预糊化淀粉在食品中应用的研究进展

杨世雄， 高飞虎， 张 玲， 张雪梅， 张欢欢， 李 雪， 梁叶星， 李 鸿

(重庆市农业科学院，重庆 401329)

淀粉是植物中最常见的碳水化合物，也是人类能量摄入的主要来源。淀粉由支链淀粉和直链淀粉组成，二者以一定形式排列成具有部分结晶区的淀粉颗粒结构，天然淀粉具有微晶束结构，在冷水中无法溶解，因此天然淀粉的应用受到很大制约。为改善原淀粉的性质及拓宽其在食品工业中的应用，可对原淀粉进行预糊化处理，预糊化是一种物理改性淀粉方式，其主要特点是能够在冷水中溶解膨胀，形成具有一定黏度的淀粉糊，使用方便，且其凝沉性比原淀粉小，应用非常广泛[1]。

预糊化淀粉(pre-gelatinized starch, PGS)，亦称α-淀粉，指的是通过某种方法将淀粉加热糊化，并在高温条件下迅速干燥形成的一种冷水可调制成糊液的改性淀粉。淀粉糊化的本质是淀粉颗粒结晶的融化，即淀粉中晶体与非晶体态的淀粉分子之间的氢键断裂，经过不可逆的无序化转换，此过程中淀粉颗粒由逐渐吸水、膨胀、结晶性消失及至直链淀粉析出。淀粉糊化一般可分为3个阶段：可逆阶段，水分进入淀粉颗粒的非晶体部分，体积略有膨胀，此时冷却干燥，颗粒可以复原，双折射现象不变；不可逆阶段，随着温度升高，水分子进入淀粉微晶间隙，不可逆地大量吸水，双折射现象逐渐模糊以至消失，淀粉粒体积增大至原体积50～100倍；淀粉粒解体，淀粉分子全部进入溶液，淀粉糊化[2, 3]。将新鲜制备的糊化淀粉浆脱水干燥，可得易分散于冷水中的PGS，因其在冷水中可溶、黏合性好等良好性质，在主食化食品[4]、烘焙食品[5, 6]、肉类产品[7]、休闲食品[8, 9]等产品中有着广泛的应用，以此来提升产品品质。

1 PGS的制备

近年来，国内外对PGS的各种制备方法均有研究，其基本制备工艺为：天然淀粉→糊化→干燥→粉碎→过筛→包装。

PGS常见的的制备方法主要有滚筒干燥法、挤压膨化法、喷雾干燥法及真空冷冻干燥法等，比如Wiriyawattana等[10]研究了滚筒干燥法的工艺参数对预糊化米粉特性的影响，Santos等[11]利用响应面实验对木薯PGS喷雾干燥工艺进行了优化。目前由于制备成本等因素的影响，PGS在实际生产中主要的制备方法是滚筒干燥法，具体生产工艺为：天然淀粉→调粉罐→单鼓或双鼓滚筒干燥机→输送机→破碎机→风送收集系统→筛分机→包装。其他制备方法如微波法[12, 13]、酶解辅助法[14]、气流膨化法[15]、机械活化法[16, 17]、蒸汽升温法[18]、超声辅助法[19]等应用较少。PGS常见制备方法见表1。

表1 PGS的主要制备方法比较[20]

2 PGS的特性

天然淀粉的颗粒具有微晶结构，在冷水中不具备溶解性。将原淀粉在一定量的水存在下进行加热糊化处理后，淀粉颗粒溶胀，排列规则的胶束被破坏，微晶消失。经预糊化处理的淀粉能在冷水中迅速膨胀，具有常温水可溶性、保水性、凝胶性和膨胀性等特点[33]。由于原淀粉种类、制备工艺等的不同决定了PGS的性能也有所差异，而影响PGS性能的主要因素有原材料、加工方式、形状及大小颗粒、晶体结构及其他因素的影响等[34]。

