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食品中淀粉—亲水胶体复配的研究进展

    亲水胶体具有良好的持水性，凝胶性，稳定性  增稠性等特点，被广泛的应用于食品加工中。用以改善食品质感，控制水分，便于食品[1,  2]。现今，随着人们生活步伐的加快，致使食品加工工业发展，导致亲水胶体（食用胶）的需求加大。而亲水胶体（食用胶）产量低，售价高(例如：其中 2010 黄原胶国内年产量约 8 万吨，食品工业上约耗 2 万吨，其价格大约 9 万元每吨；卡拉胶年产量约 6万吨，食品业上约消耗 2 万吨，其售价约 8 万元每吨)使生产成本增加。将淀粉—亲水胶体复配物替代单一的亲水胶体，用以调节食品加工生产过程，食品的稳定性与感官[3]。其复配物在替代胶体的同时不改变食品原有的风味、感官特性的同时减低了生产成本。现今已有将黄原胶与玉米淀粉、大米淀粉、糯玉米淀粉混合，替代黄原胶用于面包、谷物制品、水果馅、调味料、糖果、速冻食品、冰淇淋、果冻等食品的生产中用以降低产品成本[4, 5]。
    1.  淀粉-亲水胶体的复配
    1.1  淀粉-亲水胶体复配物的流变学特性 
    食品流变特性是研究物质在力作用下变形或者是流动的特性。对食品和食品材料流变学研究的目的，可以了解食品组织结构的变化情况及加工过程中的有关的力学性质变化规律，从而控制产品质量，鉴别食品优劣。YongWang 等对天然玉米淀粉(3%，w/w)—亚麻籽胶（0.1%～0.5%,w/w)复配物，分别在 25、50、75℃条件下进行小幅振荡和稳定剪切力的测定，用以研究复配物的流变学特性。实验表明复配物表观粘度，粘稠度指数(K)，贮能模量（G’）和  损耗模量(G〃)都随着亚麻籽胶的浓度增加而增加[6]。张雅媛等将玉米淀粉/黄原胶复配体系（10:0, 9.5:0.5,  9.0:1.0  ,8.5:1.5,8.0:2.0,质量比，g/g)进行研究。实验结果显示复配后体系具有更高的粘稠度系数 K 和动态模量，更低的流体指数。而动态流变实验表明，复配物比单独的淀粉（或胶体）具有更加优越的黏弹性是由于黄原胶与淀粉分子之间形成氢键使分子链段的缠结增加，导致复配体系增稠[7]。Stanislaw 等针对（土豆，燕麦，玉米）淀粉—亲水胶体的复配物对甜点酱的流变特性的影响进行研究。结果表明所有的复配物都能够增加流体的粘稠度[8]。Chaisawang 等研究黄原胶和瓜尔胶对阳离子木薯淀粉的流变性质的影响，发现阴离子黄原胶和阳离子木薯淀粉之间强烈的静电作用，使淀粉颗粒聚集，体系的黏度升高[9]复配物具有较高的粘稠度系数，比单一的胶体具有更好的粘弹性，在食品加工中比单一的胶体具有更广阔的应用前景。
    1.2  淀粉-亲水胶体复配物的糊化性质
