稻米粉和淀粉改性研究进展
摘 要：稻米是我国主要的粮食作物之一，在食品领域应用广泛，对稻米粉进行适当的改性处理，可以改善稻米粉的应用性能，有利于稻米粉的深加工和稻米主食的开发。对稻米粉及其淀粉的改性研究进行综述，为稻米粉的生产加工和食品工业中的应用提供参考。
徐忠; 岳进; 闫宇航; 陈凤莲; 张娜， 中国食品添加剂 发表时间：2021-07-28
关键词：稻米粉;淀粉;改性;进展
稻米(学名：Oryza Sativa)总产量仅次于玉米和小麦，是世界粮食作物产量第三位[1]。稻米又分为粳米和籼米，是亚洲部分地区的一种主食，由于其营养丰富、易消化和低过敏性等优点，也是制作各类食品的首选原料[2-4]。淀粉作为稻米中的主要成分，其结构和性能对稻米粉的品质有重要的影响，由于不同类型的食品对稻米粉具有不一样的需求，因此，近年来国内外开展了对稻米粉和稻米淀粉的改性研究，本文综述了稻米粉和淀粉的改性研究成果，为稻米粉的生产和在食品加工中的利用提供参考。
1 稻米的磨粉工艺
根据稻米的磨粉工艺的不同，可以分为干法制粉、湿法制粉和半干法制粉[5]。
1.1 干法制粉
传统的干法制粉又称干米粉碎，是将含水量控制在 30% 以内的一种制粉方法。干法制粉的得粉率高，水溶性成分在磨粉过程中流失较少[3]，淀粉破损程度高，吸水能力强，进而溶解度和保水力也有所提高[4-6]。但大米在较大的外力作用下，粉体的微观结构会发生改变，从而米粉的加工性能和成品品质也会改变，此外干法制粉也需要较高的能耗。
1.2 湿法制粉
湿法制粉是将浸泡过的大米加水磨浆，并将其干燥成粉的一种加工工艺，是现在普遍使用的产粉工艺[7]。湿米水磨一直以来是研究的重点，在原有的加工工艺上通过改进方法，期望能在不影响粉体品质的同时能够缩短生产周期、减少能耗和废水产生等。
张印等[8]研究发现，大米浸泡 4h，米水比为 10∶9 并且反复磨浆 7 次至细腻，之后用于发酵成品制作。通过测定浆料的 pH、黏度和相对密度等以及对比成品性质发现，大米经湿磨后更易于发酵，且口感较好。
陈洁等[9]研究也发现籼米经湿磨后，淀粉的破损程度低，L* 值升高，b* 值降低，并且对比质构和感官评价发现，米粉的咀嚼度和拉伸力均有所提升，米粉的品质较好。
1.3 半干法制粉
由于新设备和新技术的出现和应用，传统的磨粉方式加工出的米粉不仅颗粒受损严重，而且产品得率比较低，不适宜加工更多的米制品。
Ngamnikom P 等[10]研究了通过冷冻处理后的米粉再进行研磨对大米粉的影响。实验表明，与干法和湿法制粉相比，冷冻研磨后粉体颗粒大小和受损淀粉含量明显减小，并且具有出粉率高和能耗低等优点。
高晓旭[5]将籼米润米时间定为 24h，润米水分分为 8 个水分段，通过测定破损淀粉含量、粒径分布、淀粉颗粒微观结构和水合特性等发现，调质润米可以软化颗粒，易于研磨破碎，淀粉颗粒能够很好的完整保存;粉质特性(DSC，流变等特性)与湿磨粉相接近;粉质在水分段为 30% 时，粒径较小且出粉率更高，适用于米粉生产。
2 稻米粉和淀粉的改性
在食品领域中，淀粉被广泛用于增稠、构形、胶凝和稳定等方面[11]，但是天然淀粉的酸稳定性和热稳定性等较差，以及易发生脱水作用，使淀粉应用受到局限[12]。因此，通过各种改性技术提高淀粉的特有功能特性，满足食品加工的需求，常采用物理、化学和生物等方法对稻米粉及其淀粉进行改性[13]。
2.1 物理改性
2.1.1 微波处理
微波技术在食品加工中有较多的应用，如食品解冻、加热、焙烤、杀菌消毒以及预处理加工等，是物理改性大米淀粉的一个重要手段。经微波处理的原料均匀性好，操作过程易于控制，是一种高效安全的物理加工技术[14]。
