马铃薯淀粉的研究及在工业中的应用.pdf

第 2 期( 总第 1 2 7 期) 2 0 0 8年 2月 农产品加工 学刊 Ac a d e mi c P e rio di c a l o f F a r m P r od u c t s P r o c e s s i n g No 2 F e b 文章编号：1 6 7 1 9 6 4 6( 2 0 0 8) 0 2 0 0 5 9 0 3 马铃薯淀粉的研究及在工业中的应用 马晓 东，钟浩 ( 湖南农业大学 东方科技学院，湖南 长沙4 1 0 1 2 8 ) 摘要：介绍了马铃薯的生产概况、马铃薯淀粉的特性及其在各行业中的应用 ，展望了我国马铃薯淀粉行业的发展前 景。 关键词：马铃薯淀粉；变性淀粉；应用 中图分类号：T S 2 3 5 2 文献标志码 ：A S t u d y O i l p o t a t o s t a r c h a n d i t s a p p l i c a ti o n i n t h e i n d u s t r y Ma X i a o d o n g ，Z h o n g Ha o ( C o l l e g e o f O r i e n t a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，H u n a n A g r i c u l t u r al U n i v e r s i t y ，C h a n g s h a ，H u n an 4 1 0 1 2 8 ，C h i n a ) b |巾 c t ：T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e g e n e r a l s i t u a ti o n o f p o t a t o a n d p o t a t o s t a r c h，a n d t h e p r o p e r t i e s o f p o t a t o s t arc h and i t s a p p l i c a t i o n i n t h e i n d u s t r y Th e p r o s p e c t o f p o t a t o s t a r c h i n o u r c o u n t ry wa s als o f o r e s e e n 0 l d 8 ：p o t a t o s t a r c h；d e n a t u r e d p o t a t o s t a r c h；a p p l i c a t i o n 马铃薯是一种广为种植的经济作物 ，主要生长 在北纬 3 5 。 5 O 。 、光照强、昼夜温差大、气候冷凉的 沙质土壤带。 目前全球生产马铃薯的国家有 1 0 0多 个 ，主要分布在亚洲、非洲 、欧洲及美洲等地 ，中 国、俄罗斯、波兰等是马铃薯的主要生产国，总产 约 31 0 t I l l 。2 0 0 5年 1 2月 2 8日，联 大在结束会期 的最后 一天通 过决议 ，宣 布 2 0 0 8年为 “ 国际土 豆 年” ，以显示马铃薯在世界粮食生产中的重要性。 我国马铃薯种植分为华北、西北、东北、西南四 大产区 ，种植 面积较大的省( 区)有贵州 、内蒙古 、 云南 、甘肃等2 - 7 。我 国 2 0 0 5年 马铃薯种植 面积 4 8 8 0 9 1 0 h m ，约 占世界种植面积的 2 5 ，单产 1 4 5 t h m ，总产量 7 0 8 6 5 1 0 4 t ts ，分别占全世界总 产量的 1 9 和亚洲的7 0 ，居世界首位。