    对复配体系糊化性质的研究，对淀粉基食品具有重要意义。Piyada  等对蜡质玉米淀粉-黄原胶（XG）/瓜尔胶（GG）复配体系的糊化性质进行了研究。亲水胶体与玉米淀粉之间的强烈排斥作用使淀粉分子间的氢键断裂，抑制了淀粉颗粒的膨胀与破裂，使玉米淀粉的糊化温度升高[10]。Mali等利用 Brabender 仪对甘薯淀粉添加不同浓度的亲水胶体对其糊化曲线的影响进行了研究。结果显示添加胶体的体系比单一淀粉体系粘度大[11]。朱玲等对木薯淀粉-黄原胶复配物糊化和稳定性进行研究，结果发现，随着温度的升高，复配体系的吸水膨胀，成糊温度、起始糊化时间明显高于原淀粉，可能是由于亲水胶体与淀粉竞争吸附体系中的水分，体系中自由水减少，使得糊化变缓慢[12]。  Rungnaphar 等对木薯-黄原胶复配体系（10:0, 9.75：0.25，9.5:0.5, 9.25:0.75，9:1）的糊化性质进行了研究。在 RVA曲线中随着黄原胶浓度的增加，糊化温度也明显的增加 [13]。
    1.3  淀粉-亲水胶体的复配物的凝胶特性
    食品的品质和加工性能受到凝胶强度，内聚性，弹性值，黏合度等的影响，因此研究复配体系的凝聚性对食品加工过程具有重要的意义。David 等由实验得知，淀粉与κ -型卡拉胶的复配物比单一的κ -型卡拉胶具有更高的凝胶熔化温度[14]。Ji-Young 等人报道小麦淀粉-瓜尔胶系统在 25℃贮藏后具有较高的弹性和凝聚力[15]。张雅媛等实验得知玉米淀粉-黄原胶的复配体系凝胶硬度值、弹性值、内聚性、黏合度降低，黄原胶阻止了淀粉分子的聚集重排，削弱了分子间的作用力，形成质地更为柔软的凝胶[7]。吕振磊用 TA-XT2i 研究卡拉胶对马铃薯糊化特性和凝胶特性的影响，实验发现马铃薯淀粉-卡拉胶复配体系的凝胶强度、凝沉性、凝胶性较高[16]。唐敏敏等利用 TA-XT2i 质构仪对大米淀粉及不同比例的黄原胶混合体系（100﹕0，40﹕1,20﹕1,10﹕1，w/w,体系中干基质的质量分数为 6%）进行了凝胶质构的测定。结果显示，黄原胶能够减弱直链分子之间的缠绕和交联能够形成质地更为柔软的凝胶[17]。杨水兵等将百合淀粉-魔芋胶和卡拉胶复配生产果冻，具有更强的凝胶特性和更柔软凝胶。淀粉——亲水胶体复配体系能够形成比单一胶体更为柔软的凝胶，当其加入到食品中，会使其具有更强的咀嚼性及更好的口感。
    1.4 淀粉-亲水胶体的复配物冻融稳定性
    食品冷冻-解冻过程老化析水，使得食品质构受影响。因此，淀粉冻融稳定性的研究对食品工业的加工和保藏具有重要意义。在冷链储存中水分的热波动与相变化会使凝胶基质的冷冻食品变坏。Janya 等应用冻融循环对木薯淀粉-亲水胶体（黄原胶，瓜尔胶，刺槐豆胶，魔芋胶）复配物的冷冻速率进行研究。结果发现复配体系在长时间冻融过程中的脱水收缩程度减少[18]。Rungnaphar 等对木薯淀粉-黄原胶（5%，w/w)复配物冻融稳定性进行了研究。结果发现经过多个冻融循环后复配体系析水率减少，将冻融破坏性减到最小[13]。Ristina 等将黄原胶(0.3%,w/w)加入玉米淀粉和小麦淀粉（10%，w/w)中，在不同冻结速率下冷冻和-5℃和-20℃之间存储。发现高冻结速率导致冰晶的微小化及淀粉未发生老化，而淀粉的老化和冰晶的再结晶都会导致淀粉糊在存储过程中的变质。复配体系具有较高的冻融稳定性，即使在低冷冻率时，依然可以使食品保持原有的风味[19-21]。李妙莲等对淀粉质食品的冻融稳定性进行研究。研究表明淀粉-亲水胶体复配后，体系避免聚合成大的团块，阻止体系的退减，提高了体系的冻融稳定性[22]。在食品的冷链贮藏中，温度的波动和水相变化是引起冷冻食品变质的主要原因，而复配体系具有减少冷冻过程的析水率，而使速冻食品具有更高的货架期。
