閆慧麗,陸啟玉,李翠翠

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001)

影響面條質(zhì)量的因素很多,包括原料、工藝、設(shè)備等,其中原料面粉是影響面條質(zhì)量的關(guān)鍵因素。淀粉是面粉中含量最多的組分,占面粉含量的70%～80%,其對(duì)小麥粉的加工性能和面條品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響[1-4]。

淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉以一定形式排列、堆積形成具有結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)的顆粒。根據(jù)形態(tài)大小,小麥淀粉又可被分為A型淀粉和B型淀粉兩大類。A型淀粉的平均粒徑一般大于10 μm,B型淀粉的平均粒徑則在10 μm以下。不同品種的小麥粉中,A型、B型淀粉以及直鏈和支鏈淀粉的含量均存在差異,這種差異會(huì)對(duì)小麥面粉的粉質(zhì)特性、加工特性產(chǎn)生影響,從而影響面條的品質(zhì)。淀粉的某些性質(zhì),如冷水不溶性,糊液在酸、熱和剪切作用下不穩(wěn)定等,限制了其在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,改性淀粉的出現(xiàn)彌補(bǔ)了這些不足,擴(kuò)大了淀粉的應(yīng)用范圍。小麥淀粉經(jīng)過改性后,淀粉鏈的長(zhǎng)短、分子側(cè)鏈、側(cè)鏈上基團(tuán)等發(fā)生的變化將導(dǎo)致淀粉性質(zhì)的改變,進(jìn)而影響面條品質(zhì)。此外,在面條加工過程中,面粉中的淀粉和脂類化合物也能發(fā)生復(fù)合作用形成淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物,這種復(fù)合物也會(huì)對(duì)面團(tuán)性能和面條品質(zhì)產(chǎn)生一定影響。

本文綜述了近年來小麥淀粉在結(jié)構(gòu)、組成、改性上的研究進(jìn)展及淀粉在結(jié)構(gòu)和組成上變化對(duì)面條品質(zhì)的影響,為面條專用粉的加工和小麥育種提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 小麥A、B型淀粉及其對(duì)面條品質(zhì)的影響

1.1 小麥A、B型淀粉的理化性質(zhì)

小麥A型淀粉顆粒的形態(tài)多為圓盤形或兩面凹陷的透鏡形狀,B型淀粉顆粒的形態(tài)多為球形和不規(guī)則形狀。不同品系來源的小麥淀粉,A、B淀粉的晶型結(jié)構(gòu)是相似的,但A、B型淀粉的理化性質(zhì)可能存在差異。研究表明,A淀粉的相對(duì)結(jié)晶度[5-6]、糊化時(shí)的黏度參數(shù)基本上都要大于B型淀粉[6-7],而B型淀粉的膨脹度則大于A型淀粉[6,8]。Zhang等[5]認(rèn)為,A型淀粉的短程有序性和分子內(nèi)C-6位羥基形成的氫鍵含量較高,是其相對(duì)結(jié)晶度較大的重要原因。Zeng等[7]研究發(fā)現(xiàn),B型淀粉的凍融穩(wěn)定性和結(jié)合水的能力要強(qiáng)于A型淀粉;但由于B型淀粉中直鏈淀粉含量較高,所以其淀粉凝膠的回生速率要快于A型淀粉。與Zeng等[7]的研究結(jié)果相反,Li等[6]的研究結(jié)果則表明A淀粉的直鏈淀粉含量較高。此外,Li等[6]、Zeng等[7]、Zhang等[5]關(guān)于A、B型淀粉糊化溫度和糊化焓的研究結(jié)果也不盡一致,這些結(jié)果的不同很可能是由品種間的差異造成的。

