淀粉糊化及其检测方法

淀粉在食品工业应用，主要是利用淀粉糊性质，要使其颗粒达到糊化后方能使用，因此要相当熟悉淀粉糊化过程。未受损伤淀粉颗粒不溶于冷水，但能可逆吸水，即它们能轻微吸水膨胀，干燥后又可回到原有颗粒大小。当在水中加热、淀粉颗粒糊化时，颗粒中分子有序破坏，包括颗粒不可逆吸收膨胀、双折射及结晶区消失。糊化过程中直链淀粉分子溶出，但有些直链淀粉也能在糊化前溶出，完全糊化发生在某温度范围内，一般较大颗粒首先糊化，糊化初始表观温度和糊化温度范围与测定方法、淀粉与水比例、颗粒类型、颗粒内部分布不均匀有关。因此，研究淀粉糊性质极为重要。

1 淀粉糊化及糊化特性

淀粉糊化过程实质是微晶束溶融过程。淀粉颗粒中微晶束之间以氢键结合，糊化后淀粉分子间氢键断裂，水分子进入淀粉微晶束结构，分子混乱度增加，糊化后淀粉―水体系行为直接表现为粘度增加。

淀粉颗粒包括结晶结构和非晶结构（无定形结构）。淀粉结晶结构都与淀粉组成结构、天然合成、糊化过程、化学反应活性及变性淀粉性质应用等密切相关。在淀粉改性处理过程中，若其结晶结构被破坏，即非晶化后，将其在偏光显微镜下观察时，偏光十字消失。图1中天然木薯淀粉颗粒具有明显对称偏光十字，说明存在晶体结构。预糊化木薯淀粉由于经历高温糊化过程，从而导致其颗粒膨胀，晶体结构消失。同样相类似，天然糯玉米淀粉颗粒偏光十字明显，而预糊化糯玉米淀粉晶体结构完全被破坏，无偏光十字。上述例子表明，淀粉经糊化后颗粒膨胀，晶体结构消失，无偏光十字〔1〕。

图1　糯玉米淀粉和木薯淀粉偏光显微照片

天然糯玉米淀粉

预糊化糯玉米淀粉

天然木薯淀粉

预糊化木薯淀粉

图2　小麦淀粉生物显微照片和透射电子显微照片

A、B分别为小麦原淀粉和糊化后小麦淀粉生物显微照片；

C、D分别为小麦原淀粉和糊化后小麦淀粉透射电子显微照片。

D

B

A

C

淀粉糊化及其检测方法

叶为标

（华南理工大学轻工与食品学院，　广东广州　510641）

摘　要：淀粉糊在食品工业具有重要应用价值，淀粉糊性质直接影响食品品质。该文介绍淀粉糊化特性及其检测方法，详述各种检测方法在淀粉糊中应用实例，并指出其中优缺点；提出今后淀粉糊检测方法发展方向，为淀粉糊在食品工业广泛应用奠定基础。

关键词：淀粉糊化；淀粉检测；淀粉

The starch gelatinization and its detection methods

YE Wei–biao

（College of Light Industry & Food Science， South China Univ. of Tech.， Guangzhou 510641， China）Abstract：Starch paste has important value in the food industry， the properties of the starch paste

impact on the quality of food directly. In this paper， review pasting properties of starch and its testing methods， detailed in a variety of detection methods in starch paste in the application and pointed out that one of the strengths and weaknesses. Finally， point out the direction of the future development of starch paste method of detecting for the starch paste in the food industry and lays the foundation for a wide range of applications.

Key words：starch gelatinization；starch detection；starch

中图分类号：TS201.2+3 文献标识码：A 文章编号：1008―9578（2009）01―0007―04

收稿日期：2008-11-10

淀粉颗粒在过量水存在情况下连续加热引起颗粒进一步吸水膨胀。另外，可溶性组分（主要是直链淀粉）溶出，特别是在加剪切力后，颗粒完全破裂，生成淀粉糊（在淀粉工艺中，通过加热淀粉浆料生成糊称为淀粉糊）。淀粉颗粒吸水膨胀和破裂形成粘性体，系由可溶性直链淀粉连续相和支链淀粉分散相及颗粒剩余下来不连续相组成。在高温、高剪切力和过量水存在条件下，分子才能完全分散，在制造食品产品时很少会遇到这样条件〔2〕。

强涛等〔3〕研究小麦淀粉及其糊化后在生物显微镜及透射电子显微镜下结构。在生物显微镜下，小麦淀粉颗粒有明暗相交替的层状结构，这些层被认为是生长环，如图2（A）所示。已糊化小麦淀粉随温度上升，内部结构变化，颗粒内出现网状结构，达到糊化温度后，出现线状结构，如图2（B）所示。网状结构和线状结构与淀粉结构中支链淀粉密不可分，说明小麦淀粉存在部分分支结构。

在透射电镜下，小麦原淀粉呈球形，颗粒间距离较小，如图2（C）所示。糊化后小麦淀粉颗粒表面不如原淀粉光滑，淀粉颗粒尺寸变小，颗粒间聚集状态也发生变化，透射电镜下形貌与凝胶较相似，如图2（D）所示。

