荞麦淀粉的改性研究进展及其应用

马莉娜，李海峰

（宁夏大学 食品与葡萄酒学院，宁夏银川 750021）

在全球范围内，荞麦的主产区在中国、俄罗斯、法国和美国。我国是荞麦生产大国，荞麦出口量位居世界第一。荞麦含有丰富的营养成分，据专家测定，荞麦含蛋白质10%～18%，纤维素10%～16%，淀粉70%，脂肪仅含2%左右[1]。荞麦含有丰富的矿物质、有机酸、B 族维生素、维生素E 和维生素C，且含量比一般谷物高。荞麦有一定的药用性，具有理气宽肠、健胃助消化的功能，效果显著，因此被广泛应用于医疗和保健领域[2]。作为具有良好的保健功能、营养物质含量高且种植广泛的杂粮之一，荞麦在我国未来食品研究领域中会受到更多重视。目前，荞麦在我国的研究较为传统，市场上的荞麦主要以传统凉粉、饸烙面等研究性低的食品为主。近年来将荞麦制作成保健品或其他产品的研究工作逐渐增多，主要是开发利用其营养成分、药用与保健价值[3]。

淀粉作为胚芽和面粉的主要成分，决定了荞麦制品的品质，荞麦淀粉有着独特的物理特性和功能特性，然而由于芦丁提取技术和蛋白质分离技术的局限性，导致荞麦淀粉的应用未被重视。目前有关荞麦淀粉的理化特性和改性研究的报道较少，荞麦淀粉的加工和改性技术尚未成熟[4-5]。随着科学技术的发展与创新，人们对无谷蛋白类食物的追求愈加强烈，而无谷蛋白类食物的稀缺使荞麦淀粉的研究逐渐被人们广泛关注。因其荞麦淀粉中存在不容易消化的抗性淀粉，血糖高的人群食用后不会突然引起血糖升高，因此在临床上用来缓解糖尿病患者的症状[6]。研究荞麦淀粉不仅有着科研参考价值，还能为人们的身体健康带来便利。但因为荞麦本身的苦味，口感粗糙等原因让人们难以接受，因此荞麦制品的市场受到限制，所以人们考虑将其淀粉进行提取然后改性，应用到工业领域，如作为床垫或医疗枕头，但其他领域还没有广泛应用。

1 超微粉碎技术与应用实例

近年来随着现代化工、电子、矿产开发、材料以及生物等高新技术的发展，超微粉碎技术也逐渐被研究人员应用于各大领域[7]。目前，超微粉碎技术在国外广泛应用于轻工业、医疗等领域，已成为当前国内外食品加工的关键内容。超微粉碎作为机械力化学研究领域中一项高新技术，发展快速，可将物质粉碎成微米级甚至纳米级微粉。与其他粉碎技术相比，超微粉碎可以获得的粒径更小，通过超微粉碎技术可以研发新型食物资源。根据粉碎性质的不同，超微粉碎技术可分为机械粉碎和化学粉碎，因机械粉碎成本低、产量大以及能够保持其原有的化学性质被大规模使用并且应用于产业链。目前超微粉碎机械式粉碎分为磨介式粉碎、搅拌磨、球磨机、高频振动式超微粉碎和气流式粉碎。近年来，超微粉碎技术越来越广泛地应用于食品领域，但超微粉碎技术发展不成熟，还在不断地探索和完善。

1.1 超微粉碎的特点

超微粉碎技术分为微米级粉碎、亚微米级粉碎和纳米级粉碎。超微粉碎后可达到颗粒尺寸要求，扩大了资源的应用范围，避免副产物资源的浪费。由于超微粉碎过后的粉体接近纳米级的原料，可以直接用来制作制剂。经超微粉碎后的物质，其生物活性显著提高，且可实现资源的有效利用。超微粉碎技术作为机械化发展领域中发展较快的一种新型高新技术，已经逐步应用于食品药品工业生产中，如中药、骨粉、绿茶粉，使产品具有高利用率[8]。

