变性玉米淀粉的性质及其应用研究

谷物化学与
品质学论文题目:变性玉米淀粉的性质及其应用研究
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2009年12月10 日
摘要
本文主要介绍了淀粉的概念、构造和性质。

主要综述了由于变性淀粉通过引进了羟丙基、羧甲基、磷酸基团等亲水性基团使其构造、性质等发生变化；变性玉米淀粉的功能特性对面制品的食用和加工品质的影响，还简单的说明了糯玉米变性淀粉的一些特性。

关键词：玉米淀粉；改性淀粉；功能特性；品质；
Title The Applied Studies and properties of the Modified Maize Starch Abstract
This paper introduces the concept, structure and properties of starch. Because modified starches had introduced hydrophilic radical, such as hydroxypropyl, carboxymethyl and
phosphoric groups which change the structure and properties of starch. Effects of functional properties of modified corn starch on eating and processing quality of flour produce. And simple introduction theproperties of modified waxy starch.
Keywords ：corn starch；；modified starch；functional properties；quality；
1 前言
淀粉是由许多葡萄糖分子聚缩而成的高聚体，分子式为(C6H12O6)n，以分子构造不同分为直链淀粉和支链淀粉两种。

直链淀粉是由葡萄糖通过α-1，4键连接在一起的直链分子，呈右手螺旋构造，在螺旋部只含氢原子，是亲油的，羟基位于螺旋外侧。

聚合度约在100～6000个葡萄糖单位，呈链状构造，它的水悬浮液在加热时不产生糊精，而以胶体溶解，形成粘度较低的不稳定的溶液，在50～60℃下静置较长时间后，析出晶形沉淀，反响是可逆的，遇碘反响呈蓝色。

大多数淀粉含有约25%的直链淀粉，有两种高直链玉米淀粉，其直链淀粉含量为52%以及70%—75%。

支链淀粉的聚合度一般为1000多个葡萄糖单位，它除有α-1 ,4 键连接外，还有α-1 ,6键连接，形成分支构造。

遇碘呈红紫色，易溶于水，生成稳定的溶液，具有很高的粘度，一般没有凝沉性，但支链淀粉的侧链互相通过氢键结合，可显示很微弱的凝沉性，为无定形粉末，放于水中加热时便膨胀成为一种胶粘的糊化物，即所谓糊化淀粉，而且只有在加压并加热的条件下，开场能溶于水而形成非常粘滞的很稳定的溶液，大多数淀粉中含有75%的支链淀粉，含有100%的支链淀粉称为蜡质淀粉[1]。

玉米是我国的主要农作物之一。

玉米淀粉占所有淀粉的90%，被广泛应用于很多行业。

虽然玉米淀粉有着其他种类淀粉不能相比的优势，但由于其不溶于冷水，淀粉糊易老化脱水，以及被膜性差、缺乏乳化力、耐机械性差等缺乏之处，从而限制了其应用围。

变性淀粉(modified starches)，亦称为修饰淀粉或改性淀粉，是指通过物理方法或利用化学反响引入某些官能基团，以改变原淀粉的构造而得到的具有不同特性的淀粉。

天然淀粉通过改性可增强其功能性质，通过使玉米淀
粉变性，可改变天然淀粉的性质, 改善玉米淀粉的性能，提高了对热、酸、冷冻变化的稳定性。

试验结果说明：变性淀粉与玉米淀粉的性质不同，由于变性淀粉引进了羟丙基、羧甲基、磷酸基团，乙酰基等亲水性基团，或是通过氧化、微波等作用使其变性。

致使淀粉极性增强，亲水能力增大，使其都具有较强的冻融稳定性、抗凝沉性，较高的膨胀度、透明度等，因此变性淀粉具有更广阔的应用性[2，3]。

2 玉米淀粉改性的方法
2．1醋酸酯玉米淀粉
该淀粉在食品中的用途主要是增稠。

醋酸酯淀粉是淀粉用醋酸或醋酸乙烯在碱性条件下酯化而成的一种变性淀粉，其特点是糊的凝沉性低，对酸、碱、热的稳定性高，糊透明度高，冻融稳定性好，分子间不易形成氢键。

2.2 氧化玉米淀粉磷酸酯
淀粉磷酸酯(amylophosphate. AP)是一种阴离子淀粉衍生物，它与原淀粉相比，糊粘度、透明度和胶粘性都有较大的提高，对细菌降解稳定。

