稻米粉和淀粉改性研究進展

　　摘 要：稻米是我國主要的糧食作物之一，在食品領域應用廣泛，對稻米粉進行適當的改性處理，可以改善稻米粉的應用性能，有利于稻米粉的深加工和稻米主食的開發。對稻米粉及其淀粉的改性研究進行綜述，為稻米粉的生產加工和食品工業中的應用提供參考。

　　徐忠; 岳進; 閆宇航; 陳鳳蓮; 張娜， 中國食品添加劑 發表時間：2021-07-28

　　關鍵詞：稻米粉;淀粉;改性;進展

　　稻米(學名：Oryza Sativa)總產量僅次于玉米和小麥，是世界糧食作物產量第三位[1]。稻米又分為粳米和秈米，是亞洲部分地區的一種主食，由于其營養豐富、易消化和低過敏性等優點，也是制作各類食品的首選原料[2-4]。淀粉作為稻米中的主要成分，其結構和性能對稻米粉的品質有重要的影響，由于不同類型的食品對稻米粉具有不一樣的需求，因此，近年來國內外開展了對稻米粉和稻米淀粉的改性研究，本文綜述了稻米粉和淀粉的改性研究成果，為稻米粉的生產和在食品加工中的利用提供參考。

　　1 稻米的磨粉工藝

　　根據稻米的磨粉工藝的不同，可以分為干法制粉、濕法制粉和半干法制粉[5]。

　　1.1 干法制粉

　　傳統的干法制粉又稱干米粉碎，是將含水量控制在 30% 以內的一種制粉方法。干法制粉的得粉率高，水溶性成分在磨粉過程中流失較少[3]，淀粉破損程度高，吸水能力強，進而溶解度和保水力也有所提高[4-6]。但大米在較大的外力作用下，粉體的微觀結構會發生改變，從而米粉的加工性能和成品品質也會改變，此外干法制粉也需要較高的能耗。

　　1.2 濕法制粉

　　濕法制粉是將浸泡過的大米加水磨漿，并將其干燥成粉的一種加工工藝，是現在普遍使用的產粉工藝[7]。濕米水磨一直以來是研究的重點，在原有的加工工藝上通過改進方法，期望能在不影響粉體品質的同時能夠縮短生產周期、減少能耗和廢水產生等。

　　張印等[8]研究發現，大米浸泡 4h，米水比為 10∶9 并且反復磨漿 7 次至細膩，之后用于發酵成品制作。通過測定漿料的 pH、黏度和相對密度等以及對比成品性質發現，大米經濕磨后更易于發酵，且口感較好。

　　陳潔等[9]研究也發現秈米經濕磨后，淀粉的破損程度低，L* 值升高，b* 值降低，并且對比質構和感官評價發現，米粉的咀嚼度和拉伸力均有所提升，米粉的品質較好。

　　1.3 半干法制粉

　　由于新設備和新技術的出現和應用，傳統的磨粉方式加工出的米粉不僅顆粒受損嚴重，而且產品得率比較低，不適宜加工更多的米制品。

　　Ngamnikom P 等[10]研究了通過冷凍處理后的米粉再進行研磨對大米粉的影響。實驗表明，與干法和濕法制粉相比，冷凍研磨后粉體顆粒大小和受損淀粉含量明顯減小，并且具有出粉率高和能耗低等優點。

　　高曉旭[5]將秈米潤米時間定為 24h，潤米水分分為 8 個水分段，通過測定破損淀粉含量、粒徑分布、淀粉顆粒微觀結構和水合特性等發現，調質潤米可以軟化顆粒，易于研磨破碎，淀粉顆粒能夠很好的完整保存;粉質特性(DSC，流變等特性)與濕磨粉相接近;粉質在水分段為 30% 時，粒徑較小且出粉率更高，適用于米粉生產。

　　2 稻米粉和淀粉的改性

　　在食品領域中，淀粉被廣泛用于增稠、構形、膠凝和穩定等方面[11]，但是天然淀粉的酸穩定性和熱穩定性等較差，以及易發生脫水作用，使淀粉應用受到局限[12]。因此，通過各種改性技術提高淀粉的特有功能特性，滿足食品加工的需求，常采用物理、化學和生物等方法對稻米粉及其淀粉進行改性[13]。

　　2.1 物理改性

　　2.1.1 微波處理

　　微波技術在食品加工中有較多的應用，如食品解凍、加熱、焙烤、殺菌消毒以及預處理加工等，是物理改性大米淀粉的一個重要手段。經微波處理的原料均勻性好，操作過程易于控制，是一種高效安全的物理加工技術[14]。

