大米淀粉及其在食品工业中的应用

大米淀粉及其在食品工业中的应用

摘要：大米淀粉是一种重要的谷物淀粉，它是大米中最主要的成分，含量高达80%左右，并且大米淀粉以其独特的物理化学性质广泛应用于食品、纺织等行业。本文概述了大米淀粉的颗粒形态、分子结构特点和大米淀粉中的非淀粉组分（蛋白质和脂质）的性质及其对淀粉性能的影响；分析了大米淀粉的特性及其提取方法；介绍了大米淀粉和大米变性淀粉的性质及其应用现状。

关键词：大米淀粉；大米变性淀粉；应用

Rice Starch and It′s Application in Food

Abstract: Rice starch is one of important cereal starch. Rice starch is the most important ingredients in the rice because its content in the rice is up to 80%. Rice starch with its unique physical and chemical properties is widely used in food, textile and other industries. This article summarized the characters of rice starch granule morphology and molecule structure. Some non-starch constituents, such as protein and lipids, and their effects on the properties of rice starch are discussed. The characteristics and extraction method of rice starch are involved. The properties and application of native rice starch and modified rice starch are introduced.

Key Words: rice starch; modified rice starch; application

大米是我国及东南亚国家的主要粮食，主要成分是淀粉，含量高达80%左右。大米产量很大，仅我国就年产约1.8亿吨，不过由于其价格较高又是人们的主要口粮，所以一般只在产量集中的部分地区才用于加工淀粉及其深加工产品。因此，和玉米淀粉、薯类淀粉相比，大米淀粉的生产及其深加工相对比较落后。目前，淀粉工业的三大主要原料是玉米、小麦和马铃薯，而大米淀粉只占13%，不到玉米的一半，列第4位，并且，相较玉米、小麦和马铃薯淀粉，大米淀粉的价格一直较高，因而使大米淀粉的广泛应用受到了很大的限制。但是，随着淀粉应用领域的不断拓展、淀粉研究的进一步深入，研究者发现大米淀粉具有一些特殊的结构和性质，决定了它能更好地满足一些特殊应用行业的要求，因此，开发一些附加值较高的大米淀粉及其深加工产品具有深远的意义[1,2]。

1大米淀粉的颗粒结构

1.1大米淀粉的颗粒形态

大米中的淀粉分子是以淀粉颗粒的形式存在，并且淀粉颗粒是透明的。大米淀粉是已知谷物淀粉颗粒中最小的一种，单粒淀粉颗粒大小约为3um～8um，其形状多数呈不规则的多角形，且棱角显著。大米品种不同，其淀粉颗粒大小也有明显的差异，一般糯米的淀粉颗粒比粳米和籼米的大。许多植物淀粉颗粒在细胞的淀粉质体或叶绿体中是以单粒形式存在的，然而，大米淀粉仅以复合淀粉粒形式存在于单个淀粉质体中，呈球形或椭圆形，其内包含约20～60个小淀粉颗粒，并且复合淀粉粒表面有许多孔洞[1,3]。

1.2大米淀粉的分子结构

同其它类型淀粉一样，大米淀粉颗粒是由支链淀粉分子以疏密相间的结晶区与无定形非结晶区组合而成，中间掺杂以螺旋结构存在的直链淀粉分子。直链淀粉和支链淀粉在淀粉粒中形成发散的各向异性和半结晶结构。直链淀粉是由а-D-葡萄糖通过а-D-1,4糖苷键连接而成的链状分子，呈右手螺旋结构，每一螺旋周期中包含有6个葡萄糖基，螺距为10.6Å。大米直链淀粉的结构特征与小麦、玉米淀粉相似，但与马铃薯淀粉和木薯淀粉相比，其分子链要短得多。支链淀粉是大部分淀粉的最主要组成，而且被认为是形成淀粉颗粒形状和结构的主要因素。它是一种高度分支的大分子，主链上分出支链，各葡萄糖单位之间以а-1,4糖苷键连接构成它的主链，支链通过а-1,6糖苷键与主链相连，分支点的а-1,6糖苷键占总糖苷键的4%～5%[4]。

2大米淀粉的组成

精制大米主要由淀粉、蛋白质、纤维素和脂质组成，即使经过多次精制，所分出的大米淀粉中仍含有少量非淀粉组分，如蛋白质、脂质、磷以及一些微量元素等。这些物质有些是在植物生长过程中自然沉积

