莲子淀粉改性方法及其应用的研究进展

陈晓雪，方嘉沁，王凤娇，白卫东，刘晓艳，白永亮，

（1.佛山科学技术学院，广东佛山 528200；2.广州酒家集团利口福食品有限公司，广东番禺 511442；3.仲恺农业工程学院，广东广州 510225）

淀粉是一种可降解和可再生的有机化合物，是人类膳食摄入的重要碳水化合物,也是维持人体正常生命活动的能量来源之一。淀粉的改性是在天然淀粉的基础上引入新的官能团使其成为淀粉的衍生物，或通过改变淀粉的分子和颗粒特性，从而改变其理化性质与分子结构[1]。

莲子中含有人体所需的碳水化合物、氨基酸和矿物质等基本物质，也含有大量多酚类物质，具有丰富的营养和健康价值。目前，国内外大部分的研究集中在莲子各部位的功能成分、营养物质及药理作用等方面，而对于莲子淀粉性质的研究较少，主要集中在物理特性和加工特性方面。莲子属于高淀粉含量食物，其淀粉含量超过了干基总量的60%[2]，但莲子淀粉因存在着口感差、凝胶性能不稳定、易老化和溶解性低等天然淀粉的缺陷，在加工储存等方面受到限制。因此，在莲子淀粉的应用中需要采用改性的方法改善其加工特性，从而拓宽其应用范围。目前，淀粉改性的方法主要有化学改性[3]、物理改性[4]、生物改性[5]和复合改性[6]。国内外对莲子淀粉改性研究的系统阐述还不够完善，对莲子淀粉物理改性方法和产品应用进行了系统总结，并对其前景进行探讨，以期能够更好地开发利用莲子资源，并为其他改性方法在莲子淀粉中的应用提供参考。

1 机械作用改性

淀粉在机械力的作用下被粉碎，在粉碎的过程中，淀粉晶体颗粒的变化是从量变到质变，进而发生分子重排，使淀粉细微化和均匀化，从而改变其加工性质[7]。研究表明，机械作用可提高淀粉的热糊稳定性、冷糊稳定性、溶解度、膨胀度和持水性[8]。目前，应用在淀粉改性方面的机械作用力方法包括挤压、超微粉碎和碾压等。牛凯等人[9]利用辗轧的方法对绿豆淀粉进行改性，降低了其透光率、膨胀度和黏度，提高了糊化温度和水溶指数。樊佳玫等人[10]利用螺杆挤压的方法对马铃薯淀粉进行了改性，提高了抗性淀粉和慢消化淀粉的含量。陈江枫等人[11]通过气流粉碎得到细微化的木薯淀粉，提高了淀粉颗粒的疏水性能，从而改善了淀粉的流动性。

机械作用力改性方法具有操作简单、污染小等优点，也被应用到莲子产品的前处理中，粉碎细化后的莲子淀粉具有良好的口感和储存效果。王彩霞等人[12]采用粉碎的方法改性莲子淀粉，提高了其凝胶特性，并应用在了银耳莲子糕的加工中。在孔庆伟等人[13]的市场分析中表明，将挤压膨化后得到的莲子粉作为配料，可得到一种适合供高血压、糖尿病群体及中老年人食用的奶制品。鲜有人对机械作用力改性后的莲子淀粉进行结构和性质的深入研究。吴斌[14]通过冲击粉碎和球磨粉碎2种方式对莲子淀粉进行物理变性，表明莲子淀粉颗粒在微细化的过程中比表面积逐渐增大，颗粒之间的分子间断裂，导致表面能发生改变，从而导致莲子淀粉的糊化性质、化学吸附、凝聚等理化性质的改变。薛军[15]通过挤压膨化得到莲子粉，对其主要成分和理化性质的变化进行研究，膨化后的莲子粉糊化程度达88.6%，吸水能力和溶解度大大增强，且将其作为原料制成高品质的莲蓉。因此，利用机械作用力改性后莲子淀粉理化性质仍需要进一步研究，为扩大其应用范围提供理论依据。

2 超高压改性

超高压处理技术是指食品原料经真空包装后，采用水或者其他流体介质在高压（100～1 000 MPa）条件下处理一定时间后，引起食品品质发生变化的非热加工技术[16]，被广泛运用到食品加工领域。此方法能够使淀粉在常温下发生糊化，增加凝胶强度和冻融稳定性[17]，提高消化吸收率，避免淀粉的回生现象[18]，已经应用到玉米、马铃薯、小麦和大米等淀粉的改性研究和生产加工中。

超高压处理莲子淀粉的相关研究主要集中在改性后莲子淀粉的理化性质，包括透光率、颗粒粒度分布、溶解度、膨胀度、凝沉性和冻融稳定性等，在工艺条件和机理方面的研究较少。研究表明，超高压处理形成的复合物晶体可以减少莲子直链淀粉遇水之后会发生团聚现象，且随着压力升高，莲子中的抗性淀粉（RS） 含量降低，慢消化淀粉（SDS、RDS）含量则有所增加[19]。同时，不同压力、不同保压时间和不同温度也不同程度地影响着淀粉的慢性消化速率，在600 MPa以下淀粉消化率下降，而达到800 MPa以上，淀粉消化率随着压力的增加升高。Guo Z等人[20]将莲子淀粉-水悬浮液混匀置于500 MPa，25℃下进行高压处理后，莲子淀粉颗粒大小随保压时间的升高而增大，莲子直链淀粉与其内源脂质形成的复合物降低了莲子直链淀粉的溶胀能力，提高了其稳定性。