在食品工业中，AP是一种良好的乳化稳定剂、增稠剂，并具有较高的冻融稳定性[4]。

玉米淀粉糊为透明度不高的"短糊〞，凝沉性强，冷却成为不透明的凝胶。

经磷酸酯化后，糊性质改变很大，变为与马铃薯淀粉相似的"长糊〞，稳定性高、透明度高、粘胶性强。

而氧化玉米淀粉磷酸酯引进了羧基，亲水能力增大，淀粉易于吸水膨胀，故成糊时间提前，成糊温度降低，且糊不易回生，粘度稳定性高，糊化品质好[5]。

2.3 交联和羟丙基改性玉米淀粉
交联和羟丙基改性是淀粉化学改性的重要方法，交联改性能提高淀粉的黏度稳定性，但冻融稳定性没有明显改善；羟丙基改性能提高淀粉的冻融稳定性，但
黏度稳定性没有明显改善。

结合两种改性方法得到的复合改性淀粉有良好的黏度稳定性和冻融稳定性，且先交联后羟丙基改性的稳定性好于先羟丙基后交联改性的稳定性[6]。

2.4 微波改性玉米淀粉
与原淀粉相比，微波辐照后的淀粉峰值粘度、凝沉性降低；糊化温度、热稳定性提高。

随着微波功率的增加，微波时间的延长以及淀粉含水量的增加，这种变化趋势更加明显[7]。

3 玉米淀粉改性的作用
玉米淀粉通过交联、稳定化以及变稀等改性后并复合可得到具有各种各样的功能性质的改性玉米淀粉。

这些功能性质包括抗老化、稳定乳状液能力、减少油滴移动、成膜能力、胶粘力、风味释放、水合力、持水力。

好的口感、质构和营养价值。

3.1 抗老化(inhibited)
双变性玉米淀粉，由于在原淀粉分子中引入了酰基或其他基团，使得淀粉中减少了游离的羟基成分比例，而且降低了分子中由羟基之间的缔合连接，使得淀粉难以形成分子氢键，从而大大抑制了淀粉分子的聚集与重排。

添加交联淀粉、双变性淀粉饮料的样液不易出现浑浊和沉淀，表现出明显的抑制老化的特点。

并且增加后味，增强饮料的稳定性和黏稠度。

这是因为在其构造中引入了双官能团试剂，与淀粉颗粒中2个不同淀粉分子中的羟基发生反响, 加强了原来的氢键，形成了空间位阻，黏度增大，从而减缓了颗粒膨胀的速率及降低了膨胀颗粒破裂的敏感性。

3.2 乳化性能(emulsification)
醋酸酯淀粉、磷酸交联淀粉以及双变性淀粉，对豆奶饮料的稳定性均起到明显的加强作用，双变性玉米淀粉的作用突出；使用不同变性淀粉代替或局部代替传统食品添加剂，以防止饮料中的油脂上浮和蛋白质的变性沉淀，改善其质地和口感，增加其黏稠性，使饮料保持均匀稳定的形态。

3.3 节油效果(edible oil-saving)
经过酯化变性以后的玉米淀粉，加上其高直链淀粉的特点，这样既保存了它良好的成膜性能，又使得糊化温度大为降低，同时又有优良的保水性和亲水性能，减少了油脂的渗透，从而降低了方便面中的脂肪含量。

