预糊化淀粉的性质、应用及市场前景

曹志刚　曹志强　曹咏梅　张 燕　杨颂阳　关 山　郭佳文

预糊化淀粉的性质、应用及市场前景

曹志刚1,6曹志强2,6曹咏梅3,6张 燕4杨颂阳5关 山5郭佳文5

（1.桂林市新华书店有限公司，广西 桂林 541001；2.桂林珅珅医药有限公司，广西 桂林 541001；3.广西兴安县建设工程质量安全监督站，广西 兴安 541300；4.桂林医药集团有限公司，广西 桂林 541004；5.中国科技开发院广西分院，广西 南宁 530022；6.广西科开成林科技有限公司，广西 南宁 530022）

预糊化淀粉是一种由物理方法改性的α-淀粉。其具有绿色环保性能的特点，还具有好的冷水稳定性和冷水可溶性、强保水性及黏弹性等优点。广泛应用于医药、食品、石油钻井、铸造等多个领域，因此预糊化淀粉替代其他能源资源的研究逐渐成为热点问题。文章主要评述了近些年来国内外关于预糊化淀粉特性的研究及其应用前景，为预糊化淀粉的发展提供参考。

预糊化淀粉；特性；应用

淀粉是一种绿色环保的可再生资源，已被广泛的运用和开发。原淀粉在冷水中不溶解，其直链淀粉在热水中可溶解，而支链淀粉在热水中溶胀糊化，在预糊化淀粉的制备过程中，机械力的作用破环了原淀粉的结晶结构和螺旋结构，此时游离的水分子就会渗入淀粉内部，极大地促进了颗粒的溶解，预糊化淀粉交联酯化时，淀粉颗粒因膨胀而破裂，结晶结构彻底被破坏，淀粉经偏光显微测试后发现十字消失；红外光谱图没有新特征峰生成，淀粉分子化学键未破坏［1］；预糊化淀粉中直链淀粉含量越多，其崩解性越好；支链淀粉越多，粘合性越好。原淀粉由于存在固有的耐酸碱差，耐剪切力差及冷水不溶性等，因此被运用时受到很大的限制。例如以谷物类淀粉原料制备低蛋白面条时，需采用经高温高压加工制成，需要高等设备加场地及高能耗，然而得到的加工产品淡而无味，口感生硬，不易消化，采用预糊化淀粉作为增稠剂及稳定剂时，则达到很好的交联作用，传统的挤出法和压片法就可进行加工，工艺简单，且成型好［2］；当5%预糊化淀粉运用于方便啥汤中，得到的产品感官指数高，K稳定性=0，即稳定性好不易分层，对比淀粉可与水接触面积大，复水性强，溶解后体系呈均匀态，不易结块［3］；在膨化类产品中，预糊化淀粉影响膨化度，具有润吸水性好，添加到物料时能形成凝胶，利于膨化，添加量处于5%～25%之间时膨化度的差异性较小［4，5］等特性。

因此预糊化淀粉得到快速的发展。本文就近年来关于预糊化淀粉特性及运用进行评述。

1　影响预糊化淀粉性能的因素

预糊化淀粉是经物理变性后氢键断裂的α-淀粉，在原淀粉的绿色环保，易降解等性能基础上，具有冷水稳定易溶、保水性好、黏弹性好等优点。影响预糊化淀粉在冷水中溶解度的因素主要是预糊化淀粉的颗粒大小、直链淀粉含量、分子结构等。

1.1不同原材料的影响

原材料来源不同时，预糊化淀粉产品性能存在差异。生长在气候寒冷，昼夜温差大地区的植物，产出的淀粉颗粒粗，相对分子量大，其能提高预糊化淀粉的黏弹性。施磷肥也可使相对分子质量增大。原淀粉纯度的增加可显著提升预糊化淀粉的黏弹性，原淀粉纯度一样时，含直链淀粉越多的产品黏弹性越高；贮藏期短的原淀粉所制得的预糊化淀粉产品，黏弹性高。淀粉含水量对糊化程度起着决定性作用，含水量越高，淀粉越容易糊化［6］。抗性淀粉含量的影响，如糊化淀粉分别在4 ℃，25 ℃ ，-18 ℃下贮藏时，4 ℃老化最快，原因是贮藏程中抗性淀粉含量比较高［7］。