A、B型淀粉結(jié)構(gòu)的差異是其理化性質(zhì)差異的基礎(chǔ),從納米級(jí)結(jié)構(gòu)來講,A型淀粉半結(jié)晶層和結(jié)晶層的平均厚度都要大于B型淀粉,不過,B型淀粉半結(jié)晶層的有序性更高,其結(jié)晶區(qū)雙螺旋結(jié)構(gòu)的取向更加一致;此外,由于B型淀粉擁有表面分形結(jié)構(gòu),所以其顆粒表面更加致密光滑[5]。除了理化性質(zhì)的差異,A、B型淀粉對(duì)于酶的敏感性也是不同的。雖然A、B型淀粉在酶解過程中的形態(tài)變化是類似的,但由于B型淀粉的相對(duì)表面積大,所以更容易受到α-淀粉酶的攻擊,在相同水解條件下釋放出還原糖的速率也更快[9]。由于影響淀粉水解速率的因素除了相對(duì)表面積外,還包括顆粒大小、結(jié)晶度、孔隙率、直鏈與支鏈淀粉比等,而這些因素與小麥品種息息相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn),B型淀粉的水解速率僅在水解前期較快,A型淀粉的水解速率則在后期更快一些[6]。

1.2 小麥A、B型淀粉對(duì)面條品質(zhì)的影響

小麥淀粉中,A、B型淀粉的理化性質(zhì)存在明顯的差異,所以當(dāng)面粉中A、B型淀粉的含量發(fā)生變化時(shí),最終產(chǎn)品的品質(zhì)必然會(huì)受到一定程度的影響。研究表明,小麥粉中A、B型淀粉的比例會(huì)影響面條的色澤、蒸煮品質(zhì)和食用品質(zhì);隨著B型淀粉含量的上升,白面條的色澤、粘彈性和適口性得到改善;當(dāng)面粉中B型淀粉的含量在30%～40%時(shí),面條的硬度是最合適的[10]。面條中A、B型淀粉的比例不同時(shí),鮮濕面的水分分布和動(dòng)態(tài)熱力學(xué)性質(zhì)也會(huì)受到影響。當(dāng)面條中20%的原淀粉分別被A、B型淀粉取代時(shí),A淀粉含量高的面條其結(jié)合水含量以及面條的儲(chǔ)存模量和損耗模量較高[11]。

A、B型淀粉理化特性和酶解特性的差異在很大程度上與小麥品種相關(guān),不同品種的小麥淀粉其A、B型淀粉的特性可能存在較大差異,這對(duì)于我們?nèi)妗⒊浞值亓私釧、B型淀粉的特性造成了一定的障礙,但這也說明關(guān)于A、B型淀粉仍然有很多值得深入研究的地方。近年來,關(guān)于A、B型淀粉對(duì)面條品質(zhì)影響的研究相對(duì)較少,還基本停留在A、B型淀粉比例對(duì)面條質(zhì)構(gòu)特性的影響方面。因此,關(guān)于A、B型淀粉對(duì)面條品質(zhì),特別是微觀結(jié)構(gòu)的影響仍有待于深入研究。從近年來的研究進(jìn)展還可以看出,對(duì)A、B型淀粉結(jié)構(gòu)的研究已逐漸上升到納米級(jí)和分形特征,這有助于進(jìn)一步從根本上揭示A、B型淀粉理化性質(zhì)差異的基礎(chǔ),更加有助于揭示A、B型淀粉在維持面條感官品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)和食用品質(zhì)中所發(fā)揮的作用。

2 小麥淀粉的化學(xué)組成及其對(duì)面條品質(zhì)影響

2.1 小麥淀粉的化學(xué)組成

從化學(xué)組成上來講,小麥淀粉由直鏈淀粉、支鏈淀粉及少量的蛋白和脂質(zhì)等組成。蠟質(zhì)小麥淀粉(不含直鏈或直鏈淀粉含量很低)與普通小麥淀粉具有相似的形態(tài)特征、顆粒大小分布和晶型結(jié)構(gòu),但蠟質(zhì)小麥淀粉的相對(duì)結(jié)晶度較大,顆粒表面不平滑,與普通小麥淀粉在顆粒的平均直徑、B型淀粉的含量和大小上存在差異,這些結(jié)構(gòu)上的差異進(jìn)而導(dǎo)致了兩種淀粉在理化特性上的差異[12-13]。對(duì)于不同品種的蠟質(zhì)小麥淀粉來說,其部分理化性質(zhì)可能存在差異,但不同品種間淀粉的形態(tài)、晶型、長(zhǎng)程和短程有序性都是相似的[14]。相對(duì)于普通小麥淀粉來說,高直鏈淀粉(直鏈淀粉含量約75%)的形狀則顯得不太規(guī)則,且粒徑在5 μm以下的顆粒相對(duì)較多,這也導(dǎo)致了高直鏈淀粉的填充體積(packing volume)較大[15]。