　　Villanueva M 等[15]研究了微波輔助熱濕法對米粉的物理改性及其對無谷蛋白面團流變學、糊化性能和面包的物理品質的影響。通過對面團中微波處理程度為 20% 和 30% 兩種面粉初始含水率及其面粉添加量(30%、50%)初始含水率的評價，來評估物理處理對面團黏彈性和面包制作能力的影響。與對照面團相比，處理后的面粉提高了面團的抗變形能力，使面團的彈性性能和回收量提高了 170%，兩種微波處理過的米粉都能使面包延緩老化，具有更大的特定體積和更軟的面包屑。

　　2.1.2 擠壓處理

　　擠壓是一個高溫短時間的連續化熱機械過程，可以將多種單元操作(混合、攪拌、剪切、固化、成型等)集于一體，擠壓處理后的食物風味多樣，方便快捷[16]。擠壓時原料組分伴隨著有序和無序的轉變，如蛋白質變性，淀粉糊化和色素降解反應等，最終形成特殊的食品[17]。

　　王慶[18]采用擠壓膨化法對大米粉進行了研究，通過分析物料含水量、螺桿轉速、第五區溫度對大米粉糊化度及蛋白質體外消化率的影響，結果顯示，物料在含水量為 18%，螺桿轉速為 190r/min，第五溫度區為 190℃時，大米粉的糊化度為 90.72%，蛋白質體外消化率為 82.80%，比未經擠壓膨化的大米粉蛋白質體外消化率高出 10.31%，為大米精深加工提供了一定的參考。

　　Liu 等[19]研究了改良的擠壓蒸煮技術對大米淀粉分子結構及短期和長期回生特性的影響。高轉速和高溫擠壓蒸煮處理會導致大米淀粉中大部分支鏈淀粉降解，產出更多的小的完整支鏈淀粉分子。由于淀粉凝膠長期回生歸因于支鏈淀粉分子的重新組合和排序[20]，隨著小的支鏈淀粉分子對水分遷移的延緩作用和增加儲能模量，抑制了短期凝集作用，但隨著結晶度和凝結焓的增加，長期凝集作用得以加速。在適當的條件下，改進的擠壓蒸煮技術在制備淀粉食品添加劑等方面具有一定優勢。

　　2.1.3 超微粉碎處理

　　超微粉碎是指利用機械或流體動力等方法，使固體原料內部凝聚力破壞，達到粉碎的目的。原料經超微粉碎后顆粒粒度均勻恒定，適用范圍增加[21]。

　　傅茂潤等[22] 采用超微粉碎技術處理糯米，對處理后的糯米粉進行理化性質和加工特性的測定。結果發現，粉碎后的粉體密度集中于 0.681 ～ 0.871g/mL 之間，顆粒大小均勻，粉體流動性增加(滑角，休止角減小)，超微處理還使得糯米粉具有良好的溶解性和分散性;隨著糯米粉顆粒變小，酶解性、凍融性、流動性和高溫持水能力等得到顯著改善。

　　2.1.4 水熱處理

　　2.1.4.1 高壓熱處理 高溫蒸煮大米在營養價值和風味方面存在一定的缺點，研究者利用高壓技術加以改進。高壓熱處理后的大米吸水速率加快，加工時間減少，高壓處理不僅增加淀粉糊化度，而且淀粉回生速率慢于傳統熱處理大米[23]。

　　李安林等[24] 研究了以超高壓結合熱處理方法對大米理化性質的影響。經過分析時間(0 ～ 25min)、壓力(0.1 ～ 700MPa)、溫度(20 ～ 60℃)和加水量〔w(H2O)=0% ～ 65%〕等因素，發現在溫度 45℃，壓力 600MPa 時，凝膠膨脹度和溶解度均達到最大值，分別為 5.46% 和 8.73mL/g，高壓熱處理后的淀粉結晶結構由 A 型向 V 型轉化，進一步證明了處理后的大米粉各成分結構之間發生改變。

　　2.1.4.2 濕熱處理 作為一種新型的環境友好型物理改性技術，濕熱處理是一種在大米淀粉含水量低于 35% 且溫度高于 Tg(玻璃化轉變溫度)但低于糊化溫度時處理淀粉的方法[25]。濕熱處理過程簡單易行，無復雜的工藝流程，是國內外淀粉改性方法的研究熱點。

