大米淀粉的性质、生产及应用.pdf

收稿日期：!#$%$&作者简介：王领军，男，工程师，粮食工程专业。大米淀粉的性质、生产及应用王领军&，王立&，姚惠源&，赵刚!（&(江南大学食品学院，江苏 无锡!&#)*；!(深圳冠利达波顿香料有限公司，广东 深圳%&%&）摘要：大米是一种主要的粮食，大米中淀粉的含量高达+,以上，如何更加有效地利用大米尤其是其中的淀粉是人们最近研究的热点。简单介绍了大米淀粉的性质、生产技术，并且对大米淀粉的应用也做了简单的介绍。关键词：大米；淀粉；性质；应用；多孔淀粉；抗性淀粉；脂肪替代品中图分类号：-.!&(&文献标识码：/文章编号：&)$*!（!#）&$!$#!#$%&，!#()*&+#,-,(.$/+*0 1+*%2&-*3.4251.65：0123 14 563 57 893:548 1:;5=16 25;4，16=164:53 89=6+,57 893198 14 48=29(5?85 3773281A3BC D81B1E3123，34;321=BBC 184 48=29，14 893 752D4 75;35;B3 85 343=29 32368BC(-914;=;3 3A13?4 893;5;38134=6F;C 57 12348=29，=6F=B45;343684 184=;B12=8156(789:;12：123；48=29；;5;38C；=;B12=8156；;55D4 48=29；34148=68 48=H2:)，不溶于水，在水中沉淀，故名淀粉。稻米中的淀粉通常称为大米淀粉。大米淀粉含有较低水平的脂质和矿物质，与淀粉结合的脂质是极性脂质。淀粉中含有磷和氮。磷以磷脂的形式存在。大米淀粉中的氮含量水平较低，一部分来自于脂质，另一部分可能来自于蛋白质或是淀粉合成过程中酶的残余。这些次要的成分在大米淀粉中的含量很少，却可以而且确实影响淀粉的特性。=大米淀粉的性质=、大米淀粉本质上是!I!I葡萄糖的多聚体。以化学观点看，可以分为两种类型的多聚体，一种是直链形的多聚体 直链淀粉，另一种是高分支形的多聚体 支链淀粉。=(=大米直链淀粉和支链淀粉的物化特性由于稻米直链淀粉和支链淀粉的结构有很大的差别，其物理、化学性质也迥然不同，如表&所示。表=直链淀粉和支链淀粉的物化特性特性碘结合能力,碘蓝值（*6:）)J膨润度H:B$&:5BHK LM(&%:5BHK LM沉降系数.!N.!OP.M估计分子量 H Q&*I淀粉酶水解局限性 H,链长葡萄糖单位直链淀粉&%(#R!(!(R&(*%(%R!S#R!#!)(%R%(!(%(#%(S&(#&(*)R SS未测支链淀粉糯米(+R(*(R(+#+R&%未测!R%未测未测#S R%!R!非糯性米()+R)()(#R(!S R&*&+!R!&)R&#&+!#&#S R%!R!S=(大米直链淀粉和支链淀粉的分离将大米淀粉分离成直链淀粉和支链淀粉，常用以下两种方法：（&）将大米淀粉加热到略超过其凝胶温度，可以有选择地滤取直链淀粉。随着滤取温度的升高，除直链淀粉外，支链淀粉也溶解，因此需要进行提纯。滤液不是定量的，在滤取之前，用热的丁醇水溶液进行预处理可降低支链淀粉的可溶性，提高直链淀粉的提取率。（!）使淀粉粒完全分散，然后再分离直、支链淀粉。大米淀粉是很难完全分散的，在高压锅的温度下需数小时。