蓮子淀粉改性方法及其應用的研究進展

陳曉雪，方嘉沁，王鳳嬌，白衛東，劉曉艷，白永亮，

（1.佛山科學技術學院，廣東佛山 528200；2.廣州酒家集團利口福食品有限公司，廣東番禺 511442；3.仲愷農業工程學院，廣東廣州 510225）

淀粉是一種可降解和可再生的有機化合物，是人類膳食攝入的重要碳水化合物,也是維持人體正常生命活動的能量來源之一。淀粉的改性是在天然淀粉的基礎上引入新的官能團使其成為淀粉的衍生物，或通過改變淀粉的分子和顆粒特性，從而改變其理化性質與分子結構[1]。

蓮子中含有人體所需的碳水化合物、氨基酸和礦物質等基本物質，也含有大量多酚類物質，具有豐富的營養和健康價值。目前，國內外大部分的研究集中在蓮子各部位的功能成分、營養物質及藥理作用等方面，而對于蓮子淀粉性質的研究較少，主要集中在物理特性和加工特性方面。蓮子屬于高淀粉含量食物，其淀粉含量超過了干基總量的60%[2]，但蓮子淀粉因存在著口感差、凝膠性能不穩定、易老化和溶解性低等天然淀粉的缺陷，在加工儲存等方面受到限制。因此，在蓮子淀粉的應用中需要采用改性的方法改善其加工特性，從而拓寬其應用范圍。目前，淀粉改性的方法主要有化學改性[3]、物理改性[4]、生物改性[5]和復合改性[6]。國內外對蓮子淀粉改性研究的系統闡述還不夠完善，對蓮子淀粉物理改性方法和產品應用進行了系統總結，并對其前景進行探討，以期能夠更好地開發利用蓮子資源，并為其他改性方法在蓮子淀粉中的應用提供參考。

1 機械作用改性

淀粉在機械力的作用下被粉碎，在粉碎的過程中，淀粉晶體顆粒的變化是從量變到質變，進而發生分子重排，使淀粉細微化和均勻化，從而改變其加工性質[7]。研究表明，機械作用可提高淀粉的熱糊穩定性、冷糊穩定性、溶解度、膨脹度和持水性[8]。目前，應用在淀粉改性方面的機械作用力方法包括擠壓、超微粉碎和碾壓等。牛凱等人[9]利用輾軋的方法對綠豆淀粉進行改性，降低了其透光率、膨脹度和黏度，提高了糊化溫度和水溶指數。樊佳玫等人[10]利用螺桿擠壓的方法對馬鈴薯淀粉進行了改性，提高了抗性淀粉和慢消化淀粉的含量。陳江楓等人[11]通過氣流粉碎得到細微化的木薯淀粉，提高了淀粉顆粒的疏水性能，從而改善了淀粉的流動性。

機械作用力改性方法具有操作簡單、污染小等優點，也被應用到蓮子產品的前處理中，粉碎細化后的蓮子淀粉具有良好的口感和儲存效果。王彩霞等人[12]采用粉碎的方法改性蓮子淀粉，提高了其凝膠特性，并應用在了銀耳蓮子糕的加工中。在孔慶偉等人[13]的市場分析中表明，將擠壓膨化后得到的蓮子粉作為配料，可得到一種適合供高血壓、糖尿病群體及中老年人食用的奶制品。鮮有人對機械作用力改性后的蓮子淀粉進行結構和性質的深入研究。吳斌[14]通過沖擊粉碎和球磨粉碎2種方式對蓮子淀粉進行物理變性，表明蓮子淀粉顆粒在微細化的過程中比表面積逐漸增大，顆粒之間的分子間斷裂，導致表面能發生改變，從而導致蓮子淀粉的糊化性質、化學吸附、凝聚等理化性質的改變。薛軍[15]通過擠壓膨化得到蓮子粉，對其主要成分和理化性質的變化進行研究，膨化后的蓮子粉糊化程度達88.6%，吸水能力和溶解度大大增強，且將其作為原料制成高品質的蓮蓉。因此，利用機械作用力改性后蓮子淀粉理化性質仍需要進一步研究，為擴大其應用范圍提供理論依據。