在方便面生产中，常常添加一定量的变性淀粉，可增加成品面条在浸泡后的韧性和光滑性，提高产品的复水性，同时可使油炸方便面对残留油脂的吸附量降低。

3.4 成膜强度(film strength)
成膜强度是指粉丝类制品在水中的韧性与抗断裂、耐浸泡、不分散的能力。

通常在生产过程中添加一定量的变性淀粉，以使粉丝产品不易断裂，其浸泡汤液不出现混浊等。

谷类淀粉膜的性质较差，但通过变性以后，其膜的强度、柔韧性、通明性和光泽度都有所提高[8]。

3.5 流变学性质
含有5%～10%交联蜡质玉米淀粉和面筋的面团与全麦粉面团相比，吸水率可增加0.2%～1.2%；另外用5%～10%交联玉米淀粉取代而没有参加面筋那么会降低面团的吸水率。

用交联玉米淀粉和面筋取代局部面粉后可以改善面团的质地，使面团更强，延展性也更大，如果使用溶解度更高(7.0～9.0)的交联淀粉影响会更大。

交联玉米淀粉面包与交联小麦面包体积相似，而且高水溶性交联玉米淀粉面包的
体积比低水溶性的更大。

这些结果意味着淀粉的交联水平影响粘着性和面团的粘性质地。

面团的流变学特性与面条品质高度相关,如面团的形成时间与稳定时间与面条品质呈高度正相关[9]。

3.6 凝胶性质
Miyazaki, M.等人研究说明，用玉米淀粉和交联玉米淀粉，尤其是蜡质玉米淀粉替代小麦面粉时，面粉糊的凝胶粘度更大。

由低溶解性交联玉米淀粉(溶解性2.0～2.8)取代的面粉糊的最终粘度下降，而高溶解性交联玉米淀粉(溶解性7.0～8.0)取代的面粉糊粘度增加。

用(Differential Scanning Calorimeter, DSC)测定面团的凝胶性质，结果说明，参加5%～15%交联玉米淀粉和面筋的面团虽然不能改变凝胶化吸热焓，但是却可以使凝胶峰温度降低[10]。

4 在面制品中的应用
4.1 变性淀粉在面包中的作用
Hung, P. V.和Morita, N.研究说明，在面包中添加5%～10%交联玉米淀粉和面筋时，随着交联淀粉量的增加面包的强度也会增加。

但是，使用交联蜡质玉米淀粉代替面粉时，不管是否添加面筋，随着交联蜡质玉米淀粉使用量的增加，面包的硬度都很相似。

淀粉的凝胶性质和老化性对面包质量会产生很大的影响。

不同类型的化学改性淀粉在面团和面包的质地和质量上起着不同的作用。

在各种化学改性淀粉中，羟丙基淀粉是延缓淀粉老化最有效的一种。

因此，面包师可以利用改性淀粉控制面包的质地，并开发出独特的面包产品。

随着面包产业的开展，变性淀粉一定会得到越来越多的应用。

4.2 添加变性淀粉的方便面原料,可提高面条的韧性和弹性
利用挤压技术使玉米产生一系列质构变化，并使其糊化，这样能赋予产品特殊的香味，并且在挤压膨化根底上进展粉碎造粒，压制成片，可制成复水性极好的玉米薄片粥，用水浸泡即可得到现成的玉米粥；玉米方便面的加工。