　　王宏偉等[26]利用體外模擬法測定濕熱處理前后大米淀粉的消化特性，探究結構與消化特性之間的關系。對處理后的大米淀粉層狀結構、結晶結構、消化特性和分子量大小及其分布等分析，發現濕熱處理降低了大米淀粉分子量和結晶程度;淀粉顆粒內部結構(結晶、層狀和分子鏈等)發生破壞;同時，高分子量(Mw > 2× 107 g/mol)片段比例下降而低分子量片段(Mw < 5×106 g/mol)比例從 0% 上升至 21.3%，提高了大米淀粉的被消化速率。

　　2.1.4.3 韌化處理 韌化處理是指在含水量(≥ 40%)條件下，低于淀粉糊化溫度時對大米淀粉進行加熱處理的一種物理改性手段[27]，處理后淀粉的有序和無序結構發生轉變，結晶完整性也有所改善。

　　廖盧艷等[28]以早秈米為原料，在浸泡潤米工藝上采用韌化處理技術，以樣品的拉伸特性、感官評分為依據，確定最佳工藝條件。結果發現，大米粉在溫度 57℃，經過 22h 韌化，水分含量在 55% 時，米粉拉伸阻力達到 124.63g，感官評分為 84.00，此條件為最佳。

　　2.2 化學改性

　　2.2.1 酸法處理

　　酸法改性較為簡單，淀粉經乳酸處理后其直鏈淀粉含量和糊化黏度降低，在直鏈淀粉和淀粉 - 果膠分子解聚的同時，米粉中低直鏈淀粉比高直鏈和中直鏈淀粉產生更多的羰基和羧基，促進焙烤膨化食品發展[29]。

　　劉惠惠[30]用不同濃度乳酸及乳酸濕熱聯用的方法對秈米粉進行研究。經過測定處理后米粉的理化特性，干粉條和濕粉條的蒸煮品質及質構，發現在 pH 為 4 時米粉峰值黏度最高，其溶解度和膨脹度都逐漸降低，且干粉條和濕粉條的斷條率，蒸煮損失率都達到最低。

　　Jin 等[31]對大米分別進行了酸、熱處理后，研究了大米淀粉的微觀結構和糊化性能。通過將大米淀粉的 pH 調至 3，并在 170℃下分別加熱 0.5、2 和 4h 三個時間梯度，結果發現，分別在酸和熱處理下，α-1，6 糖苷鍵的分支點均受到了作用，并且熱處理后小分子晶體的聚集可形成特定的晶體結構，帶有長側鏈的直鏈和支鏈淀粉更穩定，糊化溫度也隨之升高，微觀結構與理化性質之間的關系，有助于酸熱處理的適當應用。

　　2.2.2 羥丙基化處理

　　羥丙基化是淀粉醚化的一種形式，通過加入一定數量的羥丙基，增強淀粉糊的親水保水作用，提高了淀粉糊的穩定性和透明度[32]。同時，優化羥丙基淀粉的制備和比較不同取代度的羥丙基淀粉性質等研究也在不斷深入。

　　Shen 等[33] 以 6.93%、19.02% 和 48.41% 的 AAC(表觀直鏈淀粉含量)對 3 種大米淀粉進行羥基丙基化和交聯處理。實驗結果發現，隨著 AAC 含量的增加，羥丙基淀粉的摩爾取代度降低，交聯淀粉的取代度增加，但羥丙基化提高了高 AAC 淀粉的糊化透明度和溶脹力，這為淀粉工業原料的合理選擇及處理具有指導意義。

　　2.3 生物改性

　　2.3.1 自然發酵處理

　　自然發酵是一種經濟的食品加工技術，常被用于發酵谷物。發酵后的食品具有誘人的特性，由于發酵使原料成分發生變化，會形成獨特的風味和質地[34]。

　　袁美蘭[35] 以秈米粉為原料，分析了不同發酵時間處理后秈米粉 RVA 黏度及拉伸特性的變化。經過連續 8d 發酵，每隔 1d 取樣。結果顯示，發酵后的米粉拉伸性得到改善，米粉的 RVA 特征值(峰值黏度、低谷黏度和最終黏度)提高，經過分析比較，在 30℃下大米發酵 2d 為最佳。

　　王峰等[36]研究了大米經自然發酵后淀粉顆粒特性的改變。實驗結果顯示，經發酵的大米顆粒晶體結構仍為 A 型，且大小均一穩定，糊化溫度有所下降，糊化焓上升，可溶性物質流失較少。