Villanueva M 等[15]研究了微波辅助热湿法对米粉的物理改性及其对无谷蛋白面团流变学、糊化性能和面包的物理品质的影响。通过对面团中微波处理程度为 20% 和 30% 两种面粉初始含水率及其面粉添加量(30%、50%)初始含水率的评价，来评估物理处理对面团黏弹性和面包制作能力的影响。与对照面团相比，处理后的面粉提高了面团的抗变形能力，使面团的弹性性能和回收量提高了 170%，两种微波处理过的米粉都能使面包延缓老化，具有更大的特定体积和更软的面包屑。
2.1.2 挤压处理
挤压是一个高温短时间的连续化热机械过程，可以将多种单元操作(混合、搅拌、剪切、固化、成型等)集于一体，挤压处理后的食物风味多样，方便快捷[16]。挤压时原料组分伴随着有序和无序的转变，如蛋白质变性，淀粉糊化和色素降解反应等，最终形成特殊的食品[17]。
王庆[18]采用挤压膨化法对大米粉进行了研究，通过分析物料含水量、螺杆转速、第五区温度对大米粉糊化度及蛋白质体外消化率的影响，结果显示，物料在含水量为 18%，螺杆转速为 190r/min，第五温度区为 190℃时，大米粉的糊化度为 90.72%，蛋白质体外消化率为 82.80%，比未经挤压膨化的大米粉蛋白质体外消化率高出 10.31%，为大米精深加工提供了一定的参考。
Liu 等[19]研究了改良的挤压蒸煮技术对大米淀粉分子结构及短期和长期回生特性的影响。高转速和高温挤压蒸煮处理会导致大米淀粉中大部分支链淀粉降解，产出更多的小的完整支链淀粉分子。由于淀粉凝胶长期回生归因于支链淀粉分子的重新组合和排序[20]，随着小的支链淀粉分子对水分迁移的延缓作用和增加储能模量，抑制了短期凝集作用，但随着结晶度和凝结焓的增加，长期凝集作用得以加速。在适当的条件下，改进的挤压蒸煮技术在制备淀粉食品添加剂等方面具有一定优势。
2.1.3 超微粉碎处理
超微粉碎是指利用机械或流体动力等方法，使固体原料内部凝聚力破坏，达到粉碎的目的。原料经超微粉碎后颗粒粒度均匀恒定，适用范围增加[21]。
傅茂润等[22] 采用超微粉碎技术处理糯米，对处理后的糯米粉进行理化性质和加工特性的测定。结果发现，粉碎后的粉体密度集中于 0.681 ～ 0.871g/mL 之间，颗粒大小均匀，粉体流动性增加(滑角，休止角减小)，超微处理还使得糯米粉具有良好的溶解性和分散性;随着糯米粉颗粒变小，酶解性、冻融性、流动性和高温持水能力等得到显著改善。
2.1.4 水热处理
2.1.4.1 高压热处理 高温蒸煮大米在营养价值和风味方面存在一定的缺点，研究者利用高压技术加以改进。高压热处理后的大米吸水速率加快，加工时间减少，高压处理不仅增加淀粉糊化度，而且淀粉回生速率慢于传统热处理大米[23]。
李安林等[24] 研究了以超高压结合热处理方法对大米理化性质的影响。经过分析时间(0 ～ 25min)、压力(0.1 ～ 700MPa)、温度(20 ～ 60℃)和加水量〔w(H2O)=0% ～ 65%〕等因素，发现在温度 45℃，压力 600MPa 时，凝胶膨胀度和溶解度均达到最大值，分别为 5.46% 和 8.73mL/g，高压热处理后的淀粉结晶结构由 A 型向 V 型转化，进一步证明了处理后的大米粉各成分结构之间发生改变。
2.1.4.2 湿热处理 作为一种新型的环境友好型物理改性技术，湿热处理是一种在大米淀粉含水量低于 35% 且温度高于 Tg(玻璃化转变温度)但低于糊化温度时处理淀粉的方法[25]。湿热处理过程简单易行，无复杂的工艺流程，是国内外淀粉改性方法的研究热点。