目前我国 马铃薯大多作为鲜食 ，工业化加工转化率不到 5 ， 而发达 国家高达 8 0 以上9 1 。这一方面说明我 国马铃 薯产业化的水平很低，同时也说明了马铃薯产业中蕴 含着巨大的潜力。因此大力发展马铃薯产业是农业产 业结构调整和增加农民收入的重要途径。 鲜马铃薯中的淀粉含量一般为 9 2 5 ，由于 马铃薯淀粉及其变性淀粉具有很多优良特I生，因此在 各行业中得到了广泛的应用。 1 马铃薯淀粉的生产概况 1 8 1 1 年，美国生产出了首批马铃薯淀粉，1 9 世 纪 7 O年代开始规模化生产。目 前 ，全球马铃薯淀 粉年产量约 6 0 0 1 0 4 t ，其中欧盟国家的产量最大 ， 亚洲是马铃薯淀粉国际市场的重要销售地区。美国和 日本等发达国家直接以马铃薯为原料加工的各类食品 有 3 0 0 多种 ，制成淀粉、各种类型的变性淀粉及淀粉 深加工产品达上千种。在我国，马铃薯淀粉产业起步 晚，加工水平相对较为落后，主要表现在生产效率 低、效益差、综合利用率低。随着近年来我国马铃薯 种植水平的提高和种植面积的扩大，马铃薯淀粉的产 量也随之大大提高，截止到 2 0 0 6年，我国马铃薯淀 粉的产量 已经突破了 8 0 1 0 4 t 。而 目前国内马铃薯 淀粉的年需求量约为 3 01 0 4 t ，变性淀粉的年需求 量为 2 5 1 0 4 t ，市场缺口很大，每年需从国外进口。 马铃薯淀粉和变性淀粉因具有独特的价值成分， 在各 个工业领域得到广泛应用，尽管其价格比其他淀粉要 高，但其优越性是显而易见的。 2 马铃薯淀粉的特性 2 1 马铃薯淀粉粒径大 马铃薯淀粉的粒径一般为 2 5 1 0 0 IL In ，平均粒 径为 3 O 4 O IL In ，比玉米淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉 的粒径都要大。马铃薯淀粉粒径的大小不仅随其品种 不同而变化，即使是同一品种的马铃薯， 在不同的营 养条件下，其淀粉粒径大小也会发生变化【ll】 。大粒径 的马铃薯淀粉呈椭圆形，小粒径的呈圆形。 收稿 日期：2 0 0 7 1 2 2 8 作者简介 ：马晓东( 1 9 8 3 一 ) ，男 ，湖南人 ，在读硕 士，研 究方 向 ：食 品保鲜与加工 。E ma i l ：6 5 3 8 4 2 9 0 2 q q c o m。 维普资讯 农产品加工 学刊 2 0 0 8 年第 2 期 2 2 马铃薯淀粉黏性大 马铃薯支链淀粉含量高达 8 0 以上，其直链淀 粉的聚合度也很高， 所以马铃薯淀粉糊的黏度很高。 马铃薯淀粉糊浆黏度峰值平 均达 3 0 0 0 B U，比玉米 淀粉 ( 6 0 0 B U ) 、木薯淀粉( 1 0 0 0 B U )和小麦淀粉 ( 3 0 0 B U )的糊浆黏度峰值都高。马铃薯淀粉虽然 也含有直链淀粉，但由于其直链部分的大分子量及 磷酸基闭的取代作用 ，马铃薯淀粉糊的凝胶强 度很 大 I 。 2 _ 3 马铃薯淀粉的糊化温度低，吸水力强 马铃薯淀粉的糊化温度平均为 5 6 ，比玉米淀 粉 ( 6 4 ) 、小麦淀粉 ( 6 9 )以及薯类淀粉的木 薯淀粉 ( 5 9 )和甘薯淀粉 ( 7 9 )的糊化温度都 低。马铃薯淀粉颗粒较大 ，其 内部结构较弱 ，又由于 其分子结构中磷酸基电荷间相互排斥 ，因此马铃薯淀 粉具有很好的膨胀性 。当温度达到 5 0 6 2 o C，淀粉 粒一齐吸水膨胀。当完成糊化时，马铃薯淀粉能吸收 比自身 的质量多 4 0 0倍 6 0 0倍的水分 。 2 4 马铃薯淀粉糊浆透明度高 马铃薯糊浆中几乎不存在能引起光线折射的未膨 胀和糊化的颗粒状淀粉。