李建珍，鄭明珠，蔡丹，劉景圣

（吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118）

質構重組技術在食品工業(yè)中的應用

李建珍，鄭明珠，蔡丹，劉景圣*

（吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118）

綜述國內外的質構重組技術（如超高壓處理、擠壓處理、微波處理、超聲波處理等）加工食品物料的機理、條件及物料的理化性質和結構變化的基本研究情況，并對其應用的發(fā)展前景進行了展望。

質構重組技術；機理；應用

質構重組技術是通過機械的混合、揉搓、剪切、高壓、加溫等物理因素，使物料發(fā)生物質變形、變性或產生化學反應的加工過程[1]。質構重組技術從誕生到廣泛應用已經有100多年的歷史。常用設備或手段包括單螺桿擠壓機、雙螺桿擠壓機、高壓容器、物理射線等。在食品成分中，蛋白質與多糖類親水膠體是產品質構的形成基礎，可以通過質構重組技術使產品發(fā)生復雜的物理、化學、生物反應使最終產品在質構、組成、表現等理化特性及營養(yǎng)上發(fā)生很大變化，生產符合消費者需求的新產品。質構重組技術涉及擠壓技術、超高壓技術、微波技術等，隨著科學技術的發(fā)展，質構重組技術在應用范圍和深度上迅速發(fā)展。本文擬對質構重組技術進行綜述，并對其在食品工業(yè)中應用的現狀和存在的問題進行分析，為進一步應用提供參考。

1 超高壓處理

超高壓處理，就是利用100 MPa以上的壓力，在常溫或較低溫度下，使食品中的酶、蛋白質和淀粉等生物大分子改變活性、變性或糊化，同時殺死細菌等微生物達到滅菌的過程，而食品的天然味道、風味和營養(yǎng)價值不受或很少受影響，并可能產生一些新的質構特點的一種加工方法[2]。由于超高壓對生物大分子作用，使物質體積發(fā)生變化，組分結構發(fā)生改變，從而使分子間的連接方式隨之發(fā)生改變，導致鍵的破壞和重組，使生物大分子宏觀和微觀特性發(fā)生變化。

超高壓對蛋白質的一級結構沒有影響，在非常高的壓力下（>700 MPa），二級結構發(fā)生變化，導致不可逆的變性，在200 MPa以上的壓力下，可以觀察到三級結構的顯著變化，蛋白質的四級結構對壓力非常敏感[3]。超高壓處理影響淀粉的結晶結構、糊化特性、偏光特性等[4]。研究顯示：在700 MPa保壓2 min，玉米淀粉的糊化度就達到86.8%，已滿足國家食品糊化度的有關標準。當保壓時間增加到5 min，玉米淀粉的糊化度可達100%，這是高壓食品加工的一大優(yōu)點[5]。X-射線衍射分析表明，隨著壓力的不斷增大，淀粉的特征衍射峰逐漸變弱并消失，結晶度也逐漸降低，當壓力達到600 MPa時，其結晶度完全消失，表明玉米淀粉的結晶消失壓力為550 MPa左右[6]。300 MPa以上的壓力可使蕎麥淀粉顆粒表面向內凹陷，400 MPa后淀粉顆粒被擠壓成塊狀和片狀，淀粉顆粒結構的變化將直接影響到蕎麥淀粉的理化特性，熱穩(wěn)定性、冷穩(wěn)定性及凝沉性得到改善[7]。Fomal[8]等研究結果表明：玉米淀粉懸液中水分的過量對經超高壓處理后的玉米淀粉結構影響較大，會使淀粉顆粒的晶體結構破裂。經高壓處理3 min后蠟質玉米淀粉出現無定形組織。H.E.Oh[9]研究表明：經600 MPa高壓處理30 min后，土豆淀粉沒有發(fā)生太大變化，仍保持雙折射現象，蠟質大米淀粉、蠟質玉米淀粉和木薯淀粉全部凝膠化，普通大米和玉米淀粉部分凝膠化，普通淀粉的黏性升高，蠟質淀粉沒有變化。

超高壓技術被譽為21世紀十大尖端科技之一，加工食品簡便、衛(wèi)生、天然、營養(yǎng)豐富，它的發(fā)展無疑為食品加工提供了一個美好的前景。但超高壓技術設備成本高，我國超高壓技術研究尚處于起步階段，為此，我國應不失時機地跟上國際開發(fā)應用潮流，發(fā)展適合我國國情的超高壓加工食品新領域，深入研究，使其應用范圍更廣泛[10]。

2 擠壓處理

擠壓處理是集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型為一體的高新技術，廣泛地應用于食品工業(yè)。

