加柔軟，結構更加致密，增加黏著性，降低內聚性，能降低淀粉的重結晶度，抑制支鏈淀粉的回生[40]。阿拉伯樹膠使大米面包的體積、質地、結構和感官品質等發生顯著變化，瓊脂雖對面包的體積有消極影響，但和阿拉伯樹膠一同作用時，會降低面包的硬度[41]。陳瑞云[42]研究得出，不同結構的果膠對大米淀粉糊化、流變和老化性質都有不同的影響程度。多糖水膠體具有較高的結合水能力，與水反應形成凝膠結構，因此常用多糖水膠體代替麩質蛋白的網絡結構和功能特性。多糖水膠體的添加，對面團的粘度有顯著提升，阻礙發酵過程中氣體逸出，從而提高面包的品質，延長面包的貨架期[43]。添加膠體可以提高米面團持氣性、持水性，增加粘彈性，提高米面包比容，形成氣孔，軟化面包芯。

3.2.2.2 纖維素 添加到米制品食品中的纖維素大多數為天然纖維素中的膳食纖維以及肉纖維濃縮物。目前應用的膳食纖維主要有兩種，分別為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維[44]。添加可溶性膳食纖維能增加大米面團的剪切力、糊化溫度和焓值，弱化面團的結構，優化大米面包的感官特性、工藝品質以及營養特性，提升面包的整體工藝和比體積，減少面包的碎屑硬度[45]；添加不可溶性膳食纖維增加了米面團的硬度，使面包具有較低的比容，可減緩面包的老化速率[46]。李姝[47]研究了大麥苗膳食纖維對擠壓重組米糊化性質的影響，結果得出在膳食纖維的添加量為5%~20%的條件下，擠壓重組米的膠著性、咀嚼性、粘性和硬度隨著添加量的增加先上升在下降。在無麩質面包中添加肉纖維濃縮物，可提高面團的工藝性能，使面包具有較高的吸水率、穩定性、韌性，較低的軟化性、延伸性、斷裂性、挫折性等[48]。

目前，細菌纖維素對米制品品質影響的研究相對較少。細菌纖維素是一種由超細納米級微纖絲組成的具有極強的吸水性和持水能力的新型膳食纖維，其分子內含有大量親水基團，微纖絲之間會相互交織成無規則的空間網絡結構[49]。謝新華[50]研究得出細菌纖維素可以降低大米淀粉糊化時的崩解值、回生值、糊化焓值和重結晶率等糊化參數，可以使大米淀粉凝膠的表面變得完整、形成致密的結構，細菌纖維素可以明顯改善大米淀粉凝膠老化的問題。朱鴻帥[51]經實驗結果顯示，細菌纖維素能明顯增加大米淀粉凝膠的冷藏穩定性，且貯藏穩定性與其添加量成正比；細菌纖維素降低了凝膠中的水分流動和析出，阻止了淀粉分子間的重新排列組合，在凍融過程中阻礙了大米淀粉凝膠晶體的重新形成，明顯降低老化焓值和相對結晶度，它有利于形成柔軟致密的淀粉凝膠結構，抑制其老化現象，是一種有開發潛力的新型添加劑。

3.3 其他

除了蛋白質，碳水化合物和膠體之外，還可添加鹽類[52]和乳化劑等外源添加物對米制品品質進行改變。Han等[53]研究了不同濃度的鈉鹽和氯化物對回生大米淀粉和米飯再加熱行為的影響，結果表明含鈉鹽和氯化物的大米再加熱后淀粉凝膠和米飯的糊化程度都比不加鹽的好，糊化率增加大于38.0%；增加鈉鹽、氯化物濃度使凝膠化增加；添加Na3PO4的樣品有最大的糊化增量和最低的回生度。磷酸鹽具有優良的持水性，能在儲藏過程中維持體系的穩定，磷酸鹽螯和金屬離子的特性能和食品中的蛋白質形成網狀結構，同時增強蛋白質與淀粉分子間的連接，減少淀粉的析出[54]，起到抗老化效果。陳潔等[55]研究了食用膠、磷酸鹽和淀粉類添加劑對米粉品質改良的效果，結果表明影響米粉品質的最大因素是復合磷酸鹽，它可以增大米粉的拉伸力和咀嚼度，也能改善米粉的色澤和表觀狀態。

乳化劑可以進入大米淀粉分子結構內部，促進內部結合，減少淀粉老化現象，有改善食品品質、增加保質期和增添其風味等作用，乳化劑抗淀粉老化效果的差異主要取決于其與直鏈淀粉的分子結合能力、與水的親和力等。線性結構的乳化劑空間阻力小，易于與淀粉形成穩定的網絡結構，抗老化效果好；親水性強的乳化劑有利于增加儲藏過程中體系的穩定性[56]。孟岳成[57]研究了3種常用乳化劑對米粉糊化過程、凝膠化和流變性質的影響，結果表明分子蒸餾單甘酯和蔗糖脂肪酸酯會明顯提高米粉的衰減值、最終黏度、回生值和糊化溫度等糊化參數；大豆卵磷脂可以明顯減少大米淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、回生值和糊化溫度等糊化參數，提高其衰減值。高揚等[58]探究了3種不同乳化劑及其復合物對糙米工程米食用品質的影響，結果表明乳化劑單獨使用可以改善其食用品質，復合使用的改善效果更好。

4 結語

目前，對米制品品質有影響的外源添加物主要有蛋白質和碳水化合物等。改善米制品品質能夠豐富米制品的種類，創造更大的利益，更好地為麩質過敏癥患者提供便利。日本、美國和北愛爾蘭等國家把米粉制作成米粉面包，已實現商業化生產[59]。國內的研究還不夠全面性和細節化，如淀粉和乳化劑之間的相互作用非常復雜，乳化劑的作用效果也不盡相同，對其加深研究，有利于其在米制品行業中更好的應用發展；動物蛋白在國外常被應用于食品加工中，而我國對其研究較淺，在米制品中的應用幾乎為零。應結合國外研究成果，不斷豐富外源添加物的種類，而且單一的添加物并不能很好地改善品質，應加大研究復合添加物的力度，找到更佳有效的添加物。該領域新的研究成果不斷出現，將更加有效地改善米制品品質；將科學研究成果投入到實際生產中，真正解決米制品品質的問題，能夠為食品行業的發展提供一些助力，給企業帶來巨大的經濟效益，為人民的生活提供更多的便利。