质构重组技术在食品工业中的应用

李建珍，郑明珠，蔡丹，刘景圣

（吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118）

质构重组技术在食品工业中的应用

李建珍，郑明珠，蔡丹，刘景圣*

（吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118）

综述国内外的质构重组技术（如超高压处理、挤压处理、微波处理、超声波处理等）加工食品物料的机理、条件及物料的理化性质和结构变化的基本研究情况，并对其应用的发展前景进行了展望。

质构重组技术；机理；应用

质构重组技术是通过机械的混合、揉搓、剪切、高压、加温等物理因素，使物料发生物质变形、变性或产生化学反应的加工过程[1]。质构重组技术从诞生到广泛应用已经有100多年的历史。常用设备或手段包括单螺杆挤压机、双螺杆挤压机、高压容器、物理射线等。在食品成分中，蛋白质与多糖类亲水胶体是产品质构的形成基础，可以通过质构重组技术使产品发生复杂的物理、化学、生物反应使最终产品在质构、组成、表现等理化特性及营养上发生很大变化，生产符合消费者需求的新产品。质构重组技术涉及挤压技术、超高压技术、微波技术等，随着科学技术的发展，质构重组技术在应用范围和深度上迅速发展。本文拟对质构重组技术进行综述，并对其在食品工业中应用的现状和存在的问题进行分析，为进一步应用提供参考。

1 超高压处理

超高压处理，就是利用100 MPa以上的压力，在常温或较低温度下，使食品中的酶、蛋白质和淀粉等生物大分子改变活性、变性或糊化，同时杀死细菌等微生物达到灭菌的过程，而食品的天然味道、风味和营养价值不受或很少受影响，并可能产生一些新的质构特点的一种加工方法[2]。由于超高压对生物大分子作用，使物质体积发生变化，组分结构发生改变，从而使分子间的连接方式随之发生改变，导致键的破坏和重组，使生物大分子宏观和微观特性发生变化。

超高压对蛋白质的一级结构没有影响，在非常高的压力下（>700 MPa），二级结构发生变化，导致不可逆的变性，在200 MPa以上的压力下，可以观察到三级结构的显著变化，蛋白质的四级结构对压力非常敏感[3]。超高压处理影响淀粉的结晶结构、糊化特性、偏光特性等[4]。研究显示：在700 MPa保压2 min，玉米淀粉的糊化度就达到86.8%，已满足国家食品糊化度的有关标准。当保压时间增加到5 min，玉米淀粉的糊化度可达100%，这是高压食品加工的一大优点[5]。X-射线衍射分析表明，随着压力的不断增大，淀粉的特征衍射峰逐渐变弱并消失，结晶度也逐渐降低，当压力达到600 MPa时，其结晶度完全消失，表明玉米淀粉的结晶消失压力为550 MPa左右[6]。300 MPa以上的压力可使荞麦淀粉颗粒表面向内凹陷，400 MPa后淀粉颗粒被挤压成块状和片状，淀粉颗粒结构的变化将直接影响到荞麦淀粉的理化特性，热稳定性、冷稳定性及凝沉性得到改善[7]。Fomal[8]等研究结果表明：玉米淀粉悬液中水分的过量对经超高压处理后的玉米淀粉结构影响较大，会使淀粉颗粒的晶体结构破裂。经高压处理3 min后蜡质玉米淀粉出现无定形组织。H.E.Oh[9]研究表明：经600 MPa高压处理30 min后，土豆淀粉没有发生太大变化，仍保持双折射现象，蜡质大米淀粉、蜡质玉米淀粉和木薯淀粉全部凝胶化，普通大米和玉米淀粉部分凝胶化，普通淀粉的黏性升高，蜡质淀粉没有变化。

超高压技术被誉为21世纪十大尖端科技之一，加工食品简便、卫生、天然、营养丰富，它的发展无疑为食品加工提供了一个美好的前景。但超高压技术设备成本高，我国超高压技术研究尚处于起步阶段，为此，我国应不失时机地跟上国际开发应用潮流，发展适合我国国情的超高压加工食品新领域，深入研究，使其应用范围更广泛[10]。