物料被送入擠壓膨化機中,在旋轉螺桿的推動下,由于螺桿與物料、物料與機筒以及物料內部的機械摩擦作用，物料被強烈地擠壓、攪拌、剪切，使其不斷細化、均化。隨著機腔內部壓力的逐漸加大，溫度不斷升高，在高溫、高壓、高剪切力的作用下，物料性質發(fā)生變化，由粉狀變成糊狀，淀粉發(fā)生糊化、裂解；蛋白發(fā)生變性、重組；纖維發(fā)生部分降解、細化，物料中帶有的致病菌被殺死，有毒成分失活。當糊化物料由?？讎姵龅乃查g，在強大壓力差的作用下，水分急驟汽化，物料被膨化，形成結構疏松、多孔、酥脆的膨化產品，從而達到擠壓、膨化的目的[11]。在擠壓膨化過程中，蛋白質功能性和營養(yǎng)性發(fā)生變化，溶解性下降，賴氨酸損失，組織結構化，可消化性提高[12]。擠壓過程是在高溫、高壓、高剪切力的作用下，淀粉鏈間的氫鍵斷裂，淀粉由原來緊湊有序的結構變成了松散無序的結構。擠壓膨化過程中，水分增加對淀粉糊化度呈顯著降低效應，高水分（＞23%）的影響更為明顯[13]。李春紅研究指出玉米粉經擠壓后生產的預糊化玉米粉，冷黏度從300 cP提高到850 cP，吸水率從73 mL提高到108.4 mL，保水力從1.47 g提高到3.59 g，添加30%的預糊化玉米粉可以使得面片拉伸長度增加3倍，韌性增大6倍，從而使得玉米面團的“筋力”顯著增加。因此預糊化玉米粉的添加可使玉米粉冷水和成有黏彈性的面團，同時增加玉米制品的風味[14]。在擠壓加工中，隨著螺旋速度的升高，保脆性得到提高，膨化度升高，淀粉顆粒保持原有晶型結構；隨著Ⅲ區(qū)溫度的升高，保脆性降低，膨化度升高，溶水率升高，淀粉顆粒的晶型結構受到破壞[15]。

擠壓加工技術可以連續(xù)化生產，生產工藝簡單；生產流水線短；物耗少，能耗低；應用范圍廣；投資少；生產費用低，是一種經濟實用的新型食品加工技術[16]。

3 微波處理

微波是一種電磁波，其波長在1 mm至1 m，頻率為300 MHz至30 GHz。在食品加工中，常用的頻率為2450 MHz和915 MHz。微波輻照主要是利用微波輻照下介質發(fā)生的熱效應和電磁效應，在一定頻率的微波輻照下，介質得以升溫，引起介質化學反應動力學變化，使介質反應速度加快或分子結構發(fā)生改變。

干燥的淀粉很少吸收微波。一般情況下，淀粉都含有水分，所以微波對其有一定作用。糖類中的低聚糖能吸收微波能，如蔗糖、葡萄糖可以吸收微波而融化，以致脫水焦糖化[17]。谷朊粉濃度為0.10 g/mL、pH為4、微波功率為630 W、處理時間為120 s，該條件下處理谷朊粉后黏度為9.20 mPa·s[18]。扶雄研究了玉米淀粉經微波作用后顆粒性質的變化，結果表明，微波作用后淀粉顆粒仍存在偏光十字，部分顆粒臍點表面出現小孔，X射線主要衍射峰的強度增大，淀粉內部分子發(fā)生遷移形成更加有序的排列[19]。同年扶雄采用微波對30%水分含量的玉米淀粉進行處理，結果表明微波處理降低了淀粉的膨脹度和溶解度、凍融穩(wěn)定性以及焓值，提高了糊化轉變溫度、轉變溫度范圍，玉米淀粉經處理后糊化起始溫度升高、黏度降低，淀粉顆粒內分子發(fā)生重排，產生了新的不同穩(wěn)定性的結晶體，淀粉分子內部形成更加有序的結晶排列[20]。徐麗霞[21]的研究表明，隨著微波時間的延長，功率的增大，淀粉水分含量的增加，淀粉峰值黏度均下降，凝沉性降低，熱糊穩(wěn)定性和冷糊穩(wěn)定性都有不同程度的增加，糊化溫度也有所提高，其中水分對淀粉性質的影響最為顯著。

微波加工食品方便、快捷、衛(wèi)生，保鮮程度高，營養(yǎng)損失少，節(jié)約能量，熱慣性小，能夠得到常規(guī)設備加工所不能得到的感官質量。在工業(yè)應用上，可以進行大規(guī)模的集約化生產。微波加工雖然給食品加工開辟了新的途徑，但也產生了諸如食品風味比常規(guī)加熱差、食品硬化等現象，這在一定程度上制約了微波技術在食品加工中的普及和應用[22]。

