米粉品質改良劑研究進展

梁蕊,葉發銀,2,陳嘉,2,趙國華,2*

1(西南大學 食品科學學院,重慶,400715)2(川渝共建特色食品重慶市重點實驗室,重慶,400715)

米粉源自中國,最早出現于西晉時期,又稱為米粉、米絲或米面,是以大米為主要原料的條狀米制品[1]。米粉富含淀粉,是一種無麩質低過敏性主食,深受消費者喜愛。米粉通常是將大米經過清洗除雜、浸泡磨漿/瀝干粉碎、熟化、擠壓/切粉、冷卻、包裝等工序加工而成。根據其生產工藝,米粉可分為榨粉(擠壓型)和蒸粉(切條成型),產品截面分別呈圓形和矩形;依據產品含水量,米粉可分為濕米粉、半干米粉和干米粉。米粉品質的評價指標現主要集中在蒸煮品質(蒸煮損失小、斷條率低、吸水率適中)、感官品質(彈/韌性好、不黏連、有嚼勁)、質構特性(硬度適中、彈性/咀嚼性/拉伸性強)和營養品質(消化率低、富含膳食纖維等)4個方面。大米原料成分、輔料、加工工藝條件等均是影響米粉品質的關鍵性因素。成品易斷條、易糊湯、黏彈性差、口感粗糙、沒有嚼勁是當前米粉產品普遍存在的問題,其中干、濕米粉還分別存在復水性差、儲存過程品質易劣變(如硬度上升、韌性下降、口感變差)等缺陷。改善米粉的品質對米粉產業具有非常重要的意義,其中加入品質改良劑是最簡便、最經濟、操作最容易的方式之一。為進一步推動我國米粉產業高質量發展,本文在廣泛查閱文獻的基礎上,對各類米粉品質改良劑的實際效果(蒸煮、質構和感官品質)、作用機理、未來發展方向進行系統梳理和探討,供工業界和學術界參考。

1 淀粉基改良劑

米粉淀粉基改良劑主要包括各類天然淀粉、富含淀粉食物原料及變性淀粉三大類。表1歸納羅列出了淀粉基改良劑對米粉品質的改良效果。目前報道可以作為米粉品質改良劑的天然淀粉包括玉米淀粉、大米淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、綠豆淀粉、豌豆淀粉、美人蕉淀粉、芭蕉芋淀粉等。

表1 淀粉及富含淀粉的輔料對米粉品質的影響Table 1 Effect of starch and starchy excipients on quality of rice noodles

由表1可以看出,大多數情況下,天然淀粉的加入能顯著提升米粉的硬度、彈性、咀嚼性、拉伸性、吸水率和感官評分,同時降低其斷條率和蒸煮損失率。淀粉添加對米粉品質的影響與外源淀粉的直鏈淀粉含量、總淀粉含量、鏈長分布和淀粉精細結構等有關。添加淀粉導致直鏈淀粉含量的增加通常被認為是外源淀粉影響米粉品質的關鍵機制[5]。直鏈淀粉含量較高時(>22%),米粉具有較高的凝膠強度和較低的蒸煮損失率[29]。直鏈淀粉含量的增加能降低米粉的溶解度和溶脹力,使其形成更致密凝膠網絡結構,從而賦予米粉更優良的黏彈性和耐烹飪性。此外,外源淀粉的鏈長分布也會影響米粉的品質。GENG等[4]的研究發現相比分支密度更高的玉米淀粉,分支密度較低的大米淀粉能使米粉形成更穩定、更致密的凝膠結構,表現出更好的質構及蒸煮品質。與添加淀粉類似,向米粉中添加富含淀粉的糧谷類粉末也有改善米粉品質的潛能,如蕎麥粉、穇粉、馬鈴薯雪花粉、蓮子粉、山藥粉等。這些富含淀粉的輔料同時還可以豐富米粉的營養成分[18,21,24,28]。但必須指出,研究發現添加高粱粉、木薯漿等會對米粉質地和蒸煮品質有較小的影響[19,23],甚至有部分富含淀粉輔料(綠豆粉、馬鈴薯粉、薏苡粉、薏米粉、銀杏粉等)的添加會降低米粉的食用品質[19,22,26-27]。究其原因,與純淀粉相比,這些食物粉料中含有數量可觀的蛋白質、脂肪、膳食纖維等物質,它們會干擾米粉凝膠網絡的形成。