在这样的条件下，为使淀粉不致降解，可将淀粉脱脂，进行缓冲处理以及防止氧化等处理。用液体氨、二甲亚砜或稀碱进行预处理可以帮助淀粉完全分散。在淀粉完全分散之后，最常用的分离方法是将直链淀粉以其正丁醇或麝香草酚络合物的形式沉淀出来。为了获得纯净的直链淀粉，需要进行数次反复沉淀。回收支链淀粉可采用低压冻干物或用乙醇沉淀。=(?糯性米和非糯性米的直链淀粉含量糯性米和非糯性米的直链淀粉和支链淀粉的含量存在着很大的差别，如表!所示。大米淀粉的形态和结构(=大米淀粉的形态大米淀粉是已知粮种淀粉颗粒最小的一种，单粒淀粉的大小约)#:，形状为不规则多角体。淀粉分子在稻米中以淀粉粒的形式存在。淀粉粒在细胞质体中形成，是淀粉分子!#，$%&万方数据万方数据的聚集体。形成淀粉的质体叫做淀粉体。大米的每一淀粉体内含有许多颗粒的淀粉粒，所以大米淀粉粒是复合淀粉粒，呈球形或椭圆形，直径!#$!%，其内包括着约#&个小淀粉颗粒。用电子显微镜观察，可以看到许多小孔。内胚乳细胞内淀粉粒与蛋白体紧密结合，当其分离时就形成了这些小孔。表!糯性米和非糯性米的直、支链淀粉的含量品种直链淀粉支链淀粉糯性米()约*约+非糯性米极低直链淀粉稻米()#+,+*低直链淀粉稻米()*&*+&,*中直链淀粉稻米()#&#$,&!$高直链淀粉稻米()-#$.!$!/!大米淀粉的结构直链淀粉在水溶液中有 0 种结构，分别是无规则线圈形结构、部分松开的螺旋形结构、变形的螺旋形结构。支链淀粉的分子基本结构为树枝状，或称为穗状模型。淀粉中直链淀粉是无规则线圈和螺旋形结构，相互之间由氢键来固定，所以不溶于水而沉淀。在支链淀粉中，因为1*，21葡萄糖链外侧的分枝平行排列，并由氢键固定，所以也不溶于水而形成沉淀。因此，若能够将氢键破坏，则直链淀粉和支链淀粉都能够溶于水中。如前所述，大米淀粉在细胞质体中形成，其淀粉粒是由支链淀粉分子以疏密相间的结晶区与无定形非结晶区组合而成的，中间掺入以螺旋结构形式的直链淀粉分子。直链淀粉分子和支链淀粉分子的侧链都是直链，它们趋向平行排列，相邻羟基之间通过氢键结合成为放射状结晶性微晶束结构，水分子参与氢键结合。氢键的强度虽然不高，但是数量众多，因此微晶束具有一定的强度，能使淀粉具有较强的颗粒结构。微晶束区域的分子排列没有规律性，较杂乱，该区域为无定形区。支链淀粉分子庞大，串过结晶区和无定形区，在淀粉颗粒结构中起到骨架作用。淀粉颗粒中，结晶区约为颗粒体积的#$)$&)，其余为无定形区。结晶区和无定形区并没有明确的界限，变化是渐进的。大米淀粉的理化性质/#大米淀粉的基本理化性质（*）大米淀粉为高结晶性淀粉，属于 3 型衍射图谱。（#）当大米淀粉在偏振光下观察，具有双折射现象。淀粉颗粒在光学显微镜图示偏光十字。（0）大米淀粉颗粒具有渗透性，水和溶液能够自由渗入颗粒内部。工业上应用化学方法加试剂于淀粉的悬浮液中生产变性淀粉就是利用颗粒的渗透性，水起着载体的作用。淀粉颗粒内部有结晶和无定形区域，后者有较高的渗透性，化学反应主要发生在此区域。（2）大米淀粉的水吸收率和溶解度在&,&4间缓缓上升，在+&+$4间急剧上升。（$）大米淀粉粒不溶于一般有机溶剂，能溶于二甲亚砜和二甲亚酰胺，淀粉结构之紧密程度与酶之溶解度呈负相关。（）水结合力的强弱与淀粉颗粒结构的致密程度有关。