　　2.3.2 乳酸菌發酵處理

　　乳酸菌發酵是一種廉價低成本的生產加工方式，在發酵過程中乳酸菌數量一直占據絕對優勢，發酵后的食品營養、風味和質構得到明顯改善[37]。

　　閔偉紅等[38]以早秈稻為原料，探究了經乳酸菌發酵后大米淀粉凝膠食用品質的機理，分析了大米淀粉的功能特性與結構之間的關系。通過凝膠層析法和流變學法測定發現，凝膠柱將流經的淀粉顆粒分為 2 部分(Fr Ⅰ，Fr Ⅱ)，淀粉的平均直鏈鏈長由 23.7GLU 增加到 28.4GLU，且含量由 12.33% 增加到 17.37%。拉伸試驗表明，發酵后的米粉伸展率顯著提高以及最大破短應力顯著增強，米粉面團筋道柔韌。

　　張玉榮等[39]通過植物乳桿菌對早秈米顆粒進行發酵，后對發酵樣的淀粉進行化學成分、凝膠、糊化及結構特性測定。實驗結果發現，植物乳桿菌發酵 5d 后，秈米顆粒中蛋白質、脂肪和灰分含量均下降;直鏈淀粉占比由 23.08% 上升至 24.86%;米粉及其淀粉的凝膠特性(黏附性、膠著性、凝膠硬度和咀嚼性)有所改善，促進了秈米及其淀粉的加工生產。

　　2.3.3 谷氨酰胺轉氨酶處理

　　谷氨酰胺轉氨酶(TG 酶)是一種天然酶制劑，通過催化蛋白間異肽鍵的形成使之改性。TG 酶可以使必需氨基酸(如賴氨酸)交聯到蛋白質上及引入蛋白質所缺乏的氨基酸，這一直以來是研究的熱點[40]。

　　Renzetti S 等[41]研究了糙米粉及其蛋白質經轉谷氨酰胺酶處理后蛋白譜的變化。TG 酶在還原條件下處理 10U/g 蛋白質后，峰值強度的普遍降低表明糙米蛋白聚合成更大的不溶性復合物; SE-HPLC 分析表明，經 TG 酶處理后的谷蛋白聚合成高分子量結構;正面熒光分析表明，TG 酶處理使糙米粉的蛋白表面疏水性降低，但對谷蛋白懸浮液沒有影響。實驗結果進一步驗證了酶處理后糙米面包結構性能發生改善。

　　Weng 等[42]開發了以米粉為主要成分的白鹽面條配方，通過添加必要的面筋，小麥粉及使用 TG 酶催化蛋白質等方法增強感官特性。實驗結果表明，米粉、面筋和小麥粉的比例為 80∶10∶10，TG 酶添加量(0.5%、1.0%、1.5% 和 2.0%，w/w，面粉總重量)為 1.5% 時面條效果最佳，且隨著 TG 酶添加量的增多，面條蒸煮損失顯著降低。

　　2.3.4 α- 淀粉酶處理

　　α- 淀粉酶作為一種重要的工業酶制劑，作用于淀粉內部的 α-1，4 糖苷鍵，使之水解產生糊精、麥芽糖和葡萄糖等，廣泛用于生產糖漿、啤酒和醬油等食品領域[43]。

　　Xu 等[44]設計了耐高溫 α- 淀粉酶處理不同質 量 比(100/0、95/5、85/15、70/30、50/50 和 25/75，w/w)的大米 / 大豆混合物，探究逐步添加大豆對加酶和不加酶大米擠壓產品理化性能和抗氧化性能的影響。相比傳統擠壓方法，添加酶提高了總酚 / 總黃酮含量(TPC/TFC)和抗氧化能力，但隨著大豆含量增加到 50%，α- 淀粉酶引起的改性作用顯著消失。

　　Liu 等[45]在 α- 淀粉酶處理前采用行星式球磨機進行預處理，以提高淀粉酶對淀粉結構的可及性和敏感性。實驗表明，與未經球磨處理的淀粉顆粒相比，球磨 8h(2 ～ 32h，每隔 2h 取樣)后更易于產生多糖的合適聚合度，有利于 H2O2 氧化和 SHMP 交聯工藝制備淀粉生物乳膠，對于紙張涂布有良好的應用。

　　3 結語

　　2019 年農業部明確提出調整優化農業結構，大力發展優質農產品產業，推進農業由增產轉向提質，對提高稻米粉深加工的附加值和促進稻米產業發展具有重要意義[46]。稻米粉主食和休閑食品開發是稻米深加工研究的重要領域之一，通過改性和復合改性技術研發各類食品專用稻米粉，從而提高稻米及其制品的食用品質，可以進一步推進稻米食品的開發和生產。