1.2不同形状及大小颗粒的影响

预糊化颗粒形状及大小的不同时产品性能也不一样。一类是空心球状、薄片状，其视密度小，冷粘度高，热粘度低，表面的光泽好，但复水快，易凝块；一类为类球形状、立方形状，视密度大，冷粘度低，热粘度高，复水慢；介于这两类之间的中等颗粒，不易和水接触，分散难。加入少许卵磷酯、表面活性剂、植物油可防止小颗粒预糊化淀粉的复水易凝块。颗粒质量对后续加工的生产质量和生产效率产生直接的影响，如当代中药制剂的成型关键在于制粒，预胶化淀粉作为辅料运用于中药浸膏制粒，能显著的提高颗粒得率，颗粒粒径大小及强度都适中。预胶化淀粉颗粒的得率能达到85%，且制粒效果好，可作为中药浸膏制粒的较理想辅料［8］。

1.3晶体结构的影响

预糊化淀粉与原淀粉相比具有晶粒小，晶体结构变差，原淀粉糊化中水分含量越高，较低的溶融吸热峰值温度越低。类谷物淀粉的颗粒结构具有保护不饱和脂肪酸的作用，预糊化过程则会破坏这种作用，使得储存中易酸败，应用于食品时味道受影响，应对措施是可以适当加入0.2～2.0%的碱金属正磷酸盐、酒石酸盐或柠檬酸盐，或者是加二钠氢偏酸盐、乙二胺四醋酸、0.005～5.0%四钠偏磷酸盐，或是它们的混合物。预糊化淀粉的溶解性与淀粉颗粒表面的蛋白质和脂质的空胞的完整性有关。在水中预糊化后的淀粉颗粒持续肿胀形成的水合形式称为空胞，其中在颗粒表面的蛋白质和脂质是空胞稳定存在的一个决定性因素，但不是空胞的形成关键。少数的淀粉聚合物在空胞颗粒形成后不存在复原，淀粉聚合物在通过交联被捕获之前能够迁移，因为空胞多糖链的形成是由于肿胀颗粒的交联所致，最有可能是涉及双重螺旋形成，聚合链自由移动燥热引起肿胀，空胞颗粒在工业化学改性淀粉功能上显示出非常重要的作用［9］。

淀粉在一定温度、增塑剂和剪切力条件下发生糊化，淀粉分子间氢键逐渐断裂，颗粒裂解、融化，晶体构形消失，进而淀粉分子的链上羟基与淀粉/聚乙烯醇（PVA）更易作用［10］，还能增强淀粉界面的亲和力，使得淀粉分子与PVA 之间分布更均匀，两者相容性提高。SEM分析：预糊化后的羟丙基交联淀粉裂解成碎片，不再拥有原有的截圆形、圆形及多角形形态；XRD分析：羟丙基交联淀粉（ HP） 在23°、18°、17°和15°处出现衍射峰，属于“A”型的衍射峰；预糊化淀粉颗粒结晶区遭到破坏，没有了“A”型特征衍射峰，X 射线衍射图谱出现典型的糊化淀粉的“馒头峰”。有机改性蒙脱土OMMT 特征峰是2θ=2.97°，结合预糊化淀粉的复合膜的特征峰迁移到 2θ= 1.91°～2.04°，表明预糊化淀粉有利于形成纳米插层的复合结构，由于预糊化淀粉颗粒的裂解，形成的非晶结构使成膜后的透光率提高［11］。

1.4其他因素的影响

不同的生产方法，产出的预糊化淀粉性能也不同，例如利用滚筒法所得的产品，其糊的黏度、吸水性、溶解性和黏弹性比挤压法所得的产品好，原因是挤压法使用的挤压机剪切力大会使淀粉大分子严重降解。制备预糊化淀粉过程中不同生产条件对产品粘度的影响因素，由大到小排序为：淀粉浆的糊化时间、PH值、温度、质量分数。制作的最佳条件是：糊化用时T=3h，调PH=8，95℃温度下，5%的质量分数［12］。混合物水分和挤压温度对预糊化淀粉的性能有显著影响，预糊化面团在90℃的挤压温度和16%的湿度时，在水相和油相中具有高的吸收率［13］。