籼米和粳米水结合力一般为*&!)*#&)，而糯米则较高，可达*#,)*#+)。/!米粒中不同层次淀粉的性质米粒淀粉结构、化学组成和理化性质也有层次的差异。米粒外层部分的淀粉粒径较中心部分淀粉的小&/$*/$!%。直链淀粉含量比中心部分低#&)0&)。外层部分的淀粉含有较多的络合蛋白质，而含结合脂类较少。外层淀粉含油酸、亚油酸较多，而含十四烷酸、棕榈酸则较少。不同层次淀粉在热特性和糊化特性方面也存在差别，现比较如下：（*）示差热量计（567）的分析表明：与中心部分的淀粉相比，外层部分淀粉的吸热开始较早，到达顶点时的温度较高，总糊化吸热量少，但在低中温区吸热较多。（#）淀粉糊化测定表明：外层淀粉表现为粘度开始上升的温度较低而峰值温度较高，此外，各种粘度值也比中心部分的淀粉大。（0）外层淀粉的膨润力较小，并且溶出物中支链淀粉的百分比也比中心部分淀粉大。（2）用糖化酶分解淀粉粒时，外层淀粉表现出的抵抗力较弱。总之，米粒不同层次的淀粉性质的差异是由于淀粉生理年龄不同所致。在胚乳中心部分的淀粉积累较早而外层部分较迟，即存在一种由内而外的生理梯度。$大米淀粉的生产技术大米中的蛋白质分布在糊粉层、蛋白体、细胞壁和淀粉颗粒的外层。大米淀粉是以复粒形式紧紧包含在蛋白质网络中，两者之间结合非常紧密，水或亚硫酸液无法破坏这种结合力。因大米中蛋白质至少有,&)是碱溶性蛋白，用碱液浸提米蛋白质可制得高纯度的大米淀粉。$/#工艺过程制取大米淀粉、米蛋白质的工艺过程如图*所示。89:;!粳米碎米预处理碱浸粉碎筛分沉淀水洗脱水干燥粉碎米淀粉!粗粒糟中和脱水干燥淀粉糟酸处理离子交换离心分离高蛋白米糟饲料!米蛋白质#离心分离#离子交换#酸处理#碱浸图#制取大米淀粉、米蛋白质的工艺流程图王领军等：大米淀粉的性质、生产及应用(!%$年第#期#0 万方数据万方数据!技术要点（）预处理：粳米、粳碎米中的矿物质、稻谷粒含量超过特二米含量标准（出口标准）时需进行精选。如加工精度低于特二米需回机碾白。（#）碱浸：把特二米或碎米浸泡在质量分数$!#%&$!%的()*+溶液中，料液比为,#。浸泡过程中每隔-.搅拌 次（采用空气搅拌为好），浸泡#/.后，沥去碱液，并重新用新的碱液浸泡。与第一次一样，每隔-.搅拌 次，浸泡#/.。碱浸共需#&0 1。处理后，米粒中的蛋白质可溶出除去约$%，且米粒软化，用手指也可将米粒捏碎。（0）大米淀粉的制取：浸泡后，边加碱液边磨碎，浆液用0$目筛网分离出粗粒糟（筛上物），筛下物为淀粉浆液（浓度为#&234），用沉淀槽沉淀分离出粗粒料。其方法是将沉淀槽内上部#50 的浆液取出来进行水洗，残留的粗粒料用碱液稀释之后，再次静置，又取上层浆液进行水洗以分离出淀粉。这种操作有时也可以与喷射型离心机联合进行。分级后的细淀粉浆液用水流型喷射离心机水洗/&次，以除去蛋白质和碱。在最后的水洗之前，有时也用盐酸将浆液的 6+值调到-!&7!$再进行水洗。经水洗后的淀粉浆液，用离心机或压滤机脱水，滤渣干燥后制得水淀粉。（/）米蛋白质的制取：废碱液（含第一次水洗液）用质量分数#%&0%盐酸调整 6+值到 0&/后，经离子交换、离心分离得高蛋白米糟。再用质量分数$!%氢氧化钠溶解，用盐酸调 6+值，经离子交换，离心分离得湿米蛋白质，干燥后即为米蛋白质精品。