4 超聲波處理

超聲波是振動頻率在104Hz～106Hz的聲波，在固體、液體和氣體中傳播時，會引起一系列效應，利用這些效應可以影響、改變甚至破壞物質的組織結構和狀態(tài)。與磁場效應類似，超聲波效應也主要表現在物理、化學、生物效應方面。物理效應主要以機械效應的形式表現，利用超聲波的機械效應，可進行殺菌、均質、乳化、粉碎等食品加工單元操作。超聲波的化學效應主要表現在引起各種化學反應，如氧化還原反應、聚合反應、分解反應、電化學反應等；超聲波對高分子化合物有分解作用，能分裂葡萄糖、果糖、核酸等；還可使氧化酶、脫氫酶失去活性。生物效應則主要表現在超聲波使生物組織的結合狀態(tài)發(fā)生改變，當這種改變?yōu)椴豢赡孀兓瘯r，就會對生物組織造成損傷。

將超聲波用于醬油殺菌的實驗證明，經超聲波處理的醬油色澤清亮、黏稠度下降、鮮味比較突出[23]。李堅斌[24]的研究表明：不同超聲波處理時間下的馬鈴薯淀粉樣品均呈假塑性流體特征，符合冪定律；超聲處理時間越長，馬鈴薯淀粉糊的表觀黏度越低，觸變性相應減弱；超聲波處理后，馬鈴薯淀粉糊的剪切稀化程度隨馬鈴薯淀粉含量的增大而加深。明建[25]的研究指出：在不同超聲波作用條件下，不同濃度的兩角菱角淀粉糊所形成的凝膠質構特性顯著改變，延長超聲波作用時間和增加超聲強度，會降低凝膠的硬度、咀嚼性、膠著性、彈性、黏聚性以及回復性，并且隨著兩角菱角淀粉糊濃度的增大，其所形成凝膠的質構特性下降趨勢減緩。胡愛軍研究表明：超聲波作用破壞了淀粉顆粒結構，降解了支鏈淀粉，使支鏈淀粉減少，直鏈淀粉含量相對增加，淀粉分子量相對降低，聚合度降低，淀粉糊黏度減小，超聲波的功率和淀粉濃度對淀粉糊黏度的影響較超聲作用時間小。

5 其它

質構重組技術除上述主要方法外，還有很多方法，諸如：超微粉碎、滲透壓等。Prakash Bhattacharyya[26]研究顯示：經沸水和發(fā)芽處理的玉米淀粉與熱蒸汽處理的玉米淀粉相比，麥芽糖含量、表面結構和黏彈性發(fā)生了很大變化；經3種方式處理的玉米淀粉的結晶度減小。Chirdchan Pukkahuta[27]研究顯示：滲透壓是一種類似于傳統(tǒng)濕熱處理淀粉的物理改性方法。電鏡掃描滲透壓處理的玉米淀粉表明淀粉顆粒發(fā)生了變形，濕熱處理只是輕微的變化，經滲透壓處理的玉米淀粉的凝膠溫度顯著升高。祁國棟研究表明：糯玉米經超微細粉碎處理后，粒徑減小，比表面積增大，口感改善，溶解性、高溫持水力、酶解率等加工特性提高[28]。

6 展望

隨著人們生活水平的提高，消費者對食品的食用品質要求越來越嚴格，食品科研工作者需要不斷開發(fā)良好特性的產品來滿足消費者的需求。超高壓技術天然、衛(wèi)生、節(jié)能，可以最大限度的保留物料本身的營養(yǎng)物質，但超高壓設備一次性投資成本高，工業(yè)化生產需要開發(fā)更經濟的設備。擠壓膨化技術環(huán)保節(jié)能，生產成本低，操作簡單，可以集約化生產。微波處理關鍵在于人們對微波加工技術和食品特性的深入了解和進行合理的操作，從而使微波技術得到合理的應用?？傊?，生產者可以根據產品需求和經濟條件選擇合適的生產技術，開發(fā)符合消費者需求的產品，推動中國食品領域的發(fā)展。因此,質構重組技術作為清潔生產和生產綠色食品的重要手段，應用前景十分廣闊。

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The Application of Texture and Structure Recombination Technology in the Food Industry

LI Jian－zhen，ZHENG Ming－zhu，CAI Dan，LIU Jing－sheng*
（College of Food Science and Engineering，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，Jilin，China）

To introduce the basic research in texture and structure recombination technology（such as ultrahigh pressure processing，extrusion treatment，microwave treatment，ultrasound treatment and so on），including the mechanism and condition of processing food，the physical and chemical properties and structural changes of the materials，and its application in the development was prospected.

texture and structure recombination technology；mechanism；application

國家863計劃（2008AA100802）

李建珍（1986—），女（漢），碩士研究生在讀，研究方向：糧油深加工。

*通信作者：劉景圣（1964—），男，博士生導師，教授。

2011-03-09