2　各领域应用及市场前景

预糊化淀粉使用时非常方便，操作也很简单，填加冷水就能调成糊，同时还具有增稠，保形，分散性好、黏性好，吸水吸油性好，亲肤性好，高膨胀，颗粒光滑度好，能改善食品口感、省去加热蒸煮步骤等优良性能。预糊化淀粉具有的优良性能被熟知和开发后，被广泛的用于医药、食品、饲料、石油钻井、铸造等系列行业中。

2.1食品行业中的应用

2.1.1预糊化淀粉运用于面包、小吃类食品

近年来，非谷类的荞麦、苋菜、藜麦等预糊化淀粉运用于无谷蛋白面包，作为烘焙的基本骨架，具有良好的保鲜及改善面包口感作用［14］。5%预糊化淀粉运用于冷冻面团面包时，能有效的延缓冷冻对面包品质和比容的下降及面包面筋网状结构的损伤。对冻藏90天后添加分别原淀粉、预糊化羟丙基二淀粉磷酸酯及预糊化淀粉的面包分析，发现面包比容比新鲜面包分别降低了31.91%、15.3%和27.63%和，面包的硬度分别增加了61.56%、31.67%和55.77%。预糊化淀粉的析水率始终保持在50%左右，冻融的稳定性较差。未加预糊化变性淀粉的面包冷冻中面筋结构受到了冰晶的机械损伤，面包呈现有未完全膨胀部分，面包比容呈现显著的下降，面包的色泽灰暗，添加预糊化淀粉的面包未呈现此类现象［15］。预糊化挤压小麦面粉在法式面包冷冻处理方面显示了巨大的潜力，实验中烘烤时间减少到52%，进而劳动力减少，带来巨大的经济效益［16］。预糊化辛烯基琥珀酸钠淀粉作为面包的改良剂，能促进面包得到大的平均气体空间和硬度值。5～10%的预糊化辛烯基琥珀酸钠淀粉具有降低面团发展时间值，改善淀粉的吸水稳定性［17］。麻糬面包是一种不经发酵就可以膨胀成型的休闲类烘焙食品，适用于对酵母过敏的人。一般面包粉的吸水量约为 50%，得到面团质地硬，而预糊化变性淀粉的吸水量达1倍以上使面团变柔软。面包在烘烤中淀粉膜因水蒸气挥发而膨胀，从而面包实现膨胀。所选淀粉原料可为木薯淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉、大米粉。预糊化马铃薯变性淀粉与预糊化木薯变性淀粉采取质量分数1：1比例复配是当前的优选方案，可得到较好口感和外观的麻糬面包［18］。

预糊化糙米制作的膨化大米是印度很流行的小吃，直链淀粉含量高，淀粉颗粒密集，和蛋白质含量小，原始大米和煮半熟试样的直链淀粉干重含量分别是26.2%～28.35%、13.50%～21.49%［19］，大米的直链淀粉是由线性链状的葡萄糖分子排列组成，在被膨化时挤压的剪切力很难将其撕开，热处理时能聚集很大压力，进而实现胚乳突然扩张膨胀的可能［20］，类似的结果Ibukun（2008）和乔希et al［21，22］也有报道了。

2.1.2预糊化大米和大麦淀粉的多糖奈瑟球菌淀粉蔗糖酶处理

抗性淀粉通过胃肠时不被淀粉分解酶分解，不被小肠吸收，可减少或避免高血脂、高血压、肥胖等富贵病的发生［23］。预糊化大米和大麦淀粉用0.1 U /mL多糖奈瑟球菌淀粉蔗糖酶处理，反应体积增至原淀粉分析规模35毫升的100倍（3500毫升），所用剂量相比明显降低，反应效率升高了1.8倍，抗性淀粉含量、淀粉支链长度增加，与原淀粉相比，多糖奈瑟球菌淀粉蔗糖酶处理后的预糊化淀粉表现出低溶解度和膨胀能力，降低糊粘度，融化温度范围由原淀粉的10.8～15.8℃升到15.8～26.6℃［24］。因此，多糖奈瑟球菌淀粉蔗糖酶处理后的预糊化大米和大麦淀粉具有取代商业抗性淀粉生产的可能。