雖然淀粉顆粒中蛋白和脂質(zhì)的含量較少,但它們?nèi)詴?huì)對(duì)淀粉顆粒的形態(tài)和理化性質(zhì)產(chǎn)生一定影響。普通小麥淀粉和蠟質(zhì)小麥淀粉脫脂后A型淀粉表面能明顯觀察到孔洞增多,B型淀粉的表面則沒有明顯變化。脫脂不改變淀粉的晶型,但會(huì)使淀粉的結(jié)晶度下降,同時(shí),脫脂還會(huì)影響淀粉的溶解度、膨脹度和糊化特性,但影響程度與淀粉樣品的直鏈淀粉含量和支鏈淀粉鏈的遷移率有關(guān)[16-17]。與脫脂處理相似,脫蛋白處理也會(huì)影響A、B型淀粉理化性質(zhì),不過脫蛋白處理會(huì)使普通淀粉的相對(duì)結(jié)晶度增大[17-18]。脫脂和脫蛋白處理除了會(huì)影響小麥淀粉的溶解度、膨脹度、凍融穩(wěn)定性等特性外,還會(huì)導(dǎo)致樣品中抗性淀粉含量下降,慢消化淀粉和快消化淀粉含量上升,使得淀粉顆粒的體外消化率增加[19-20]。

2.2 小麥淀粉化學(xué)組成對(duì)面條品質(zhì)的影響

直鏈和支鏈淀粉含量是影響面條質(zhì)量的重要因素之一,是造成不同小麥品種淀粉糊化和膨脹特性及面條質(zhì)量差異的物質(zhì)基礎(chǔ)[21-23]。Zhang等[24]研究表明,鮮面條的硬度和內(nèi)聚性會(huì)隨著直鏈淀粉含量的增加而上升,但面條的彈性不會(huì)明顯受到直鏈淀粉含量的影響。面條的干物質(zhì)吸水率與直鏈淀粉含量存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,而干物質(zhì)損失率和蛋白質(zhì)損失率則與直連淀粉的含量呈正相關(guān)[25]。糯小麥淀粉(蠟質(zhì)小麥淀粉)相對(duì)于普通小麥淀粉來說不易回生且持水力較強(qiáng),這些特性有利于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的面條[12,26]。適量的糯麥配粉可以使面條保持較好的色澤、彈性和表觀狀態(tài),降低面條的烹煮損失,并且有助于提高和面時(shí)的加水量,延緩面條老化;若面粉中支鏈淀粉含量太高,則會(huì)與其它組分競(jìng)爭(zhēng)吸水,阻礙面筋的形成,反而使面條的品質(zhì)下降[25,27-28]。趙登登等[29]的研究也證明了這一點(diǎn),在一定范圍內(nèi),面條中支鏈淀粉含量越高,面條的蒸煮特性、質(zhì)構(gòu)特性和食用品質(zhì)越好;相反,面條的直鏈淀粉含量越高,面條的品質(zhì)則越差。

關(guān)于小麥直鏈和支鏈淀粉及其對(duì)面條品質(zhì)影響的研究相對(duì)較多,不過,同A、B淀粉的研究相似,關(guān)于直鏈和支鏈淀粉對(duì)面條的影響也主要停留在對(duì)面條質(zhì)構(gòu)、感官等宏觀性質(zhì)的影響,缺乏微觀結(jié)構(gòu)方面的研究。另外,關(guān)于淀粉中微量組分脂質(zhì)和蛋白對(duì)面條品質(zhì)可能產(chǎn)生的影響目前還未見報(bào)道。