2 挤压处理

挤压处理是集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型为一体的高新技术，广泛地应用于食品工业。

物料被送入挤压膨化机中,在旋转螺杆的推动下,由于螺杆与物料、物料与机筒以及物料内部的机械摩擦作用，物料被强烈地挤压、搅拌、剪切，使其不断细化、均化。随着机腔内部压力的逐渐加大，温度不断升高，在高温、高压、高剪切力的作用下，物料性质发生变化，由粉状变成糊状，淀粉发生糊化、裂解；蛋白发生变性、重组；纤维发生部分降解、细化，物料中带有的致病菌被杀死，有毒成分失活。当糊化物料由模孔喷出的瞬间，在强大压力差的作用下，水分急骤汽化，物料被膨化，形成结构疏松、多孔、酥脆的膨化产品，从而达到挤压、膨化的目的[11]。在挤压膨化过程中，蛋白质功能性和营养性发生变化，溶解性下降，赖氨酸损失，组织结构化，可消化性提高[12]。挤压过程是在高温、高压、高剪切力的作用下，淀粉链间的氢键断裂，淀粉由原来紧凑有序的结构变成了松散无序的结构。挤压膨化过程中，水分增加对淀粉糊化度呈显著降低效应，高水分（＞23%）的影响更为明显[13]。李春红研究指出玉米粉经挤压后生产的预糊化玉米粉，冷黏度从300 cP提高到850 cP，吸水率从73 mL提高到108.4 mL，保水力从1.47 g提高到3.59 g，添加30%的预糊化玉米粉可以使得面片拉伸长度增加3倍，韧性增大6倍，从而使得玉米面团的“筋力”显著增加。因此预糊化玉米粉的添加可使玉米粉冷水和成有黏弹性的面团，同时增加玉米制品的风味[14]。在挤压加工中，随着螺旋速度的升高，保脆性得到提高，膨化度升高，淀粉颗粒保持原有晶型结构；随着Ⅲ区温度的升高，保脆性降低，膨化度升高，溶水率升高，淀粉颗粒的晶型结构受到破坏[15]。

挤压加工技术可以连续化生产，生产工艺简单；生产流水线短；物耗少，能耗低；应用范围广；投资少；生产费用低，是一种经济实用的新型食品加工技术[16]。

3 微波处理

微波是一种电磁波，其波长在1 mm至1 m，频率为300 MHz至30 GHz。在食品加工中，常用的频率为2450 MHz和915 MHz。微波辐照主要是利用微波辐照下介质发生的热效应和电磁效应，在一定频率的微波辐照下，介质得以升温，引起介质化学反应动力学变化，使介质反应速度加快或分子结构发生改变。

干燥的淀粉很少吸收微波。一般情况下，淀粉都含有水分，所以微波对其有一定作用。糖类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，以致脱水焦糖化[17]。谷朊粉浓度为0.10 g/mL、pH为4、微波功率为630 W、处理时间为120 s，该条件下处理谷朊粉后黏度为9.20 mPa·s[18]。扶雄研究了玉米淀粉经微波作用后颗粒性质的变化，结果表明，微波作用后淀粉颗粒仍存在偏光十字，部分颗粒脐点表面出现小孔，X射线主要衍射峰的强度增大，淀粉内部分子发生迁移形成更加有序的排列[19]。同年扶雄采用微波对30%水分含量的玉米淀粉进行处理，结果表明微波处理降低了淀粉的膨胀度和溶解度、冻融稳定性以及焓值，提高了糊化转变温度、转变温度范围，玉米淀粉经处理后糊化起始温度升高、黏度降低，淀粉颗粒内分子发生重排，产生了新的不同稳定性的结晶体，淀粉分子内部形成更加有序的结晶排列[20]。徐丽霞[21]的研究表明，随着微波时间的延长，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，热糊稳定性和冷糊稳定性都有不同程度的增加，糊化温度也有所提高，其中水分对淀粉性质的影响最为显著。

微波加工食品方便、快捷、卫生，保鲜程度高，营养损失少，节约能量，热惯性小，能够得到常规设备加工所不能得到的感官质量。在工业应用上，可以进行大规模的集约化生产。微波加工虽然给食品加工开辟了新的途径，但也产生了诸如食品风味比常规加热差、食品硬化等现象，这在一定程度上制约了微波技术在食品加工中的普及和应用[22]。