2 超高壓改性

超高壓處理技術是指食品原料經真空包裝后，采用水或者其他流體介質在高壓（100～1 000 MPa）條件下處理一定時間后，引起食品品質發生變化的非熱加工技術[16]，被廣泛運用到食品加工領域。此方法能夠使淀粉在常溫下發生糊化，增加凝膠強度和凍融穩定性[17]，提高消化吸收率，避免淀粉的回生現象[18]，已經應用到玉米、馬鈴薯、小麥和大米等淀粉的改性研究和生產加工中。

超高壓處理蓮子淀粉的相關研究主要集中在改性后蓮子淀粉的理化性質，包括透光率、顆粒粒度分布、溶解度、膨脹度、凝沉性和凍融穩定性等，在工藝條件和機理方面的研究較少。研究表明，超高壓處理形成的復合物晶體可以減少蓮子直鏈淀粉遇水之后會發生團聚現象，且隨著壓力升高，蓮子中的抗性淀粉（RS） 含量降低，慢消化淀粉（SDS、RDS）含量則有所增加[19]。同時，不同壓力、不同保壓時間和不同溫度也不同程度地影響著淀粉的慢性消化速率，在600 MPa以下淀粉消化率下降，而達到800 MPa以上，淀粉消化率隨著壓力的增加升高。Guo Z等人[20]將蓮子淀粉-水懸浮液混勻置于500 MPa，25℃下進行高壓處理后，蓮子淀粉顆粒大小隨保壓時間的升高而增大，蓮子直鏈淀粉與其內源脂質形成的復合物降低了蓮子直鏈淀粉的溶脹能力，提高了其穩定性。

在食品加工應用上，福建農林大學將蓮子淀粉與大豆卵磷脂混勻采用動態高壓達到均質的效果，發明出一種具有高穩定性的蓮子淀粉復合物加工方法[21]。華漢威等人[22]使用在高壓條件下進行氣流膨化研制出一種松脆蓮子。采用超高壓非熱力改性方法可以改善蓮子淀粉的理化性質且操作方便簡單，在食品加工領域有著良好的應用前景，但在蓮子生產中仍需進一步研究。

3 微波改性

微波是一種非電離能，能在交變電磁場下產生熱量通過“分子摩擦”穿透介質[23]，已應用于食品的滅酶[24]、滅菌[25]和干燥[26]等食品加工中。研究表明，微波改性技術能夠改變淀粉的生理功能和物化特性。Meng Wang等人[27]通過微波輻照將玉米、馬鈴薯和板栗3種不同淀粉進行加熱，冷卻貯藏8 h內淀粉體外消化率的增加，而在24 h后開始降低。寧芯等人[28]在2 450 MHz微波功率下處理大米淀粉，研究不同微波條件可以使直鏈淀粉含量升高，溶解度和潤脹性降低，消化性能提高。

國內外已有學者研究微波處理對蓮子淀粉的影響。在理化特性和加工特性方面，陳秉彥等人[29]將蓮子淀粉在65℃不同微波功率下處理5 min，其淀粉顆粒數量隨著微波功率的增大而增多，淀粉顆粒之間出現了較強的聚集黏結行為，且蓮子淀粉糊的彈性、黏度均有下降，從而提高了淀粉糊的穩定性。杜艷芳[30]觀察隨著微波輻射功率的加強，熟化后貯藏蓮子的最終硬度和咀嚼性逐漸降低，黏著性和彈性逐漸升高，同時微波輻射后的蓮子內部會有明顯不規則的網絡結構，可降低蓮子的結晶度，使得蓮子的抗性淀粉含量和黏度峰值降低，從而抑制淀粉老化。福建農林大學采用微波-超聲波聯合處理，在150～160 W的微波功率下和超聲波的聯合作用下得到蓮子多孔淀粉-磷脂復合物[31]。林珊等人[32]將蓮子淀粉乳溶液置于功率400 W微波設備中處理120 s，可蓮子抗性淀粉得率達39.53%。