3 小麥淀粉改性方法及其對(duì)面條品質(zhì)的影響

3.1 小麥淀粉常用改性方法

無論是直鏈淀粉還是支鏈淀粉,其性質(zhì)的不同都是由其結(jié)構(gòu)不同決定的。要改變淀粉的性質(zhì),主要途徑是改變淀粉的分子結(jié)構(gòu),常用的方法包括酶法、物理法、化學(xué)法、復(fù)合法等。不同改性方法對(duì)小麥淀粉特性的影響如表1所示。淀粉品種間的差異也會(huì)對(duì)改性結(jié)果產(chǎn)生影響。例如,琥珀酸/乙酸酐和壬二酸/乙酸酐混合物在不同濃度下分別對(duì)兩個(gè)品系小麥淀粉進(jìn)行處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn),同一酸酐混合物對(duì)淀粉糊化焓的影響規(guī)律存在品種間的差異;而不同酸酐混合物對(duì)淀粉同一特性的影響也不盡相同。例如,對(duì)淀粉回生值的影響甚至存在完全相反的結(jié)果[30-31]。不同品種淀粉間A、B型淀粉理化特性的差異很可能是影響改性結(jié)果的重要原因之一,但利用環(huán)氧丙烷和環(huán)氧丙烷類似物分別對(duì)蠟質(zhì)小麥淀粉和普通小麥淀粉的A、B型淀粉進(jìn)行改性時(shí),A、B型淀粉的取代度在種內(nèi)和種間沒有明顯的差別,并且環(huán)氧丙烷和環(huán)氧丙烷類似物還能在一定程度上縮小同一品種間A、B淀粉糊化特性的差異[32]。

3.2 改性小麥淀粉對(duì)面條品質(zhì)的影響

小麥粉經(jīng)α-淀粉酶抑制劑改性后,面條的蒸煮特性、硬度、感官評(píng)分和微觀結(jié)構(gòu)基本不變;而面粉經(jīng)分支酶處理后,淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,支鏈淀粉的含量上升,進(jìn)而導(dǎo)致面條的蒸煮時(shí)間延長(zhǎng),煮后質(zhì)量、吸水率和蒸熟損失下降,面條的硬度上升,感官品質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變;無論是α-淀粉酶抑制劑還是分支酶,都會(huì)導(dǎo)致淀粉的消化率下降,使得面條的血糖生成指數(shù)降低,這對(duì)于糖尿病人來說或許大有益處[34]。除了酶法,利用琥珀酸酐和辛烯基琥珀酸酐分別對(duì)淀粉改性,也可以顯著降低淀粉中快消耗淀粉的含量,增加慢消化淀粉的含量,進(jìn)而降低面條的血糖生成指數(shù)[60]。淀粉分子上的基團(tuán)發(fā)生變化后,面條的品質(zhì)也會(huì)受到影響。小麥淀粉被雙氧水氧化后,由于羧基的引入,淀粉的親水力增強(qiáng),導(dǎo)致添加氧化淀粉的面條中深層結(jié)合水比例減少,弱結(jié)合水比例增加;同時(shí),由于淀粉親水力增強(qiáng),阻礙了分子間氫鍵的締合,使淀粉與淀粉或蛋白質(zhì)之間的作用力減弱,導(dǎo)致了添加氧化淀粉的面條的儲(chǔ)能模量和損耗模量降低[54]。

淀粉經(jīng)過酶法、物理或化學(xué)等手段改性后,分子量、側(cè)鏈基團(tuán)等發(fā)生變化。近年來,將玉米、馬鈴薯、木薯等改性淀粉作為面條品質(zhì)改良劑,發(fā)現(xiàn)改性淀粉對(duì)面條品質(zhì)的影響,或者將改性后的小麥淀粉作為穩(wěn)定劑應(yīng)用在蛋糕、酸奶的生產(chǎn)中[55,61],對(duì)于小麥原淀粉分子量和側(cè)鏈基團(tuán)等結(jié)構(gòu)的改變會(huì)對(duì)面條的品質(zhì)產(chǎn)生何種影響,目前的研究?jī)H有張克等[54]涉及到。