常见PGS常见的性质有：易消化性。在预糊化过程中，水分子破坏淀粉分子氢键，从而破坏淀粉颗粒结晶结构，使之溶胀于水中，因此易被淀粉酶作用，利于人体消化吸收。PGS这一性质，可用于婴幼儿及老年人食品生产。较好的黏弹性。PGS分子颗粒膨胀时，能通过主键间的共价作用形成具有黏弹性的三维凝胶网络结构[35]，其较好的黏弹性可以代替面粉中的面筋，因此PGS在传统面制食品中有一定的优势。较强的保水性。PGS具有多孔结构，因此具有较强的吸水性和产气能力，在制作蛋糕等烘焙食品时，可改善具容积，并能增加成品新鲜度及结构均匀性，使得产品松软、口感良好。冷水溶解溶胀性。形成具有一定糊液分散性较好，且有增稠稳定的作用，使用方便。强吸水性、糊化度及黏弹性较高，可增强食品弹性和成型性，可作为食品加工过程中的粘合剂。PGS具有氢键断裂、多孔结构，与天然淀粉相比，具有冷水可溶性、高分散性、高黏度和高膨胀性、高吸油性等特点[36]，因此，被广泛应用于食品[37-40]、医药[41-43]等行业中。

3 PGS在食品中的应用

3.1 PGS在面制品中的应用

PGS的强吸水性、保水性、黏弹性等在面制品中有着广泛的应用，通过添加方便、安全、绿色的PGS来改善面制品在外观、结构及食用品质等方面的一些不足。徐斌等[44]采用蒸煮，挤压膨化和滚筒干燥对燕麦进行预糊化处理，研究了燕麦预糊化处理对高含量燕麦挂面品质的影响，结果表明，添加预糊化燕麦粉可以改善挂面品质。孙晓静等[29]研究了PGS对苦荞面团流变性质及芦丁降解的的影响，发现预糊化使苦荞麦面团的粉质特性得到改善，与未处理的全粉面团相比，PGS面团内部形成了连续、均匀的网状结构，而且其质构特性也得到了改善。Yousif等[45]研究发现，添加5%～15%的PGS至玉米面条中可改善面条的食用品质。李阳等[46]探索了预糊化对荞麦挂面品质的影响，结果发现对荞麦进行预糊化处理可以提高荞麦粉的质量分数至50%左右，且制得的荞麦挂面品质较好。刘书航等[47]研究了预糊化玉米粉对挂面品质的影响，当预糊化玉米粉的质量分数为40%时，挂面蒸煮时间最佳抗弯曲力较大，且有良好口感，有利于挂面成型。Ortolan等[48]发现将PGS加入面团中，其强吸水性及结构的无序化可以改变面制品的醒发体积及凝胶特性，调控其品质。

3.2 PGS在米制品中的应用

PGS良好的性能在米制品中也有着大量的应用。例如周葵等[32]研究了富硒大米粉预糊化及其复配代餐粉的制备方法，考察了不同加工方式对大米粉硒保留率及品质的影响，并以预糊化富硒大米粉为主要原料制备代餐粉。王宏伟等[49]研究了PGS对糯米粉微观结构、糊化及流变性能的影响，发现将PGS以不同比例分别添加至糯米粉中，随着添加量的增加其凝胶结构特性变化显著，证实了PGS的添加有利于形成稳定性更高的强凝胶结构糯米，此外PGS的添加能够增强颗粒表面结构的致密性，提高其相对结晶度，从而有助于糯米粉糊形成三维网状凝胶结构，极大改善其凝胶性能。Wang等[50]将PGS加入糯米粉团后发现蒸煮后的粉团开裂率和水分损失率降低，因此通过添加适当的PGS可以改善糯米团的食用品质。吴宗帅等[51]研究了PGS对米发糕品质的影响，经综合评定PGS能够显著提高米发糕的比容、弹韧性、组织结构，有效的抑制了米发糕老化。刘庆庆等[18]研究了预糊化条件对萌芽糙米蒸煮质构特性及品质的影响，特定的预糊化条件可以提升萌芽糙米的质构特性、蒸煮特性、感官品质。孔祺等[52]研究了蒸汽预糊化处理对发芽糙米结构和吸水特性的影响，结果推测，预糊化后发芽糙米结构及吸水性的变化是其蒸煮特性改善的主要原因。