在通常食品加工条件下（热和水分，虽许多食品体系含有限水分，并远未达到淀粉蒸煮水分），淀粉颗粒快速吸水膨胀超过可逆点，水分子进入链中间，打断链间结合，在分离分子周围形成水合层，分子链塑化后完全分离并溶剂化。水大量进入使淀粉颗粒吸水膨胀至原颗粒几倍，在缓慢加热和一定剪切力作用时，淀粉颗粒吸收大量水分，产生膨胀，相互挤压〔4〕。这种高度吸水膨胀颗粒易于破碎，通过搅拌而破碎，使粘度下降。可以说，糊化本质是高能量热和水破坏淀粉分子内部彼此间氢键结合，使分子混乱度增大，糊化后淀粉－水体系行为直接表现为粘度增加。由于淀粉颗粒吸水膨胀，水合直链淀粉分子从颗粒扩散进入水相，这个现象决定淀粉糊一些性质；且这个糊化过程可用仪器记录下来〔5〕。

淀粉糊特性是由淀粉类型、淀粉浓度、加热处理方式及其它共存物所决定。不同品种淀粉糊特性存在很大差别，且淀粉糊粘度、粘度稳定性、织纹特性、透明度、抗剪切能力、凝胶形成能力、凝沉性等均会直接影响淀粉糊用途〔6~7〕。许多工业生产过程都需要经糊化淀粉，如纺织上浆和工业用淀粉水解。糊化直接影响到系统流变学和粘度特性，使淀粉更易被酶作用，糊化温度低，可明显降低糊化过程能耗。如稻米用于酿造业，其淀粉糊化温度低的特性尤为重要。淀粉糊粘度特性及其改变其它溶液和糊的粘度能力可用于食品工业，也可在石油钻井中用于调节钻探泥浆粘度。在造纸、纺织和食品业中，都需较稳定粘度淀粉溶液，如在瓦楞纸生产中保持适合淀粉糊粘度是控制胶液对纸基渗透、脱水、施胶、涂布必需条件。淀粉糊粘度会因受到机械剪切作用而降低，粘度降低是由

膨胀淀粉颗粒被打击破裂所致。根茎、块茎和糯玉米淀粉搅拌时颗粒易破裂，抗剪切能力低。工业生产淀粉糊经常需要保持相当长时间搅拌及泵输送过程中机械冲击，这都会引起淀粉糊粘度降低。影响淀粉糊化因素很多，主要有淀粉颗粒微晶结构、直链淀粉含量、酸碱条件、添加剂及加工处理方式等。在酸性条件下，豌豆淀粉等发生酸水解反应，pH 3.0时可完全水解；在偏碱性条件下，各特征点粘度值升高，热粘度稳定性、冷粘度稳定性均增加，凝沉性减弱；在较强碱性条件下，淀粉溶胶热粘度稳定性降低。各种添加剂对淀粉粘度性质都有不同程度影响，蔗糖、黄原胶、CMC 使淀粉糊各特征点粘度值明显增高，食盐、明矾、磷酸二氢钠、单甘油酯均可使峰值粘度升高，其它特征点粘度值也发生不同程度变化〔8~9〕。

2 淀粉糊化性质检测

淀粉糊化过程是淀粉颗粒结晶区熔化，分子水解，颗粒不可逆润胀过程，糊化后淀粉―水体系直接表现为粘度增加。根据淀粉颗粒吸水膨胀、粘度增大、偏光特性改变，其糊化过程可分为淀粉乳中水分子被淀粉粒无定形区极性基团吸附并加热到初始糊化前的可逆润胀阶段，及继续加热达到糊化起始温度后的不可逆润胀阶段。淀粉糊化粘度可用布拉班德粘度仪（Brabender Viscograph，BV）和快速粘度分析仪（Rapid Visco Analyzer，RVA）测定。从RVA可读出峰值粘度（Peak Viscosity，PV）、热糊粘度（Hot Paste Viscosity，HPV）、冷糊粘度（Cool Paste Viscosity，CPV），并可进一步计算出崩解值（Breakdown）、回升值（Setback）等参数。峰值粘度是由于充分吸水膨胀后淀粉粒（膨润粒）相互摩擦而使糊液粘度增大，反映淀粉膨胀能力。热糊粘度是由于淀粉粒膨胀至极限后破裂而不再相互摩擦，糊液粘度急剧下降，能反映淀粉在高温下耐剪切能力，是影响食品加工操作难易重要因素。冷糊粘度是由于温度降低后直链淀粉和支链淀粉所包围水分子运动减弱，糊液粘度再度升高，反映淀粉回生特性。

淀粉糊化特性测定方法多种多样。最早用于淀粉和含淀粉制品糊化特性测定的是稠度计，其后陆续出现其它类型粘度计。第一台布拉班德糊粘度测定仪使用是在上世纪30年代，该粘度测定仪成为工业界广泛用于淀粉和含淀粉制品特性评价标准仪器，该仪器最初是用来评价黑麦面粉质量和控制添加麦芽的小麦面粉中淀粉酶活性大小〔10〕。差示扫描量热仪（Differential Scanning Calorimetry，DSC）首次用于淀粉性质测定是在1971年，这是一种热分析方法〔11〕。

2.1 差示扫描量热法（DSC）

差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）是在程序升温条件下，保持待测物质与参照物温差为零，测定由于待测物相变或化学反应等引起输给它们所需能量差与温度关系一种方法，是用来进行高分子聚合物物态转化及热效应分析的常用技术手