1.2 超微粉碎对荞麦淀粉的研究

荞麦淀粉因其含有抗性淀粉，被作为一种功能性淀粉，而在荞麦淀粉的理化特性和超细微结构、改性等方面的研究较少。YAWEI HUANG[9]通过超微粉碎技术研究荞麦淀粉的理化特性、超微结构、糊化等特性，结果发现不同粒径的荞麦淀粉其理化特性表现出显著差，超微粉碎处理时间为4 h，其荞麦淀粉表现出无结晶度，而透光率、溶解度都有所提高，

程晶晶等[10]通过振动式超微粉碎探究超微粉碎对甜荞全粉物化性质的影响，结果显示，超微粉碎可大大改善粉体颗粒的均匀度、颜色均匀、亮度、吸湿度、溶胀度和溶解性，进而为甜荞粉提供了理论依据。郭洪梅等[11]在研究超微粉碎处理对杂粮淀粉结构及其理化特性的影响，研究发现适度时间的超微粉碎处理可以有效改善杂粮粉的性质，使其结晶度下降，凝沉体积和持水性提高。超微粉碎处理2 ～4 h，在改变淀粉理化性质的同时可保持原淀粉一定的结构状态，进而达到理想的改性效果。韩雪等[12]研究超微粉碎时谷物成分含量的变化，显示通过超微粉碎处理荞麦麸皮，可使麸皮的总黄酮含量升高，对Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附率分别增加了0.184 mg/g、0.840 mg/g 和1.341 mg/g，对NO2的清除率增加了24.25%。而也有研究发现超微粉碎处理使麸粉的休止角和滑角都有所增加，而持水力、持油力、膨胀力均减小[30]。

1.3 超微粉碎在杂粮中和其他领域的应用实例

通过超微粉碎技术可以生产多种功能性代餐食品，如杂粮冲泡粉、杂粮饼干、杂粮膨化食品，其中杂粮膨化产品是健康绿色产品的类别，并且具有降低人群发胖率的作用[31]。左蕾蕾等[32]通过超微粉碎对苦荞米与苦荞壳中黄酮体外溶出的研究发现，不同的粉碎方式对于促进苦荞米和苦荞壳的黄酮类物质溶出有着不同的效果。对于苦荞米，其气流超微粉碎比振动超微粉碎更为显著；对于苦荞壳，气流超微粉碎与振动超微粉碎均表现为极显著，然而在模拟人的胃液实验中发现，振动式超微粉碎中的黄酮含量更高。

ZHU 等[13]将超微粉碎技术研究苦瓜粉的理化特性，研究结果发现，超微粉碎可以将苦瓜的生物活性提高，同时获得更好的流动性、分散性以及蛋白质溶解度，可将其作为抗肥胖症状的补充剂。

研究人员通过制备苦瓜超微粉，并且应用于糖尿病患者的治疗中，发现苦瓜超微粉具有抑制糖尿病的性能；还有人将杏鲍菇超微粉应用于小鼠体内，研究发现其具有抗氧化、抗病毒、抗肿瘤等功能。ZHANG 等[14]通过超微粉碎技术处理薏苡仁粉（荞麦、青稞、薏米和红豆），研究结果显示超微粉碎的机械效应改变了薏苡仁淀粉的结晶度、糊化温度、吸热焓以及糊化特性。SUN 等[15]通过超微粉碎技术研究紫荆根的横切面特征，其通过设置不同的参数，制备了5 种粉末，并且对其进行理化特性以及抗氧化活性的探究，结果发现超微粉碎技术将其粉末特征改变，随着粒径的减小，紫荆根粉末的油和水分的结合力降低，其他理化指标随着粒径的减小而增大；当粒径大小在50 μm 时，其黄酮含量和甲氧基含量都达到最高，将不同的粒径对紫荆根粉的理化特性和抗氧化能力产生显著差异。除此之外，超微粉碎也应用于被抛弃的果皮和果核，最大化地利用果蔬资源，还可以通过超微粉碎技术将水产中的副产物及时转化为有利产品，实现天然资源的最大化利用。在粮油生产加工过程中产生的麸皮、豆渣、米糠等副产物，通过超微粉碎手段可将其进一步深加工，得到其超微粉，从而提高所含营养物的溶出率[16]。