3.3 PGS在烘焙食品中的应用

由于PGS的吸水性可以改善体系的产气能力，因此，将其应用在烘焙食品中可得到更为酥软的食品。马宁等[28]研究了猴头菇-青稞预糊化粉的不同添加比例对桃酥品质的影响，结果表明，预糊化粉的营养成分改善，糊化温度降低，稳定性提升，桃酥中的K等矿物质、膳食纤维及蛋白质含量与预糊化粉的添加量成正比，但是猴头菇-青稞预糊化粉的占比差超过50%后，则对桃酥的口感等造成负面影响。Hesso等[53]在小麦粉中添加了部分PGS做成磅饼，研究表明PGS的添加抑制了其在储存过程中的老化。谢少梅等[54]研究了PGS在麻糬面包中的应用，结果发现，添加一定比例的预糊化木薯淀粉和预糊化马铃薯淀粉均能明显提高麻糬面包的质构和口感。

3.4 PGS在休闲保健食品中的应用

PGS具有多孔结构，可以改善膨化豆、脆皮花生等休闲食品的脆皮组织，赋予其酥、脆而且蓬松的结构。张淑芬等[23]将糯玉米PGS添加至卡仕达酱中，结果表明，PGS不仅能够赋予产品细腻爽滑的口感和良好的组织状态，而且其还具有较好的热稳定性。Bortnoeska等[55]发现，预糊化蜡质玉米淀粉可以作为增稠剂代替非淀粉亲水胶体应用在低脂乳状液中，有利于开发低脂保健型食品乳化剂。刘淑一[56]研究了预糊化对燕麦全粉理化性质的影响，结果发现，预糊化处理有效提高了燕麦全粉的加工适应性与贮藏稳定性。饶先军等[57]探索了预糊化替代复合磷酸盐在油炸蚕豆中的应用，结果发现，预糊化能够使蚕豆保持完整外形，油炸后产品酥脆可口。邵子晗等[21]研究了不同预糊化时间对即食冲调粉品质的影响，结果表明，通过对原料进行预糊化处理，可显著改善滚筒干燥后米粉的冲调特性，且提高了产品是淀粉水解率和抗性淀粉含量。

3.5 PGS在其他食品中的应用

PGS除了在上述食品工业中的广泛应用，还在冷冻食品、肉类食品、调味品、软饮料等食品行业中均有应用。Li等[58]研究了PGS等淀粉衍生物对冷冻馒头面团品质劣化的缓解作用，研究发现其可显著提高馒头的比容积，降低馒头的硬度。郭玉[59]将制备的预糊化羟丙基木薯淀粉加入到冷冻面团中，发现其对冷冻面条的食用品质具有一定是改善，尤其是提高了面条的抗冻性。Lei等[60]发现，蛹虫草粉和谷物混合粉经过双螺杆挤压与糊化后可以显著提高必需氨基酸的含量与风味。徐敬欣等[61]研究了绿豆淀粉预糊化温度对肉粉肠品质的影响，结果表明随着PGS温度升高，肉粉肠的淀粉糊化度和乳化稳定性显著增强(P<0.05)，蒸煮损失显著降低(P<0.05)，且大量自由水向不易流动水转变。张可等[13]研究了预糊化处理对荞麦淀粉理化特性的影响，结果表明，PGS颗粒拥有更紧密的晶区结构，淀粉分子链断裂，分子间作用力变大，分散程度增强，说明PGS处理嫩能破坏荞麦淀粉的内部结构，使其更容易糊化。

4 总结与展望

PGS具有氢键断裂、多孔等特殊结构，与天然淀粉相比，具有冷水可溶性、易消化性、高分散性、高黏度和高膨胀性及高吸油性等优异的性能，被广泛应用于婴幼儿老年人食品、传统面制品、烘焙食品、肉制品、保健食品等诸多领域，应用前景非常广泛，存在着巨大的市场空间。对PGS的进一步研究利用，结合不同食品领域需求制备不同特性的PGS，这对我国食品工业的发展有着重要意义。

目前，PGS在食品中的应用研究主要集中在面制品、米制品以及烘焙等食品行业，而在肉制品、速冻食品、饮料、快餐等诸多食品行业中应用较少。还有针对PGS的制备工艺、理化性质研究较多，但是对PGS的制备机理，即每种制备方法的制备原理，引起理化性质差异背后的机理分析等研究甚少。因此，在PGS的制备原理及特性机理分析等方面还需进行深入研究。