在食品加工应用上，福建农林大学将莲子淀粉与大豆卵磷脂混匀采用动态高压达到均质的效果，发明出一种具有高稳定性的莲子淀粉复合物加工方法[21]。华汉威等人[22]使用在高压条件下进行气流膨化研制出一种松脆莲子。采用超高压非热力改性方法可以改善莲子淀粉的理化性质且操作方便简单，在食品加工领域有着良好的应用前景，但在莲子生产中仍需进一步研究。

3 微波改性

微波是一种非电离能，能在交变电磁场下产生热量通过“分子摩擦”穿透介质[23]，已应用于食品的灭酶[24]、灭菌[25]和干燥[26]等食品加工中。研究表明，微波改性技术能够改变淀粉的生理功能和物化特性。Meng Wang等人[27]通过微波辐照将玉米、马铃薯和板栗3种不同淀粉进行加热，冷却贮藏8 h内淀粉体外消化率的增加，而在24 h后开始降低。宁芯等人[28]在2 450 MHz微波功率下处理大米淀粉，研究不同微波条件可以使直链淀粉含量升高，溶解度和润胀性降低，消化性能提高。

国内外已有学者研究微波处理对莲子淀粉的影响。在理化特性和加工特性方面，陈秉彦等人[29]将莲子淀粉在65℃不同微波功率下处理5 min，其淀粉颗粒数量随着微波功率的增大而增多，淀粉颗粒之间出现了较强的聚集黏结行为，且莲子淀粉糊的弹性、黏度均有下降，从而提高了淀粉糊的稳定性。杜艳芳[30]观察随着微波辐射功率的加强，熟化后贮藏莲子的最终硬度和咀嚼性逐渐降低，黏着性和弹性逐渐升高，同时微波辐射后的莲子内部会有明显不规则的网络结构，可降低莲子的结晶度，使得莲子的抗性淀粉含量和黏度峰值降低，从而抑制淀粉老化。福建农林大学采用微波-超声波联合处理，在150～160 W的微波功率下和超声波的联合作用下得到莲子多孔淀粉-磷脂复合物[31]。林珊等人[32]将莲子淀粉乳溶液置于功率400 W微波设备中处理120 s，可莲子抗性淀粉得率达39.53%。

因此，根据微波改性淀粉性质的研究结果，其可用于油炸产品、方便产品及适合糖尿病患者食用的产品开发中，但是目前仅在罐头制品中有相关报道。曾绍校[33]对莲子进行微波前处理能使罐藏莲子的硬度再降低约46%，改善了产品的口感，在1年观察期内未出现返生味。综上，对于微波莲子改性淀粉相关产品的研制颇少，有待进一步的研究。

4 热处理改性

热处理可分为湿热处理和干热处理。湿热处理是对较低含水量（＜35%）的淀粉以高于玻璃化转变温度，低于糊化温度处理一定时间的物理方法[34]；干热法结合了热处理和干法工艺的优越性。

国内外不少学者研究了干热和湿热处理对不同淀粉物理和化学性质的影响。干燥加热可降低淀粉分子量和创建小分子分数与合适的链长，从而实现更好的重排，使淀粉的糊化温度更高，而且干燥加热和退火的协同作用能够调节淀粉的消化率[35]。湿热处理可以使淀粉链和螺旋结构的流动性增加，抗性淀粉含量增加[36]。

淀粉的凝胶化是吸热过程，采用热处理的方法可以使糊化温度降低，增加其凝胶特性，从而改善淀粉易老化的缺点，且在莲子淀粉改性中已有应用。徐国建等人[37]利用差示扫描量热技术研究了在不同温度下热风干燥对莲子淀粉热特化和凝胶化的影响，发现高温热风干燥过程中不断失水，并伴随淀粉的凝胶化过程。王雨生等人[38]研究表明，干热处理改性后的莲子淀粉更易糊化，溶解度和膨胀度都有所增加。在成膜特性方面，干热处理能够改善莲子淀粉膜的阻水性和水溶性。张帆等人[39]在莲子淀粉中添加海藻酸钠，通过干燥加热法得到莲子变性淀粉，溶解度升高，膨胀度降低，淀粉糊的透明度降低，并采用其制成网络结构更加致密的可食性莲子淀粉膜。林鸳缘等人[40]通过沸水浴使莲子淀粉发生糊化制成淀粉膜，莲子淀粉膜的体外水解速率增加、可消化淀粉含量增加，消化速率升高。吴小婷等人[41]采用超声波结合压热法改性莲子淀粉，得到56.12%莲子抗性淀粉。

通过湿热处理对莲子淀粉的研究未见报道。湿热处理过后的淀粉颗粒表面出现了裂纹和凹坑，淀粉糊化温度升高，峰值黏度降低，抗性淀粉含量增加[42]。湿热处理常被应用于保健食品领域，湿热处理的淀粉与脂肪酸复合后能够调节血脂、血糖和肠道功能[43]。因此，通过湿热处理对莲子淀粉进行改性，从而制备具有一定生理功能的食品原料，需要进一步开发研究，且具有广阔的应用前景。

5 结语

目前，国内外应用在淀粉改性中的技术还有很多，如发酵改性[44]、脂化改性[45]、超声波改性[46]、酸法改性[47]、复合改性[48]等，且研究体系已经较为成熟，而应用于莲子淀粉改性技术较少，主要是物理改性方法。物理改性虽无使用化学药剂，操作工艺也较方便，但由于其机器设备昂贵、效率低下，工业化生产难度高，造成莲子产品加工业的局限性。因此，今后的研究可以进一步利用化学改性、生物改性、复合改性（化学改性与物理改性、生物改性与化学改性等）等方法对莲子淀粉进行改性，以期能够获得不同加工性质的莲子改性淀粉，拓宽其应用领域。