（）淀粉糟处理：筛分的筛上物用盐酸中和、脱水、干燥得淀粉糟饲料。如废碱液加工得的高蛋白米糟经干燥可与淀粉糟混配加工成饲料。#大米淀粉的应用#!$多孔淀粉#!$!$多孔淀粉的生产工艺0、/根据研究结果，多孔淀粉的制备工艺及控制条件见图#。原料大米!稀碱脱蛋白（质量分数$!%()*+，浸泡#1）!洗涤（脱碱，重复 0 次）!离心!粉碎（胶体磨湿法粉碎）!淀粉!酶解!洗涤（脱酶，重复 0 次）!离心!干燥!多孔淀粉图 多孔淀粉的制备工艺制备多孔淀粉最有实用价值的方法是酶水解法。酶法制备多孔淀粉首先要找到生淀粉酶和原淀粉，并且两者匹配，才能形成多孔淀粉。目前，国内生产糖化酶和!8淀粉酶的厂家较多，所生产的酶的活力也较高。但是还没有厂家专门生产具有生淀粉活力的糖化酶和!8淀粉酶（简称生淀粉糖化酶或生淀粉!8淀粉酶）。因此，笔者从现有商品酶中寻找具有较高生淀粉水解能力的酶，研究考察用米淀粉制备多孔淀粉的可能性并考察了酶解影响因素。#!$!多孔淀粉的应用、-国内外学者对如何利用多孔淀粉都非常感兴趣。目前，日本的研究主要集中在将多孔淀粉作为吸附剂用作微胶囊芯材，美国、中国对此只进行了探索性试验。可以被吸附的目的物质归类如下：（）空气中易氧化、分解的或光敏性的物质，如 9+:、;?：物理包埋淀粉，指那些被蛋白质或植物细胞壁包裹而不能被酶所接近的淀粉。如部分研磨的谷物和豆类中，一些淀粉被裹在细胞壁里，在水中不能充分膨胀和分散，不能被淀粉酶接近，因此不能被消化。但是在加工或咀嚼之后往往变得可以消化。?#：生淀粉颗粒，主要存在于生的土豆、香蕉和高直链玉米淀粉中。其抗酶解的原因是具有致密的结构和部分结晶结构，其抗性随着糊化完成而消失。?0：回生淀粉，淀粉经湿热处理，直链淀粉回生，使酶不能作用。如经蒸煮、冷却的土豆和玉米片。这类淀粉即使经过加热处理也难以被淀粉酶消化。另外，化学改性淀粉，如乙酰化淀粉、羟丙基淀粉和交联淀粉，以及由于酶抑制剂或抗营养因子的存在而不能被消化的淀粉，也会增加食品中抗性淀粉的含量，有些研究者称之为?/。#!$?的制备研究表明，减小淀粉颗粒的大小可以降低?的含量。?具有酶抗性是由于酶分子很难与淀粉颗粒接近，并不是由于淀粉本身具有酶抗性。理论上，任何来源的淀粉都可以通过加工处理被包埋在食物中，这样酶分子便无法与之接近。但是对于?来说，如果它是食品生产中某种成分的一部分，其最后含量取决于生产过程中包埋物质的稳定性。#!?#的制备有两种以大米为原料进行韧化处理制备?#的方法，种是韧化处理温度低于$，在 07进行消化得到一种?#含量为/#%的产品；另一种是在去支链后进行韧化处理得到一种?#含量为 0$%的产品。通过选择合适的热湿比，可以保证双折射现象不消失，在湿度 07%，温度$时，加热大米&/.，用 A9B 法测得约有/$%的?#，而最初大米仅#/王领军等：大米淀粉的性质、生产及应用5%!年第$期 万方数据万方数据含有!#的$%。加热大米使其膨胀，但不使颗粒破裂，然后去支链，进行凝沉，最后在&(进行韧化得到$%含量为)#的产品。!*#$%)的制备$%)是由一定聚合度的直链淀粉相互间形成双螺旋，然后在双螺旋基础上堆积成完整或不完整的晶体。原料中直链淀粉的含量越高越有利于抗性淀粉的形成。