    1.5 淀粉-亲水胶体复配物热力学性质
    食品的热力学性质对于食品在加热后所呈现的品质显得尤为重要。复配体系 的热力学性质决定了在食品工业上应用的前景。Montri 等对阴离子木薯淀粉（6%，w/w)与黄原胶、瓜尔胶(0.35%,w/w)混合体系进行了差示扫描量热试验(DSC)。结果显示，与单一淀粉相比，随着胶体的加入起始糊化温度(TO)明显的增加，而糊化的峰值温度（TP），最终温度（TC）却没有明显变化,吸热焓(△H)减少[9]。谭洪卓等在甘薯淀粉中加入卡拉胶、魔芋胶、刺槐豆胶、瓜尔胶、沙蒿胶、海藻胶、果胶、CMC 和黄原胶，利用 DSC 分析。结果发现与单一的甘薯淀粉相比，共混体系具有更高的吸热焓[23]。Viriya  等用 DSC 对木薯淀粉和黄原胶以（6.0/0.0,5.7/0.3,5.4/0.6)比例混合的混合体系进行了研究。结果表明，随着黄原胶的加入，糊化起始温度（To)、峰值温度（TP）明显的变高，而吸热焓却比单一淀粉体系低（p≤0.05）[24]。蔡旭冉用差示扫描量热仪（DSC）对马铃薯与黄原胶复配体系的热力学性质进行研究。发现复配体系的糊化起始温度 To,峰值温度 Tp，终了温度 Tc均较高，而糊化热焓值△H 较低[25]。
    2· 淀粉-亲水胶体复配的可能的机制
    2.1 协同作用
    淀粉与亲水胶体之间的协同作用以淀粉与胶体之间相分离为主[26]。淀粉-亲水胶体复配体系是一个由分散相（溶胀淀粉颗粒）和连续相（亲水胶体）组成的复杂体系。当胶体加入淀粉水溶液中时，由于分子间的热力学不相容会发生相分离。淀粉颗粒的溶胀吸收连续相中的水分，使体系的自由水减少，复配体系的粘度增大，同时抑制了淀粉的糊化，导致糊化温度升高。即淀粉与亲水胶体发生协同作用使体系粘度增加。亚麻籽胶主要能够与淀粉发生强烈的协同作用，使复配体系的亲水性有明显的增强[6, 27, 28]。刺槐豆胶、沙蒿胶魔芋胶中的多糖能够与其他大分子高聚物协同增稠[29, 30]。海藻酸钠是阴离子多糖胶对体系中的水分子有固定作用，限制了水分子的流动，从而提高体系黏度[31]。
    2.2 交联作用
    胶体分子与支链淀粉及渗漏出的直链淀粉分子之间发生相互作用，并且部分粘连在糊化分子上,使淀粉回生程度降低 。即不同胶体分子具有（不同的构象、链长、分子量、电荷）与不同的淀粉分子间能够以不同的方式键合（如形成氢键或者共价键等），使得体系的稳定性提高，糊化温度增加。大多数情况下，由于黄原胶自身负电荷相斥，分子链舒展，容易与淀粉糊中的线性大分子链（直链淀粉）间相互作用形成氢键[13, 19]。瓜尔胶由于分子链上有较多的羟基存在，大多数情况下能够与淀粉分子之间键合作用，使体系的糊化温度升高[9, 32]。 也有研究表明胶体与淀粉复配体系之间还可以同时存在协同作用和交联作用。朱玲，唐敏敏等黄原胶与淀粉作用相互同时存在交联和协同作用[12, 17]。
    3· 淀粉-亲水胶体的复配在食品工业上的应用
    3.1 在冰淇淋上的应用