超微粉碎技术在化妆品领域也有一定的研究发现。王奕等[17]通过旋风粉碎机制备得到一种可以加入到凝胶面膜中的超微绿茶粉，具有改善面膜性能的作用。气流式超微粉碎技术常用于压粉型化妆品方面，明显有利于改善粉体的结构和粉体质量。

超微粉碎技术在功能型食品的生产中，发现超微粉碎技术使得胡萝卜中的不溶纤从非水溶性变为水溶性，超微粉碎后理化性质发生显著性改变，并且通过小鼠实验发现其可对小鼠肠的健康起到保护作用。超微粉碎技术可以将非水溶性膳食纤维发挥其水溶性膳食纤维的作用[18]。

2 挤压膨化技术与应用实例

挤压处理与其他处理相比，挤压膨化高效且适于连续化处理，是高效提高谷物食品质量特性的方法之一，挤压技术也被认定为最安全、最环保的加工方式[19]。近几年，挤压设备作为淀粉的生物反应器，加快了淀粉糊化并且能够有效降低挤出物的黏度，大大提高淀粉糖化和发酵作用。挤压膨化技术是通过热能、搅拌、剪切和压力等综合作用，使原料中的淀粉糊化裂解。相对于其他处理方式，挤压膨化技术是一种更加安全、简便、绿色的物质加工方式，同时也是一种新型的物理改性方式，并且挤压膨化使得淀粉分子处于异常活跃的状态，有利于酶解作用[20]。

2.1 挤压膨化技术特点

挤压蒸煮因其生产率高、温度高、时间短，同时具有破坏微生物和抗营养酶等特点，被广泛应用于食品加工。挤压过程中，淀粉颗粒会因吸水膨胀以及熔融等现象会改变晶体类型和结晶度，已有研究发现挤压处理降低了玉米淀粉、香蕉淀粉、大米淀粉等的结晶度[21]。淀粉分子在挤压过程中会产生降解反应，使其大分子变成小分子，研究发现淀粉在发生降解反应时糖苷键会断裂，而挤出物质仍然以大分子的形式存在。在挤压加工中也有一些不可避免的缺点存在，如加工成本高、加工设备昂贵、加工参数难确定等因素的存在，使挤压技术处于进一步的探索期[22]。

2.2 挤压膨化对杂粮产品的影响

我国是杂粮生产大国，但在早期杂粮研究中并没有深入探索，直到20 世纪70 年代末才开始正式研究，在国家的经济扶持和科研人员的不懈钻研中，杂粮挤压技术快速发展，逐渐形成杂粮加工的高新技术。进入21 世纪后，挤压杂粮食品每年逐渐在7%~9%增长，预计在未来可以达到15%的增长率[23]。

荞麦产品因为受加工条件的限制，如在产品的加工、产量、谷物结构和加工条件等方面的因素影响，从而使得荞麦制品只能在小型农业植物中间歇性生产，导致在加工环境卫生和加工设备不完善方面达不到国家标准。储呈慧等[24]通过挤压膨化技术对荞麦的理化特性的研究结果显示，挤压温度在170 ℃时荞麦膨化产品的口感酥脆，味道最佳，螺杆转速与挤出温度都会对荞麦膨化产品有巨大的影响。相比螺杆转速的快慢，加工温度对吸水率影响更大，而水分含量却显示出比螺杆转速和挤出温度对吸水率的影响更大。总之，荞麦产品在挤压膨化技术上还有待研究，专用荞麦挤压膨化设备不够完善，卫生条件也达不到国家标准。