虽然高直链玉米淀粉中直链淀粉含量（+#,-#）很高，被公认为是最适合生产抗性淀粉的原料，而且国外已经有公司推出以之为原料生产的抗性淀粉产品，但由于高直链玉米淀粉属于专利产品而且具有高昂的价格，所以研究者和生产商不得不采用小麦淀粉、普通玉米淀粉、籼米淀粉、豆类淀粉、土豆和木薯淀粉作为生产$%)的原料。但是，小麦淀粉、普通玉米淀粉、籼米淀粉、豆类淀粉、土豆和木薯淀粉经过湿热处理之后产生$%)的数量都大大低于以高直链玉米淀粉产生的$%)的数量。!*$%.的制备对改性淀粉可消化性的研究，是从热量的可利用性和安全性的角度来考虑的，而不是从使用这些技术来有意地调整$%.的量的角度来研究。有研究者用化学改性的方法来制备$%.，并且制备交联磷酸双淀粉时，可把产品中的$%.控制在.#,&#。!*!抗性淀粉的应用抗性淀粉主要应用在中等水分和低水分食品中。许多焙烤食品和谷物是膳食纤维的良好来源。抗性淀粉添加到许多食品中可制作纤维强化食品。研究表明：添加颗粒抗性淀粉的食品比添加传统纤维的食品具有更好的外观、质地和口感，颗粒抗性淀粉可以改善一些食品的膨胀性和脆性。!。!*#脂肪替代物脂肪是绝大多数食品体系必不可少的重要组成部分，对食品的风味、口感、质地等感官特性起重要作用。然而，过多摄入高脂肪食品易引起一些严重危害人体健康的疾病，如脑血栓、高血压、高胆固醇、冠心病、青年肥胖症等!。据资料报道，大米淀粉是脂肪模拟品的良好原料。因为它不象脂肪酸酯那样具有因摄入过多而引起腹泻和腹部绞痛等副作用，影响机体吸收某些脂溶性的维生素和营养素!；也不像以蛋白质为基质的脂肪模拟品那样使某些人群产生过敏反应。目前作为淀粉基质脂肪模拟品的主要类型有：微晶粒淀粉、低/0 值糊精、变性淀粉、超微粉体等!),!+。下面简单介绍几种产品的生产工艺，分别见图)、图.和图+。酸醇的混合溶液!大米淀粉在烧瓶内混合，+(下搅拌!1加热至 2(，搅拌!1用体积分数&#乙醇多次洗涤烘干即可得到微晶粒淀粉图#微晶粒淀粉的生产工艺大米淀粉糊化脱枝酶解灭酶调湿!3淀粉酶解灭酶均质喷雾干燥图$大米低/0 值糊精的生产工艺路线低温蛋白酶复合酶!籼米灭酶籼米淀粉预处理料高压气流粉碎产品!优质的大米蛋白质图!籼米淀粉基质脂肪模拟品的生产工艺456 789:;?A=:B=;C D E 公司最近开发出一种与明胶功能相近的大米淀粉，而且比明胶更加经济实用。被称作明胶替代系统（F$%）的大米提取物，与明胶性质相同，可以使产品产生良好的光泽并具有保水作用。在大多数产品中，F$%的使用量是明胶的 ,)倍。在瑞士奶酪中含量为*-+#,*&#。在杯装酸奶中的含量为*)#,*+#。F$%还可以应用在很多食品中，包括多泡沫含油甜点和搅打型饰用奶油。与其它淀粉相比，大米淀粉对加工中产生的压力更具有抵抗性，加工稳定性强，可以使产品产生滋润滑爽的口感。参考文献!%=891%G1=DAH;I，%=891 DA:I=8;:*JG:I1GCG9=KAC，L1;:MAC A8=;?GB%A:K1;?%;IA:A;=HA:?F:GQ8=8 78=A E*GG:R，)，2（!）：&,!2*%=891%G1=DAH;I，%=891 DA:I=8;:*JG:I1GCG9=KAC，L1;:MAC A8=;?GB%A:K1;?B:GM/=BB;:;8 6GA8=KAC%GP:K;?E*GG:R，)，2（）：!&,)!