    冰淇淋是一种冷冻乳制品，属于固体冷饮食品。因其轻滑而细腻的组织、紧密而柔软的形体、醇厚而持久的风味，以及营养丰富、冷凉甜美深受广大消费者的喜爱。冰淇淋的主要原辅料有脂肪、甜味剂、乳化剂、稳定剂、着色剂、香料等。其中稳定剂常用明胶、淀粉、果胶、黄原胶、卡拉胶等[33]。胶体用以提高食品的粘稠度或形成凝胶，从而改变食品的物理性质，赋予食品粘稠、 润滑、适宜的口感，稳定作用，在冰淇淋应用中，可使物料组织细、质地润滑 、膨胀率好，还能延缓冰淇淋在贮存期间冰结晶速度，使冰淇淋在长期储藏、运输、销售过程不会变的粗糙[33]。淀粉-胶体的复配可以减少其流动性，增加冰淇淋的粘度，改善其口感。同时复配物会减少冷却时体系的脱水，延缓微粒冰晶的形成和增大，提高冰淇淋体系的分散稳定性，使其更易保存。而部分淀粉如（玉米淀粉、绿豆淀粉）原本就带有颜色，在经复配后可以使产品具有颜色，在生产过程可减少着色剂的使用。Hawkes 等利用瓜尔胶，黄原胶与玉米淀粉复配制作无脂肪冰淇淋与单一刺槐豆胶制作的无脂肪冰淇淋具有相同的质地和口感，同时降低了生产成本[34]。
    3.2 在果冻上的应用
    果冻因其外观晶莹、通透、色泽鲜艳，口感润滑而深受青少年的欢迎。果冻也是一种低热量、高膳食纤维的健康食品。果冻的生产原料主要是白糖、卡拉胶、甘露胶、钙、钠、钾盐等。而淀粉-胶体复配能够改善所形成的凝胶强度，使果冻的口感饱满，有更强的咀嚼感和弹性[35]。淀粉-胶体复配物在果肉果冻的生产过程中可以减少冷却过程中果肉中水分的脱水收缩，使果肉更具有弹性、口感饱满。胶体中含有粗纤维，有利于肠胃的蠕动，预防和治疗肥胖、高血脂、糖尿病的作用。杨水兵等将百合淀粉与魔芋胶和卡拉胶复配制作果冻，克服了单独使用百合淀粉时产品风味、稳定性差的缺点。百合淀粉与卡拉胶和魔芋胶协同作用，使产品具有良好的口感和质构特性（如持水性、粘弹性、咀嚼性等）[36]。
    3.3 在速冻食品上的应用
    速冻食品由于具有新鲜、食用方便、营养价值高、保存性好等优点深受消费者欢迎。速冻食品包含速冻水产、速冻禽畜、速冻果蔬、速冻调理食品。而速冻调理食品主要是如（汤圆、饺子等）面食。在其生产中常用食用胶体，而将淀粉-卡拉胶复配用于其生产，使未冻结相的黏度极具增加，减小了溶质分子的自由体积，提高了冷冻食品的微晶数量和低温稳定性，控制冷冻食品体系中的冰晶的生长速度和冰晶大小，提高冷冻食品的质量，延长了产品货架期[37]。将糯米淀粉-褐藻胶复配用在汤圆馅心中，可以起到稳定和抗淀粉老化的作用，使汤圆馅心的游离水变成结合水，不易生成冰晶。
    4 ·结论与展望
    因此，适当的将淀粉与胶体复配，能够改善体系的流变学、糊化特性、凝胶特性、冻融稳定性，热力学等性质。这为食品生产（涉及食用胶）提供了更廉价易得的原料，能够使生产成本进一步降低。当今对淀粉-亲水胶体复配物的研究主要是在其各个性质方面，对复配物在食品加工中的应用比较少。何种淀粉与何种胶体以什么比例复配，复配后又能替代何种具体的胶体还是未知的，这还需要进行进一步的研究。当清楚淀粉-胶体具体的复配比例及替代特定的胶体后，就能广泛的将复配体系应用到食品工业的生产中，以达到改善食品的稳定性、食品的感官属性等作用，进而降低生产成本。
      参考文献：略

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