因此，根據微波改性淀粉性質的研究結果，其可用于油炸產品、方便產品及適合糖尿病患者食用的產品開發中，但是目前僅在罐頭制品中有相關報道。曾紹校[33]對蓮子進行微波前處理能使罐藏蓮子的硬度再降低約46%，改善了產品的口感，在1年觀察期內未出現返生味。綜上，對于微波蓮子改性淀粉相關產品的研制頗少，有待進一步的研究。

4 熱處理改性

熱處理可分為濕熱處理和干熱處理。濕熱處理是對較低含水量（＜35%）的淀粉以高于玻璃化轉變溫度，低于糊化溫度處理一定時間的物理方法[34]；干熱法結合了熱處理和干法工藝的優越性。

國內外不少學者研究了干熱和濕熱處理對不同淀粉物理和化學性質的影響。干燥加熱可降低淀粉分子量和創建小分子分數與合適的鏈長，從而實現更好的重排，使淀粉的糊化溫度更高，而且干燥加熱和退火的協同作用能夠調節淀粉的消化率[35]。濕熱處理可以使淀粉鏈和螺旋結構的流動性增加，抗性淀粉含量增加[36]。

淀粉的凝膠化是吸熱過程，采用熱處理的方法可以使糊化溫度降低，增加其凝膠特性，從而改善淀粉易老化的缺點，且在蓮子淀粉改性中已有應用。徐國建等人[37]利用差示掃描量熱技術研究了在不同溫度下熱風干燥對蓮子淀粉熱特化和凝膠化的影響，發現高溫熱風干燥過程中不斷失水，并伴隨淀粉的凝膠化過程。王雨生等人[38]研究表明，干熱處理改性后的蓮子淀粉更易糊化，溶解度和膨脹度都有所增加。在成膜特性方面，干熱處理能夠改善蓮子淀粉膜的阻水性和水溶性。張帆等人[39]在蓮子淀粉中添加海藻酸鈉，通過干燥加熱法得到蓮子變性淀粉，溶解度升高，膨脹度降低，淀粉糊的透明度降低，并采用其制成網絡結構更加致密的可食性蓮子淀粉膜。林鴛緣等人[40]通過沸水浴使蓮子淀粉發生糊化制成淀粉膜，蓮子淀粉膜的體外水解速率增加、可消化淀粉含量增加，消化速率升高。吳小婷等人[41]采用超聲波結合壓熱法改性蓮子淀粉，得到56.12%蓮子抗性淀粉。

通過濕熱處理對蓮子淀粉的研究未見報道。濕熱處理過后的淀粉顆粒表面出現了裂紋和凹坑，淀粉糊化溫度升高，峰值黏度降低，抗性淀粉含量增加[42]。濕熱處理常被應用于保健食品領域，濕熱處理的淀粉與脂肪酸復合后能夠調節血脂、血糖和腸道功能[43]。因此，通過濕熱處理對蓮子淀粉進行改性，從而制備具有一定生理功能的食品原料，需要進一步開發研究，且具有廣闊的應用前景。

5 結語

目前，國內外應用在淀粉改性中的技術還有很多，如發酵改性[44]、脂化改性[45]、超聲波改性[46]、酸法改性[47]、復合改性[48]等，且研究體系已經較為成熟，而應用于蓮子淀粉改性技術較少，主要是物理改性方法。物理改性雖無使用化學藥劑，操作工藝也較方便，但由于其機器設備昂貴、效率低下，工業化生產難度高，造成蓮子產品加工業的局限性。因此，今后的研究可以進一步利用化學改性、生物改性、復合改性（化學改性與物理改性、生物改性與化學改性等）等方法對蓮子淀粉進行改性，以期能夠獲得不同加工性質的蓮子改性淀粉，拓寬其應用領域。