*)姚卫蓉*多孔淀粉制备及应用的研究/*无锡：江南大学，*.王志民，熊华*多孔淀粉的研制 E*四川工业学院学报，!（.）：!,!)*+王航，黄立新*多孔淀粉的研究进展 E*精细化工，!&（2）：!,!+*S 姚卫蓉，刘传宁*多孔淀粉的应用 E*粮食与饲料工业，!（!）：.+,.-*-刘亚伟，张杰*抗性淀粉制备工艺研究 E*食品与机械，)（!）：!&,*2 程永刚，李晓玺*抗性淀粉的制备及其功能 E*粮油加工与食品机械，)（!）：+,+-*&程永刚，李晓玺*抗性淀粉的制备及其功能 E*粮食与油脂，（!）：+,2*!王萍*抗性淀粉功能及在食品中应用 E*粮食与油脂，!&.（.）：+),+.*!马莺，王明丽*脂肪代用品的产品及生产 E*中国油脂，!&，.（S）：.-,.&*!沈蓓英，唐年初*碳水化合物型脂肪代用品 E*中国油脂，!&-，（S）：!,!*!)盖国胜*超细粉碎分级技术 J*北京：中国轻工业出版社，*!.黄强，杨连生*超微粉技术与含淀粉速溶食品的开发 E*淀粉与淀粉糖，!&.（.）：-,2*!+姚怀芝，姚惠源*籼米淀粉超微粉体的制备 E*食品科技，)（-）：!-,!2*（责任编辑：黄小平）王领军等：大米淀粉的性质、生产及应用T%$年第&期+万方数据万方数据大米淀粉的性质、生产及应用大米淀粉的性质、生产及应用作者：王领军，王立姚惠源，赵刚作者单位：王领军,王立,姚惠源(江南大学食品学院,江苏,无锡,214036)，赵刚(深圳冠利达波顿香料有限公司,广东,深圳,518051)刊名：粮食与饲料工业英文刊名：CEREAL&FEED INDUSTRY年，卷(期)：2004(11)被引用次数：15次 参考文献(15条)参考文献(15条)1.Singh Sodhi Navdeep;Singh Narpinder Morphological,Thermal and Rheological Properties of StarchesSeparated from Rice Cultivars Grown in India外文期刊 2003(01)2.Singh Sodhi Navdeep;Singh Narpinder Morphological,Thermal and Rheological Properties of Starchesfrom Different Botanical Sources 2003(02)3.姚卫蓉 多孔淀粉制备及应用的研究学位论文 20024.王志民;熊华 多孔淀粉的研制期刊论文-四川工业学院学报 2002(04)5.王航;黄立新 多孔淀粉的研究进展 2002(08)6.姚卫蓉;刘传宁 多孔淀粉的应用期刊论文-粮食与饲料工业 2001(01)7.刘亚伟;张杰 抗性淀粉制备工艺研究期刊论文-食品与机械 2003(01)8.程永刚;李晓玺 抗性淀粉的制备及其功能期刊论文-粮油加工与食品机械 2003(01)9.程永刚;李晓玺 抗性淀粉的制备及其功能期刊论文-粮食与油脂 2002(11)10.王萍 抗性淀粉功能及在食品中应用 1994(04)11.马莺;王明丽 脂肪代用品的产品及生产期刊论文-中国油脂 1999(06)12.沈蓓英;唐年初 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