在淀粉颗粒中的，有些则是在淀粉加工过程中所引进的，它们对淀粉的物理化学性质有一定的影响[3]。

大米中的蛋白质一般存在于大米淀粉颗粒的外表面或填充在淀粉颗粒中，淀粉与蛋白质所形成的复合物主要包括直链淀粉和蜡质基因蛋白或者是与颗粒结合在一起的淀粉合成酶。不同来源的大米淀粉结合蛋白的含量相差很大。一般说，籼米淀粉中结合蛋白的含量要比粳米和糯米淀粉大得多。同时大米蛋白对大米淀粉的物理化学性质有一定的影响，如果用酶法去除大米淀粉中的结合蛋白，能加速大米淀粉的糊化，其峰值粘度、表观粘度、屈服应力和稠度指数也相应增大。脂质包括脂肪和类脂，大米淀粉中脂肪的主要成分是脂肪酸，类脂物质主要是蜡和磷脂。与薯类淀粉相比，大米淀粉中脂质含量较高，而且，来源不同的大米淀粉脂质含量也相差较大。同蛋白一样，脂质对大米淀粉的物理化学性质也有一定的影响，若用甲醇将脂质除去，则大米淀粉的糊化温度和凝胶粘度将降低，并能增加凝胶的稠度，另外，脂质还能抑制大米淀粉的回生。此外，大米淀粉中灰分含量和磷含量较薯类淀粉要少得多，而且与淀粉的类型和提纯方法有关，糯米淀粉中磷含量远小于籼米淀粉和粳米淀粉[3]。

3大米淀粉的特性

3.1结晶性

大米淀粉为高结晶性淀粉，属于A型衍射图谱。根据赵思明等[5]人的研究发现，三种类型的大米淀粉具有相似的X-射线衍射图样，说明它们的晶体结构类型均为A型，三种淀粉的结晶度分别为28.95%(籼米)、39.44％(粳米)和36.36%(糯米)，其中籼米淀粉的结晶度较低，而粳米较高。

3.2 糊化特性

当原淀粉加水调成乳浆后，加热达到一定温度(一般在65℃以上)时，淀粉颗粒突然膨胀，体积增大，淀粉乳变成粘稠的胶体溶液，这种现象称为糊化。大米淀粉的糊化温度在68～78℃。品种不同的大米，其糊化难易程度各异,有研究指出和普通稻米淀粉相比，糯米淀粉的起始糊化温度较低，特别是到达峰值粘度时的峰温度相对要低得多。糯米淀粉的峰值粘度、热糊粘度和冷糊粘度也均比普通稻米淀粉低，这些性质可能与稻米淀粉中直链淀粉含量的不同有直接关系[6]。有研究显示，采用不同的方法处理大米淀粉，对其糊化特性也有一定的影响[7]。

3.3老化（回生）特性

淀粉稀溶液或淀粉糊在低温下静置一定时间，浑浊度增加，溶解度减少，在稀溶液中会有沉淀析出，如果冷却速度快，特别是高浓度的淀粉糊，就会变成凝胶体，好像冷凝的果胶或动物胶溶液，这种由于分子相互作用(主要是淀粉链之间的氢键作用)所产生的现象称为淀粉的回生或老化[8]。相比于马铃薯淀粉，大米淀粉的回生程度较小，而普通大米淀粉和糯米淀粉的回生程度也有较大的差别，由于普通大米淀粉和糯米淀粉的淀粉胶的温度稳定性不同导致糯米淀粉的回生程度比普通大米淀粉小[9]。糯米淀粉具有优于其它非蜡质和蜡质淀粉的冻熔稳定性。在一项研究中发现，干基含量5％的糯米淀粉糊经过20个冻熔周期不会发生脱水收缩，相比之下，蜡质玉米淀粉或蜡质高粱淀粉仅在3个冻熔周期内表现稳定，玉米淀粉在一个冻熔周期后会出现脱水收缩[10]。说明和其他类型淀粉相比，糯米淀粉回生程度较小。

还有研究者对大米淀粉的老化过程进行研究发现，大米淀粉糊呈现假塑性流体的特性，在存放过程中淀粉糊及其分散相和连续相的流变指数都随时间的延长而增加，淀粉糊的刚性增大；淀粉糊中分散相产生凝聚现象，并在支链淀粉内部形成胶体网络结构[11]。大米淀粉中直链淀粉和支链淀粉的相互作用会加剧老化进程[12]。

3.4凝胶特性

凝胶和老化的本质都是淀粉分子从无序趋于有序。凝胶网络的形成是淀粉分子互相聚合缠绕形成三维网络结构。淀粉在糊化后能够形成凝胶，形成凝胶的黏弹性与淀粉种类有关。大米淀粉的凝胶速度和凝胶强度主要与淀粉中直链淀粉的含量有关，这是由于直链淀粉的存在，使得支链淀粉重结晶的晶核快速形成，从而加速了支链淀粉的重结晶[13]。丁文平等[14]对米粉的研究表明，米粉凝胶的强度和耐热性主要是由直链淀粉形成的凝胶网络来维持的。

4大米淀粉的提取

大米淀粉是各种淀粉中与蛋白质结合最牢固的一种淀粉，要想用纯物理方法分离得到蛋白质含量很低