特定變性淀粉已被證實是良好的米粉品質改良劑,包括化學變性淀粉(交聯、醚化、酯化淀粉等)與物理變性淀粉(濕熱、退火和預糊化淀粉等)。但與添加淀粉和富含淀粉食物的原料不同,不同變性淀粉對米粉品質改良的機理各不相同。交聯淀粉可通過磷酸酯鍵增強淀粉分子之間的結合,促進淀粉顆粒的溶脹和糊化,形成由交聯鍵穩定的均勻混合物從而提高米粉的質構品質,但它可能會使米粉的蒸煮損失率增加[9]。羥丙基淀粉具有很強的水合能力,能促進米粉形成致密的凝膠網絡結構并抑制支鏈淀粉的重結晶,從而賦予米粉良好吸水性和抗老化能力[15-16]。酯化淀粉具有很好的糊黏度、透明度和穩定性,能改善米粉的彈性和蒸煮品質[14, 30]。濕熱/退火處理淀粉具有更高的糊化溫度和糊穩定性,其添加能改善米粉的硬度、拉伸性和耐烹飪性[3]。預糊化糧谷類粉末形成的凝膠具有更好的吸水能力和膨脹能力,使米粉形成更均勻、更具有黏結力的彈性結構,蒸煮品質更好[7]。

2 食用膠改良劑

食用膠屬于親水性聚合物,常具有很好的增稠性和凝膠性,可作為液態、半固態或固態食品的質構調節劑。截至目前,包括瓜爾膠、黃原膠、羧甲基纖維素、海藻酸鈉、刺槐豆膠、可得然膠、阿拉伯膠等膠體已被作為品質調節劑開發高質量米粉。表2給出了這些食用膠對米線品質的影響。

表2 食用膠改良劑對米粉品質的影響Table 2 Effect of edible gum improver on quality of rice noodles

除阿拉伯膠之外,其他食用膠都能顯著改善米粉的質構品質(硬度、彈性、咀嚼性和拉伸性提升)、蒸煮品質(斷條率和蒸煮損失率降低)和感官品質(感官評分提高),但它們的改善幅度有差異。食用膠改善米粉品質的機制主要有以下幾點:1)通過增稠作用增加連續相中直鏈淀粉的有效濃度,加速淀粉短期回生;2)抑制直鏈淀粉結晶以及直鏈淀粉和支鏈淀粉共結晶,延緩淀粉長期回生[37];3)與淀粉相互作用形成復合凝膠骨架,使米粉結構更致密[35]。BAE等[31]的研究數據顯示添加阿拉伯膠會導致米粉質構品質劣化(硬度和內聚性下降),其主要原因可能是本研究中使用的是高直鏈淀粉大米原料(直鏈淀粉含量27.9%),而不是常用的早秈米(直鏈淀粉含量通常<25.0%)。由此可見,食用膠對米粉品質的改良不僅與其自身的種類和性質密切相關,還高度依賴于米粉的原料屬性。