3.3 小麥淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物

小麥淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物雖然屬于改性淀粉的范疇,但卻不同于一般的改性淀粉,它本身就存在于自然界的原淀粉中。直鏈淀粉能夠與脂質(zhì)進(jìn)行絡(luò)合,在分子內(nèi)氫鍵的作用下,直鏈淀粉的鏈會(huì)發(fā)生卷曲,形成螺旋狀內(nèi)絡(luò)物。淀粉與脂質(zhì)復(fù)合后,除了晶型結(jié)構(gòu)由原來的A型轉(zhuǎn)變?yōu)閂型,淀粉的糊化特性、流變學(xué)特性、凍融穩(wěn)定性、糊的透明度、凝膠質(zhì)構(gòu)、回生特性、酶的敏感性等均受到影響[62-66]。

淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的生成及其對(duì)淀粉性質(zhì)的影響與脂質(zhì)的添加量、脂肪酸的鏈長(zhǎng)和飽和度、脂質(zhì)的加入時(shí)間、復(fù)合物的制備方式和制備溫度等因素有關(guān)。對(duì)于同一種小麥淀粉,月桂酸與淀粉的復(fù)合指數(shù)隨月桂酸用量的增加而增大;對(duì)于不同品種的小麥淀粉,月桂酸用量相同時(shí),復(fù)合指數(shù)隨直鏈淀粉含量的增加而增大[65]。對(duì)于飽和脂肪酸來說,其碳鏈越短則越容易與直鏈淀粉復(fù)合;隨著脂肪酸鏈長(zhǎng)的增加,直鏈淀粉-脂肪酸復(fù)合物對(duì)淀粉顆粒的膨脹、凝膠化、回生和糊化進(jìn)程的抑制作用加強(qiáng)[67]。盡管淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物能夠影響淀粉顆粒的膨脹和顆粒內(nèi)碳水化合物的溶出,但Gerits等[68]的研究認(rèn)為這兩者之間并不存在因果關(guān)系。溫度是影響小麥淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物形成的重要因素之一,隨著制備小麥淀粉-卵磷脂復(fù)合物溫度的上升,淀粉糊的透明度、淀粉的溶解度和膨脹度逐漸上升[64]。溶血磷脂膽堿(LPC)與小麥淀粉復(fù)合時(shí),若在淀粉糊化的不同階段分別加入LPC,體系的粘度特性將受到不同的影響;若將不同含量的LPC分別與小麥淀粉復(fù)合,淀粉懸濁液對(duì)淀粉酶的敏感性則隨著復(fù)合指數(shù)的上升而下降,部分復(fù)合物即使在4 h后仍然不能被α-淀粉酶水解[69-70]。小麥淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物除了抗酶解特性增強(qiáng)外,抗輻照性能也有所增強(qiáng),其相對(duì)普通小麥淀粉和改性小麥淀粉來說結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,其結(jié)晶度不受輻照劑量的影響[36]。制備方法也是影響小麥淀粉復(fù)合物生成的一個(gè)重要因素。徐澎聰?shù)萚71]分別采用HCl/KOH法和快速黏度分析法制備小麥淀粉-油酸包合物,二種方法制備的復(fù)合物在復(fù)合指數(shù)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、顆粒表面短程結(jié)構(gòu)有序度、相對(duì)消化率等方面均存在差異。Gerits等[68]研究發(fā)現(xiàn),脂肪酶也能夠顯著誘導(dǎo)小麥直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的生成,且不受脂質(zhì)的類型和位置的影響。除了常規(guī)的水熱法制備淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物外,Rangelov等[72]還研究出了一種基于球磨技術(shù)制備淀粉-LPC復(fù)合物的機(jī)械化學(xué)方法,該法制備出的復(fù)合物與水熱法制備出的復(fù)合物具有相同的晶體結(jié)構(gòu),通過固態(tài)13C核磁共振波譜與差示掃描量熱儀分析也進(jìn)一步證明了這種機(jī)械化學(xué)法在制備淀粉-LPC復(fù)合物方面的有效性。