2.1.3预糊化淀粉运用副产品的加工利用

为了利用好商业价值较低的碎米及陈旧豆类谷物的有价值的成分，用不同比例的PBF（碎米和去皮黑豆预糊化面粉）和WBF（碎米和完整黑豆预糊化面粉）预糊化面粉取代原配方部分玉米淀粉，制得饼干含水量低于14%，具有较好的脆性和稳定性，碳水化合物含量高，尤其是采用WBF的饼干，蛋白质含量明显上升 ，采用挤压法高温高压有助于非营养成分的减少，脂质含量减少，低浓度的植酸和酚类化合物对癌症和心脏疾病有预防作用。含有分别含15%PBF和15%WBF的饼干色泽亮度差别不大，30% WBF制备的饼干具有高硬度值和脆度值，产品外观的消费者接受度普遍较低［25］。这一运用具有很好的可行性，但产品感官特征还有待优化。

充分开发利用灌丛山药有用成分，山药块茎的预糊化处理一般采用68950Pa的多维切丁蒸汽高压釜中处理5分钟或98±2℃的巴特莱特蒸汽处理10～30分钟。高压蒸汽处理5分钟样品的参数测量（除了稠度）相当于巴特莱蒸汽处理10～20分钟，预糊化山药块茎的直链淀粉含量随着蒸煮时间的增加而减少。预糊化是山药块茎预处理很重要的一步，尤其运用为增稠剂。灌丛山药面粉样品膨胀指数高，溶解度水吸收能力好可以用于食品行业提高产品的产量。普通品种山药可以作为零食，增稠剂和布丁［26］，这方面具有很乐观的市场前景。

2.2饲料行业中的应用

预糊化淀粉运用于饲料能起到很好黏合和改善口感的作用，运用于粉状饲料，在养殖使用搅拌成团状时能起到粘结作用，使饲料具有较好的粘弹性，并在水中保持稳定，有利于摄食，且减少散失，但当预糊化淀粉添加量大于24.0%时，饲料利用率会下降，小于22.5%时，就会使饲料在水中的稳定性下降，容易散失［27］。国内外的研究人员研究了糯性小麦预糊化淀粉和蜡质玉米预糊化淀粉生产的饲料作为高尚龙虾的优选食物，增大了饲料在水中的稳定性和虾的生长性能［28］。 在养殖美洲鳗时，将各种原料和添加剂合理搭配，预糊化淀粉比例适宜，制成团状饲料，可有效缓解对养殖水体的污染，降低换水频率，预糊化淀粉运用于水产养殖饲料时能起到很好的粘结效果，进而使饲料利用率提高［29］。

2.3药物行业的应用

预糊化淀粉可作为平衡物质、黏合剂和成型之后强度高。例如，作为普拉克索二盐酸一水化合物药片的辅料添加物，通过内部精确的方法添加后，由于低水分活度提高了药片的稳定性，使得药片提高了疗效和减少了副作用［30］。近年来开发的骨头止血材料——可吸收骨蜡，结合运用预糊化淀粉，进一步改善了筋骨成型结构和降低了手套的依附性，提供了更好的依附表面。这种新研发的可吸收骨蜡在活体试验两天后没有任何的系统不良反应和再吸收缺陷，而商业骨蜡疗愈受损骨头处显示出炎症和异常反应［31］。 预糊化淀粉还运用于富马酸替诺福韦二吡呋酯药片的稀释剂［32，33］等。预糊化淀粉运用于细胞学诊断，经离心浓缩回流后的腹水与等体积的预糊化淀粉混合搅拌成团，制成组织切片图，经常规固定后，进行脱水，再包埋做成石蜡块。将制好的组织切片进行染色，最后进行诊断。体液细胞在预糊化淀粉中含量较多，单层细胞结构排列清晰，切片薄，对有些结构组织还可连续的切片，然后对免疫细胞进行化学染色。最后确诊病情，还可以永久保存标本，有利于对病情的追踪。这儿的预糊化淀粉指马铃薯粉或木薯粉、高粱粉、绿豆粉、面粉、玉米粉或它们混合粉［34］。纪欣［35］也做过相关的研究。