3 酶改良劑

酶經常被用作食品的質構和風味改良劑使用。就米粉而言,有研究利用α-淀粉酶、β-淀粉酶、麥芽糖淀粉酶、普魯蘭酶、1,4-α-葡聚糖分支酶和谷氨酰胺轉氨酶等改善其品質(圖1)。但就效果來看,α-淀粉酶、β-淀粉酶和麥芽糖淀粉酶的使用會損傷米粉的質構特性(硬度和咀嚼性下降)和蒸煮特性(斷條率增大),但會延緩米粉的老化[38-39]。這主要歸功于這些酶對淀粉的水解作用,分子質量的降低使形成凝膠的機械性能降低,而產生的大量糊精能抑制淀粉的老化[40]。汪霞麗[38]認為麥芽糖淀粉酶對米粉的抗老化效果最佳。普魯蘭酶能使支鏈淀粉發生脫支作用,增加表觀直鏈淀粉含量,增加米粉凝膠強度,從而降低米粉的斷條率[41]。谷氨酰胺轉移酶能催化米粉中蛋白質分子之間的交聯,強化米粉中的淀粉凝膠強度,從而降低米粉的斷條率和蒸煮損失率[30,32]。1,4-葡聚糖分支酶能裂解淀粉長鏈,并將裂解鏈通過α-1,6-糖苷鍵重新結合形成分支度更高、分支鏈更短的淀粉新結構,賦予米粉更優良的彈性和拉伸性[42]。但總的來看,研究開發米粉酶改良劑的研究報道相對較少。

4 無機鹽及乳化劑改良劑

試驗作為米粉品質改良劑的無機鹽主要包NaCl、KCl、CaCl2、焦磷酸鈉等。低劑量無機鹽的添加(<3.0%,質量分數,下同)能顯著改善米粉的質構特性(硬度、彈性、咀嚼性和拉伸性上升)、蒸煮品質(蒸煮損失和斷條率下降)和感官品質(感官評分升高)。同時發現此時米粉表面更光滑。但更高質量分數的NaCl(>4.0%),會使米粉的質構特性(硬度、咀嚼性、拉伸性下降)和蒸煮品質(蒸煮損失大幅度上升)受損[43-44](表3)。

表3 無機鹽及乳化劑改良劑對米粉品質的影響Table 3 Effect of inorganic salt and emulsifier improver on quality of rice noodles

低濃度鹽對米粉品質的改良主要是因為其能促進米粉中蛋白質溶出而形成蛋白質網絡,使米粉形成更為致密的凝膠網絡結構[45]。而高濃度鹽對米粉品質的劣化作用主要是歸結于高濃度離子會阻斷淀粉的老化回生,形成的米粉凝膠結構不夠緊密而變得更加柔軟[44]。除鹽濃度之外,鹽的種類對米粉品質的改良也有重要影響。曹世陽[13]研究發現CaCl2、KCl分別在改善大米淀粉凝膠的質構品質、感官時效果最好,NaCl最能改善米粉的食用品質。TORRES等[47]也發現在改善米粉質構特性方面二價鹽(CaCl2)比單價鹽(NaCl/KCl)更有效,而單價鹽中離子半徑越大改善效果越好。磷酸鹽改善米粉品質主要是因為:1)增加米粉水合能力;2)加強米粉中淀粉與蛋白質的相互作用,形成更致密的凝膠結構;3)使淀粉發生酯化和架橋作用,延長碳鏈,從而提高米粉的黏彈性[48-49]。

被嘗試作為米粉品質改良劑的乳化劑包括單甘脂、蔗糖酯、硬脂酰乳酸鈣鈉、沒食子酸十二酯等。表3顯示除沒食子酸十二酯外,在大多數情況下乳化劑的使用都會損害米粉的質構品質(硬度、彈性、咀嚼性和拉伸性下降),其主要原因是乳化劑與直鏈淀粉形成脂質-淀粉復合物抑制了米粉凝膠老化,使其結構形成受阻[50]。而沒食子酸十二酯對米粉質構特性的改善主要源于其中的沒食子酸上的羥基,其能通過氫鍵與淀粉分子發生相互作用,從而加固米粉中的大米淀粉凝膠網絡[35]。與對米粉質構特性的影響不同,乳化劑對米粉的蒸煮品質均表現出改善作用(蒸煮損失率和斷條率下降),這一方面主要是乳化劑在米粉外表層形成保護層,阻止了蒸煮過程淀粉的溶出;另一方面是乳化劑抑制淀粉老化和米粉蒸煮過程的吸水,使其保持良好的黏彈結構[51]。