王宏伟等[26]利用体外模拟法测定湿热处理前后大米淀粉的消化特性，探究结构与消化特性之间的关系。对处理后的大米淀粉层状结构、结晶结构、消化特性和分子量大小及其分布等分析，发现湿热处理降低了大米淀粉分子量和结晶程度;淀粉颗粒内部结构(结晶、层状和分子链等)发生破坏;同时，高分子量(Mw > 2× 107 g/mol)片段比例下降而低分子量片段(Mw < 5×106 g/mol)比例从 0% 上升至 21.3%，提高了大米淀粉的被消化速率。
2.1.4.3 韧化处理 韧化处理是指在含水量(≥ 40%)条件下，低于淀粉糊化温度时对大米淀粉进行加热处理的一种物理改性手段[27]，处理后淀粉的有序和无序结构发生转变，结晶完整性也有所改善。
廖卢艳等[28]以早籼米为原料，在浸泡润米工艺上采用韧化处理技术，以样品的拉伸特性、感官评分为依据，确定最佳工艺条件。结果发现，大米粉在温度 57℃，经过 22h 韧化，水分含量在 55% 时，米粉拉伸阻力达到 124.63g，感官评分为 84.00，此条件为最佳。
2.2 化学改性
2.2.1 酸法处理
酸法改性较为简单，淀粉经乳酸处理后其直链淀粉含量和糊化黏度降低，在直链淀粉和淀粉 - 果胶分子解聚的同时，米粉中低直链淀粉比高直链和中直链淀粉产生更多的羰基和羧基，促进焙烤膨化食品发展[29]。
刘惠惠[30]用不同浓度乳酸及乳酸湿热联用的方法对籼米粉进行研究。经过测定处理后米粉的理化特性，干粉条和湿粉条的蒸煮品质及质构，发现在 pH 为 4 时米粉峰值黏度最高，其溶解度和膨胀度都逐渐降低，且干粉条和湿粉条的断条率，蒸煮损失率都达到最低。
Jin 等[31]对大米分别进行了酸、热处理后，研究了大米淀粉的微观结构和糊化性能。通过将大米淀粉的 pH 调至 3，并在 170℃下分别加热 0.5、2 和 4h 三个时间梯度，结果发现，分别在酸和热处理下，α-1，6 糖苷键的分支点均受到了作用，并且热处理后小分子晶体的聚集可形成特定的晶体结构，带有长侧链的直链和支链淀粉更稳定，糊化温度也随之升高，微观结构与理化性质之间的关系，有助于酸热处理的适当应用。
2.2.2 羟丙基化处理
羟丙基化是淀粉醚化的一种形式，通过加入一定数量的羟丙基，增强淀粉糊的亲水保水作用，提高了淀粉糊的稳定性和透明度[32]。同时，优化羟丙基淀粉的制备和比较不同取代度的羟丙基淀粉性质等研究也在不断深入。
Shen 等[33] 以 6.93%、19.02% 和 48.41% 的 AAC(表观直链淀粉含量)对 3 种大米淀粉进行羟基丙基化和交联处理。实验结果发现，随着 AAC 含量的增加，羟丙基淀粉的摩尔取代度降低，交联淀粉的取代度增加，但羟丙基化提高了高 AAC 淀粉的糊化透明度和溶胀力，这为淀粉工业原料的合理选择及处理具有指导意义。
2.3 生物改性
2.3.1 自然发酵处理
自然发酵是一种经济的食品加工技术，常被用于发酵谷物。发酵后的食品具有诱人的特性，由于发酵使原料成分发生变化，会形成独特的风味和质地[34]。
袁美兰[35] 以籼米粉为原料，分析了不同发酵时间处理后籼米粉 RVA 黏度及拉伸特性的变化。经过连续 8d 发酵，每隔 1d 取样。结果显示，发酵后的米粉拉伸性得到改善，米粉的 RVA 特征值(峰值黏度、低谷黏度和最终黏度)提高，经过分析比较，在 30℃下大米发酵 2d 为最佳。
王峰等[36]研究了大米经自然发酵后淀粉颗粒特性的改变。实验结果显示，经发酵的大米颗粒晶体结构仍为 A 型，且大小均一稳定，糊化温度有所下降，糊化焓上升，可溶性物质流失较少。
2.3.2 乳酸菌发酵处理