2.4其他行业的应用

近年来，12.26%预糊化淀粉运用于桃胶片制备，得到产品具有弹性好，成形快，黏度适中的优点，而用量低于 12.26%时，成品弹性及凝胶性差，高于 12.26% 时，成品硬度大［36］。30%～60%的预糊化淀粉运用于建筑冷水速溶型胶粉，具有环保、冷水速溶、粘接性强、平滑性好、易储存及成本低等特点，可混合或单独使用［37］。用量为1000～1650g每亩地0.6-1%预糊化淀粉喷施于葡萄园风沙地上，具有保湿防沙同时还可以渗透入雨雪水，保持较完整的沙壳整体，降低防沙成本，同时还可增加沙地水分保湿效果等［38］。预糊化淀粉运用于油井钻泥，具有增加稠度和蓄水，预糊化淀粉在非破坏性钻井液中能很好的作为流体损失控制替代，它能稳定的控制泥浆的流变，但存在预糊化淀粉可降解度高，因此要求油层钻速尽可能快［39］。接枝共聚等改性淀粉运用于油田钻井具有抗温性好，但合成成本高［40］。 自2013年以来处理污泥絮凝不支持采用阳离子聚丙烯酰胺［41，42］。研究治理污水污泥环保高效的絮凝剂已成为当前热点问题。张学金［43］等人采用预糊化玉米淀粉与二甲基二烯丙基氯化铵接枝共聚，研究认为接枝率与过硫酸钾（引发剂）的量成正比，当过硫酸钾用量从1：10升到1：1 时，接枝率从14.67%升至28.90%。接枝产物经红外光谱图分析，其中聚合物中2360 cm-1处的吸收峰几乎消失，1737cm处吸收峰出现，为 C=O 伸缩振动，经过FT-IR 光谱分析表面此反应发生了接枝共聚反应，反应最佳条件是：50℃的预糊化温度，过硫酸铵（引发剂）：淀粉1：1，30℃反应温度，6.0 h反应时间。共聚物接枝率可达35.90%，还处于较低的一个水平，还有待进一步的研究。

3　结语

预糊化淀粉是一种氢键断裂的α-淀粉，具有增稠，保形，冷水稳定易溶，省去加热蒸煮步骤等优良性能。因此得到广泛运用，低价值的碎米及陈旧豆类谷物的加入预糊化淀粉及山药块茎的预糊化处理可使资源更充分的利用，具有很好的性，但感官指数较低，有待进一步研究。预糊化淀粉运用食品具有改善了口感，保鲜等作用，但冷藏方面还有待优化；运用于医疗时起到很好的黏合性，稳定性，减少副作用等功效等；运用于其他行业时具有很好的增稠，保湿，黏合，易降解等作用，研究人员对预糊化淀粉不足处主要采用了预糊化淀粉的接枝共聚，交联等进行了修饰改进，并取得了一些进展，目前合成这些聚合物成本较高。总体而言，预糊化淀粉价格低廉，具有可再生特性，在资源取代和资源利用上展现了一个很好的市场前景，还有较大的空间有待开发和研究。

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The properties，application and market prospect of Pre-gelatinized Starch

Pre-gelatinized Starch is an alpha starch modified by physical method. In the original starch on the properties of green environmental protection， but it also has good stability and soluble in cold water， water-retaining property and viscoelasticity， etc. Pre-gelatinized Starch is widely used in medicine， food， oil drilling， casting， and other fields， therefore It is becoming a hot issue for Pre-gelatinized Starch to replace other energy resources research gradually. This article mainly reviews about the characteristics research，application and market prospect of Pre-gelatinized Starch at home and abroad in recent years， providing reference for the development of Pre-gelatinized Starch.

Pre-gelatinized Starch； characteristics； application

TS23

A

1008-1151（2016）02-0059-05

2016-01-13

曹志刚（1970－），桂林市新华书店有限公司负责人，从事计算机技术工作。