4 超声波处理

超声波是振动频率在104Hz～106Hz的声波，在固体、液体和气体中传播时，会引起一系列效应，利用这些效应可以影响、改变甚至破坏物质的组织结构和状态。与磁场效应类似，超声波效应也主要表现在物理、化学、生物效应方面。物理效应主要以机械效应的形式表现，利用超声波的机械效应，可进行杀菌、均质、乳化、粉碎等食品加工单元操作。超声波的化学效应主要表现在引起各种化学反应，如氧化还原反应、聚合反应、分解反应、电化学反应等；超声波对高分子化合物有分解作用，能分裂葡萄糖、果糖、核酸等；还可使氧化酶、脱氢酶失去活性。生物效应则主要表现在超声波使生物组织的结合状态发生改变，当这种改变为不可逆变化时，就会对生物组织造成损伤。

将超声波用于酱油杀菌的实验证明，经超声波处理的酱油色泽清亮、黏稠度下降、鲜味比较突出[23]。李坚斌[24]的研究表明：不同超声波处理时间下的马铃薯淀粉样品均呈假塑性流体特征，符合幂定律；超声处理时间越长，马铃薯淀粉糊的表观黏度越低，触变性相应减弱；超声波处理后，马铃薯淀粉糊的剪切稀化程度随马铃薯淀粉含量的增大而加深。明建[25]的研究指出：在不同超声波作用条件下，不同浓度的两角菱角淀粉糊所形成的凝胶质构特性显著改变，延长超声波作用时间和增加超声强度，会降低凝胶的硬度、咀嚼性、胶着性、弹性、黏聚性以及回复性，并且随着两角菱角淀粉糊浓度的增大，其所形成凝胶的质构特性下降趋势减缓。胡爱军研究表明：超声波作用破坏了淀粉颗粒结构，降解了支链淀粉，使支链淀粉减少，直链淀粉含量相对增加，淀粉分子量相对降低，聚合度降低，淀粉糊黏度减小，超声波的功率和淀粉浓度对淀粉糊黏度的影响较超声作用时间小。

5 其它

质构重组技术除上述主要方法外，还有很多方法，诸如：超微粉碎、渗透压等。Prakash Bhattacharyya[26]研究显示：经沸水和发芽处理的玉米淀粉与热蒸汽处理的玉米淀粉相比，麦芽糖含量、表面结构和黏弹性发生了很大变化；经3种方式处理的玉米淀粉的结晶度减小。Chirdchan Pukkahuta[27]研究显示：渗透压是一种类似于传统湿热处理淀粉的物理改性方法。电镜扫描渗透压处理的玉米淀粉表明淀粉颗粒发生了变形，湿热处理只是轻微的变化，经渗透压处理的玉米淀粉的凝胶温度显著升高。祁国栋研究表明：糯玉米经超微细粉碎处理后，粒径减小，比表面积增大，口感改善，溶解性、高温持水力、酶解率等加工特性提高[28]。

6 展望

随着人们生活水平的提高，消费者对食品的食用品质要求越来越严格，食品科研工作者需要不断开发良好特性的产品来满足消费者的需求。超高压技术天然、卫生、节能，可以最大限度的保留物料本身的营养物质，但超高压设备一次性投资成本高，工业化生产需要开发更经济的设备。挤压膨化技术环保节能，生产成本低，操作简单，可以集约化生产。微波处理关键在于人们对微波加工技术和食品特性的深入了解和进行合理的操作，从而使微波技术得到合理的应用。总之，生产者可以根据产品需求和经济条件选择合适的生产技术，开发符合消费者需求的产品，推动中国食品领域的发展。因此,质构重组技术作为清洁生产和生产绿色食品的重要手段，应用前景十分广阔。

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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

国家863计划（2008AA100802）

李建珍（1986—），女（汉），硕士研究生在读，研究方向：粮油深加工。

*通信作者：刘景圣（1964—），男，博士生导师，教授。

2011-03-09