采用湿法磨粉与挤压自熟的有效配合，可直接生产碗装或袋装的不需要油炸的玉米方便面，产品复水性好，口感好，面条韧滑且带有玉米特殊的口味，是极其市场潜力的方便食品。

4.3 挂面生产中的作用
在挂面生产中，添加氧化玉米淀粉磷酸酯，可明显提高面团的粘弹性，大大降低弯曲断条率和烹煮断条率，提高产品质量。

在蛋糕生产中，添加氧化玉米淀粉磷酸酯，可使蛋白发泡体系泡沫稳定性优于原淀粉，且制出的蛋糕抗老化效果远优于原淀粉[11]。

4.4 在玉米粉丝生产中的应用
因为玉米淀粉中的不溶性直连淀粉含量少，生产出的粉丝强度低、不耐煮、易断条、易糊汤。

但是玉米粉丝也有其优点，如产品色泽浅、有光泽、透明性较好等，如果抑制玉米粉丝的缺点，生产出高质量的玉米粉丝，会提高我国粉丝的产量，增加粉丝品种。

向玉米粉丝中添加AP，可以改善其品质，使其耐煮性增强而且根本上不糊汤。

4.5 其他用途
用于罐头、冷冻、烘焙和枯燥食品中，在婴儿食品中使用可提供长的货架寿命[12]。

5 糯玉米淀粉
糯玉米淀粉虽然具有广泛的利用前景，但未经任何化学修饰和改造的糯玉米原淀粉存在着对温度、pH值和贮藏时间的不稳定性，优越性难于发挥,用途仍受到限制。

在糯玉米淀粉加工过程中，引入一些特定化学基因，和淀粉的羟基发生反响,通过形成脂键或醚键而实现交联作用，可大大改良原淀粉的性能，包括淀粉的凝胶特征，对水分的结合性，对温度变化、冻融变化、pH 值变化的稳定性和抗剪切能力等[13]。

5.1酸改性糯玉米淀粉
糯玉米淀粉是工业化生产酸变性淀粉的原淀粉。

将糯玉米淀粉悬浮液在低于糊化温度下进展酸改性处理，其产物具有与原淀粉颗粒外形一样、双折射性和冷水中根本不溶相类似的特征，酸处理淀粉具有较低的热糊粘度、特征粘度、碘亲合能力及较高的碱值、氢氧化钠临界吸附值、持水性和糊化温度等特征。

5.2 氧化糯玉米淀粉
氧化淀粉浆比酸变性淀粉浆有更好的清晰度和稳定性氧化淀粉的薄膜性能优于酸变性淀粉和原淀粉，且易溶于水在食品工业主要应用为添加剂，代替阿拉伯树胶和琼脂制造胶冻和软糖类食品。

5．3 交联糯玉米淀粉
用糯质玉米制成的食物淀粉，常常用磷酸脂、醋酸脂或羟丙基醚类使它们交联，以获得适宜的糊化粘度和构造组织，包括膏状短稠度。

侯汉学等[14]研究显示糯玉米淀粉羟丙基磷酸交联复合变性后，峰粘度、谷粘度和终粘度显著增大;羟丙基化大大提高了糯玉米淀粉的透光率，而交联反响那么使糯玉米淀粉的透光率
显著降低，复合变性后冻融稳定性显著提高。

且在面粉中添加1.0%羟丙基磷酸交联糯玉米淀粉,可明显改善面团的流变学特性，并大幅度降低面条的溶出率和改良面条的感官品质，使面团色泽白亮、光滑、富有弹性，并柔软适口。

交联淀粉广泛应用于食品的增稠剂中, 尤其是需要粘度稳定性很好的浓溶液中。

淀粉交联后减小了淀粉颗粒破碎的趋势, 糊化温度上升, 糊的稳定性提高, 抗酸能力明显优于原淀粉, 膜强度上升。

交联淀粉是淀粉与具有两个或多个官能团的化学试剂起反响, 将不同的淀粉分子羟基联结在一起, 而制得的淀粉衍生物，交联加强了淀粉的氢键和作为分子间桥梁的化学键。

因此，当交联淀粉在水中加热时, 颗粒会随着氢键的减弱而膨胀, 但是化学交联键可以保持淀粉
肿胀颗粒的完好性并可以减小或者阻止粘度的降低。

交联淀粉可以提高食品在蒸煮过程中尤其是高剪切力和酸性条件下的稳定性。

交联也会使糊的透明度减低, 冻融稳定性提高[6]。

因此, 可以把交联淀粉进一步通过羟丙基化和乙酰化改性来减少其不期望。

参考文献
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