乳酸菌发酵是一种廉价低成本的生产加工方式，在发酵过程中乳酸菌数量一直占据绝对优势，发酵后的食品营养、风味和质构得到明显改善[37]。
闵伟红等[38]以早籼稻为原料，探究了经乳酸菌发酵后大米淀粉凝胶食用品质的机理，分析了大米淀粉的功能特性与结构之间的关系。通过凝胶层析法和流变学法测定发现，凝胶柱将流经的淀粉颗粒分为 2 部分(Fr Ⅰ，Fr Ⅱ)，淀粉的平均直链链长由 23.7GLU 增加到 28.4GLU，且含量由 12.33% 增加到 17.37%。拉伸试验表明，发酵后的米粉伸展率显著提高以及最大破短应力显著增强，米粉面团筋道柔韧。
张玉荣等[39]通过植物乳杆菌对早籼米颗粒进行发酵，后对发酵样的淀粉进行化学成分、凝胶、糊化及结构特性测定。实验结果发现，植物乳杆菌发酵 5d 后，籼米颗粒中蛋白质、脂肪和灰分含量均下降;直链淀粉占比由 23.08% 上升至 24.86%;米粉及其淀粉的凝胶特性(黏附性、胶着性、凝胶硬度和咀嚼性)有所改善，促进了籼米及其淀粉的加工生产。
2.3.3 谷氨酰胺转氨酶处理
谷氨酰胺转氨酶(TG 酶)是一种天然酶制剂，通过催化蛋白间异肽键的形成使之改性。TG 酶可以使必需氨基酸(如赖氨酸)交联到蛋白质上及引入蛋白质所缺乏的氨基酸，这一直以来是研究的热点[40]。
Renzetti S 等[41]研究了糙米粉及其蛋白质经转谷氨酰胺酶处理后蛋白谱的变化。TG 酶在还原条件下处理 10U/g 蛋白质后，峰值强度的普遍降低表明糙米蛋白聚合成更大的不溶性复合物; SE-HPLC 分析表明，经 TG 酶处理后的谷蛋白聚合成高分子量结构;正面荧光分析表明，TG 酶处理使糙米粉的蛋白表面疏水性降低，但对谷蛋白悬浮液没有影响。实验结果进一步验证了酶处理后糙米面包结构性能发生改善。
Weng 等[42]开发了以米粉为主要成分的白盐面条配方，通过添加必要的面筋，小麦粉及使用 TG 酶催化蛋白质等方法增强感官特性。实验结果表明，米粉、面筋和小麦粉的比例为 80∶10∶10，TG 酶添加量(0.5%、1.0%、1.5% 和 2.0%，w/w，面粉总重量)为 1.5% 时面条效果最佳，且随着 TG 酶添加量的增多，面条蒸煮损失显著降低。
2.3.4 α- 淀粉酶处理
α- 淀粉酶作为一种重要的工业酶制剂，作用于淀粉内部的 α-1，4 糖苷键，使之水解产生糊精、麦芽糖和葡萄糖等，广泛用于生产糖浆、啤酒和酱油等食品领域[43]。
Xu 等[44]设计了耐高温 α- 淀粉酶处理不同质 量 比(100/0、95/5、85/15、70/30、50/50 和 25/75，w/w)的大米 / 大豆混合物，探究逐步添加大豆对加酶和不加酶大米挤压产品理化性能和抗氧化性能的影响。相比传统挤压方法，添加酶提高了总酚 / 总黄酮含量(TPC/TFC)和抗氧化能力，但随着大豆含量增加到 50%，α- 淀粉酶引起的改性作用显著消失。
Liu 等[45]在 α- 淀粉酶处理前采用行星式球磨机进行预处理，以提高淀粉酶对淀粉结构的可及性和敏感性。实验表明，与未经球磨处理的淀粉颗粒相比，球磨 8h(2 ～ 32h，每隔 2h 取样)后更易于产生多糖的合适聚合度，有利于 H2O2 氧化和 SHMP 交联工艺制备淀粉生物乳胶，对于纸张涂布有良好的应用。
3 结语
2019 年农业部明确提出调整优化农业结构，大力发展优质农产品产业，推进农业由增产转向提质，对提高稻米粉深加工的附加值和促进稻米产业发展具有重要意义[46]。稻米粉主食和休闲食品开发是稻米深加工研究的重要领域之一，通过改性和复合改性技术研发各类食品专用稻米粉，从而提高稻米及其制品的食用品质，可以进一步推进稻米食品的开发和生产。