5 蛋白質及其他改良劑

除上述改良劑外,也有研究將蛋白質、單糖、低聚糖、糖醇、多糖、富含膳食纖維食品加工剩余物作為米粉品質改良劑。具體情況見表4。

表4 蛋白質及其它改良劑對米粉品質的影響Table 4 Effect of protein and the rest improver on quality of rice noodles

在測試的蛋白質中,大豆分離蛋白、蛋清蛋白和面筋蛋白能起到改良米粉品質的作用,使其硬度和/或拉伸性提升,蒸煮損失或斷條率下降,這是由于此類蛋白質能與淀粉發生良好的相互作用,二者協同形成更緊密的凝膠網絡結構,從而提高米粉的硬度、拉伸性和烹飪性[7, 53-54];大米蛋白雖能改善米粉的蒸煮損失率和感官評分,但使其硬度和拉伸性降低,此種蛋白質與大米淀粉相互作用較弱,易在米粉體系中發生相分離,抑制大米淀粉之間的相互作用,使米粉形成更弱的凝膠網絡結構[55];大豆7S蛋白則使米線質構特性(硬度和咀嚼性降低)、蒸煮品質(蒸煮損失率和斷條率升高)和感官評分(感官評分下降)全面受損,主要因其極強的水分結合力,使淀粉水合不完全而導致糊化不徹底,影響了米粉凝膠網絡結構導致品質下降[52]。由此可見,蛋白質對米粉品質的改良與蛋白質的種類及性質密切相關。

針對其他改良劑對米粉品質調節的研究發現,低分子質量糖類中除5%的海藻糖能降低米粉的蒸煮損失率之外,葡萄糖、蔗糖、海藻糖和木糖醇等對米粉品質的改良表現出相同的規律:改善米粉的彈性和感官評分,但損害其硬度和蒸煮品質(蒸煮損失率和斷條率增大)[56-57]。究其原因是這些低分子質量糖能抑制淀粉分子之間的相互作用,延緩米粉老化,使其不易形成足夠強度的凝膠結構[57]。在研究的2種多糖改良劑中,總體來看微晶纖維素對米粉品質的改良效果優于香菇β-葡聚糖[59, 62]。對于富含膳食纖維食品的加工剩余物,其添加對米粉的質構或蒸煮品質不利,但可以從膳食纖維的角度提升米粉的營養價值[23, 58, 61]。

6 總結與展望

綜上所述,選擇合適的改良劑是提升米粉品質可行而有效的途徑。改良劑對米粉品質的改良效果不僅與改良劑的種類、物化性質和添加量相關,還依賴于米粉的品種和原料特性。良好的米粉改良劑至少應具備以下特征之一:1)能提升米粉的直鏈淀粉含量或表觀直鏈淀粉含量;2)能與米粉中的淀粉發生良好的相互作用,協同形成結構更致密的凝膠網絡結構;3)能加強米粉中淀粉分子之間的相互作用;4)能抑制米粉中淀粉老化或提升米粉的保水能力;5)能使米粉中蛋白質發生交聯而加固米粉的凝膠網絡;6)能提升米粉的膳食纖維含量。必須要指出的是,幾乎不存在完全滿足上述所有條件的米粉品質改良劑,每一種改良劑都有其優點和缺點,應根據需要選擇使用。

雖然米粉品質改良劑得到了廣泛研究,在實踐中也已有部分應用,但米粉品質改良劑的開發還有許多理論和實際問題需要進一步深入研究。比如,當前大多數研究只對改良劑的效果進行了評價,而對其深層的工作機制揭示不夠;不同的改良劑對米粉品質影響的角度不同,如何合理復配使用發揮協同效應值得關注;明確改良劑作為客體與米粉原料大米主體性質、加工方式以及成品狀態之間互配關系。上述問題的解決可為個性化米粉產品品質調節劑的選擇使用提供依據。