2.3 挤压膨化产品实例

2.3.1 挤压膨化技术在新产品加工方面

薛朕钰等[25]研究添加苦荞黄酮提取物的裸燕麦挤压膨化产品抗氧化以及降血脂功效中发现，加入了苦荞黄酮提取物裸燕麦的挤压膨化产品，明显提高了抗氧化能力，以及对改善小鼠的糖脂代谢紊乱起到有效作用。陈晨等[26]在使用挤压膨化制备食用菌粉以及其冲调工艺的研究中发现，通过挤压膨化技术可以研究得到一款颗粒大小均匀，光泽均匀，方便食用，甜度适口，味道纯正和滑润无结块的食用菌粉。

2.3.2 挤压膨化技术在谷物中的应用

丁立等[27]研究挤压膨化技术在谷物早餐产品中的应用结果显示，通过挤压膨化技术可以使得谷物中的纤维素大分子发生降解，水溶性增强使得产品口感增加，咀嚼性良好。目前挤压膨化谷物早餐产品在国外已经很普遍，而我国通过挤压膨化技术制备谷物早餐还集中在膨化食品及其蛋白组织中，在谷物中研究力度较弱，还处于初步探索期间[28]。在研究荞麦挤压膨化食品的加工工艺中的结果显示，膨化温度为170 ℃，喂料速度为6 Hz，螺杆转速为32 Hz，制备得到的膨化效果最好，食品色泽诱人，富有谷物特有的营养特色。邹子爵等[29]论述了在培烤馅料中，挤压膨化技术可有效提高谷类中营养物的保存率和利用率，改良口感，改变理化性质；在蘑菇山药等培烤类馅料中，挤压膨化技术可以使淀粉变性，由于汽化作用导致果实中水分散失，花青素和抗氧化性逐渐下降，挤压机参数的改变膨胀率也有所改变。

3 预糊化技术与应用实例

预糊化技术是将原淀粉进行适当的物理改性的技术，从而使得原淀粉变成α-淀粉，将其原来的β-淀粉变为α-淀粉。淀粉预糊化是将淀粉与蒸馏水充分混合，加热过程中不断搅拌，等其完全糊化后，干燥淀粉糊，然后粉碎过筛及包装[30]。

3.1 预糊化技术特点

与原淀粉相比，预糊化淀粉可在冷水中吸水溶胀溶解，形成有一定黏度的淀粉糊，其凝沉性较原淀粉显著变小，食用方便，且广泛使用。预糊化淀粉食用较方便，添加冷水就可以变成糊状，具有增稠、保性的特点。其分散性、黏性、吸水性、吸油性、膨胀性、亲肤性以及颗粒光滑度较好，可省去加热工序。

3.2 预糊化技术加工荞麦

由于荞麦粉中含有大量的淀粉，经过糊化处理后可以增加其黏性，改善面团的组织结构，已达到荞面粉的最佳添加量制备出荞麦挂面，通过荞麦粉自身的预糊化条件可以获取质量较好的荞麦制品，从而使加工成本低、不需要添加添加剂的荞麦面制品供应市场需求。李阳等[31]通过预糊化对荞麦挂面品质的影响进行分析，结果显示，预糊化温度在65 ℃、水的添加量为30%、预糊化时间为24 min，在该工艺条件下，其挂面的质构特性、蒸煮特性及感官评价最佳。

3.3 预糊化技术加工应用

面包粉的吸水量一般在50%左右，面团质地较硬，而预糊化变性面包粉的吸水量会提高1 倍以上，使原有的面包变得柔软，如预糊化的糙米制作膨化大米成为印度流行小吃等。有研究发现5%预糊化淀粉应用于冷冻面包的面团制作中可有效延缓冷冻处理对面包比容的下降和降低其面包面筋网状结构的损伤，极大地改善冷冻面包的品质。

4 结语

改性淀粉越来越广泛应用于食品、饲料、石油钻井等领域中，越来越多的研究人员开始关注淀粉的改性技术。目前我国的改性技术发展还不是很成熟，其中挤压膨化技术也不娴熟，需要进一步对挤压设备进行改造，后续研究可以从设备着手进一步探究淀粉改性的理化特性。近几年低温等离子技术深受广大研发人员的喜爱，研究者也可以从低温等离子技术改性淀粉入手。