小麥淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物是近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn),目前,國(guó)內(nèi)外的研究?jī)H僅停留在純淀粉和單一脂肪酸合成淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的研制以及性質(zhì)方面,對(duì)食品混合體系中淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的研究多集中于延緩面包老化方面[73],關(guān)于小麥淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物對(duì)面條品質(zhì)影響的研究還未見報(bào)道。

4 小麥淀粉損傷對(duì)面條品質(zhì)的影響

除了直鏈和支鏈淀粉含量及A、B型淀粉含量會(huì)對(duì)面條品質(zhì)產(chǎn)生較大的影響外,面粉中破損淀粉含量也是影響面條品質(zhì)的一個(gè)重要因素。淀粉受到機(jī)械損傷后,形狀變得不規(guī)則,顆粒粒徑減小,吸水能力增強(qiáng),進(jìn)而影響淀粉在加熱和非加熱狀態(tài)下的流變學(xué)特性、面粉的粉質(zhì)特性等,使得面條的色澤、適口性、蒸煮損失、干物質(zhì)吸水率等受到影響;損傷淀粉含量在一定范圍內(nèi)對(duì)于面條的品質(zhì)改良具有正面意義,超過某一臨界值將阻礙面筋的充分?jǐn)U展,使面條品質(zhì)迅速劣變[24,29,74-77]。新磨制的小麥粉并不適合制作面條,其中一個(gè)原因也與損傷淀粉含量有關(guān)。新磨制的小麥粉經(jīng)過一個(gè)熟化過程后淀粉的峰值黏度、最終黏度、最低黏度下降、損傷淀粉含量上升,此時(shí)制作的面條硬度、彈性等才比較合適[78]。Hatcher等[79]研究表明,破損淀粉含量對(duì)于黃堿面條的彈性特征影響較大,且破損淀粉含量對(duì)熟面條彈性的影響程度要遠(yuǎn)大于生面條。孔雁等[80]也發(fā)現(xiàn),破損淀粉含量是影響拉面制作的重要因素之一,此外,制作優(yōu)質(zhì)蘭州拉面的面粉還應(yīng)具有較高的峰值黏度和較低的衰減值。

5 結(jié)論與展望

不同品種的小麥淀粉中A、B型淀粉的含量及其理化特性、直鏈與支鏈淀粉含量、損傷淀粉含量可能存在顯著差異,這些差異導(dǎo)致了面條在感官品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)上的差異。隨著對(duì)小麥淀粉研究的深入,淀粉的超結(jié)構(gòu)、消化特性及淀粉中的微量組分脂質(zhì)、蛋白等的作用受到越來越多的關(guān)注,這必將有助于進(jìn)一步揭示淀粉對(duì)面條品質(zhì)的影響規(guī)律。小麥淀粉改性是增加其應(yīng)用范圍的重要手段,但對(duì)于小麥淀粉分子量和側(cè)鏈基團(tuán)等結(jié)構(gòu)的改變會(huì)對(duì)面條品質(zhì)產(chǎn)生何種影響的研究相對(duì)較少。小麥淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的制備及其理化特性是近年來的一個(gè)研究熱點(diǎn),但對(duì)小麥淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物在面條體系中的作用及其機(jī)理還缺乏深入的研究。

綜合當(dāng)前的研究現(xiàn)狀來看,關(guān)于小麥淀粉對(duì)面條品質(zhì)的影響多集中于面條的質(zhì)構(gòu)特性、表觀狀態(tài)、食用品質(zhì)等宏觀特性,很少?gòu)姆肿铀缴涎芯啃←溍娣壑械矸劢M分對(duì)面條品質(zhì)的影響。所以,從分子水平上研究淀粉組分及其對(duì)面條品質(zhì)的影響機(jī)制將可能是未來的一個(gè)發(fā)展方向。