马铃薯淀粉分子结构 中结合 的磷酸基及其不含有脂肪酸是其糊浆透明度高的重要 原 因。马铃薯淀粉的含磷量最高 ，几乎百分之百以共 价 键结 合 于淀 粉 中 ，每 2 0 0 4 0 0个 葡 萄 糖 基 中含 1个磷酸基 ，磷酸基上 的平衡 离子主要是 ，N a ， c a ，M g ，这些平衡离子在马铃薯胶化过程中起着 重要作用 。带负电荷的磷酸基在水溶液中排斥带有相 同电荷的物质，对胶化过程有利 ，表现在可快速水合 和吸水膨胀，增强水黏合性能，形成淀粉糊 3 1。 2 5 马铃薯淀粉的蛋白质含量低 马铃薯淀粉不具有玉米淀粉和小麦淀粉那样典型 的谷物口味。马铃薯淀粉中的蛋白残留量通常低于 0 1 。因此它颜色洁白，口味温和，无刺激。 3 马铃薯变性淀粉的特点 马铃薯原淀粉也存在一些缺陷，如耐剪切能力不 强等，这往往需要通过变性来解决问题。变性淀粉是 指利用物理方法 、化学方法和酶法 ，改变淀粉的天然 性质 ，增加其性能或引进新的特性而制备 的淀粉衍生 物。一些常见的马铃薯变性淀粉有：预糊化淀粉、酸 转化淀粉 、双醛氧化淀粉 、交联淀粉、酯化淀粉、醚 化淀粉和接枝淀粉等。 马铃薯预糊化淀粉与其他预糊化淀粉 ( 如甘薯、 小麦和玉米等预糊化淀粉)比较，由于其支链分子 量比较大，因而具有很强的粘结性；马铃薯酸转化 淀粉具有 良好 的成膜性能 ；马铃薯羟烷基淀粉在低 温下具有持水性 ，是( 仅次于羟丙基木薯淀粉)制 作冷冻布丁的良好辅料 ；马铃薯氧化淀粉成膜性好 ， 透明度高 ，用作食 品被膜剂很有优势 ；马铃薯交联 淀粉是利用马铃薯原淀粉吸水性强和增稠效果好的 特点，通过交联提高淀粉的耐剪切能力，从而增强 其稳定性。 国外对马铃薯变性淀粉的研究开发已取得长足的 进步，如荷兰艾维贝公司开发出预煮淀粉 5 6 种，其 中马铃薯淀粉型为2 9 种；速溶淀粉为 3 2 种，其中马 铃薯淀粉糖 1 2种 。如此众多的马铃薯淀粉 ，很多是 国内尚未生产的品种，这就需要我国的淀粉科研人员 努力攻关 ，早 日缩小差距。 4 马铃薯淀粉的应用 4 1 在糖果生产中的应用 在糖果中，马铃薯淀粉主要用作填充剂 ，参与糖 体组织结构的形成。在奶糖的生产上 ，可增加糖果的 体积，可改善产品的口感和咀嚼性，增加弹性和细腻 度，而且能有效防止糖体变形和变色，延长产品货架 期；在明胶糖果中，马铃薯变淀粉因其良好的透明度 和较强的持水作用 ，在一定的比例下能够和明胶很好 地配合，形成韧而不硬，滑而不粘，具有良 好 口 感和 弹性的凝胶，同时可大幅度降低成本。采用生物工程 方法用马铃薯淀粉生产的葡萄糖果 、 葡萄糖浆等，可 以作为饮料等的调味料，也可以用来制作糖衣。 4 2 在面食中的应用 马铃薯淀粉蛋 白质含量低，颜色洁白，具有天然 的磷光 ，能有效改善面团的色泽 。同时它具有黏度 高 、弹性好和抗老化性强等特点，能显著地改善面条 的复水性 ，提高面团的弹性和筋韧度 ，改变面团的流 变性，降低面块的含油率。用马铃薯淀粉制作的面条 和粉丝等产品，不仅颜色好，而且不易断条。国外有 人在方便面中添加马铃薯淀粉，生产的面条不会形成 白色的硬芯 ，而且弹性好I 6 1 。 王成军等人以马铃薯淀粉作为主要原料，生产出 一 种韧性好 、不浑汤 、复水性好的朝鲜冷面 。 俞山 争 U 泽认为 ，马铃薯淀粉是勾芡的首选 ，因为它 吸水陛好， 溶胀程度大， 糊化温度低，糊透明度高旧 。 把马铃薯淀粉和变性淀粉添加在糕 点面包 中n 8 1 ， 既可增加营养成分 ，还可防止面包变硬 ，从而延长保 质期 。艾维贝公司开发的蜡质马铃薯淀粉 中，支链淀 粉含量高达 9 9 以上，不易产生老化现象，因此是 一 种优 良的裹粉原材料 。 4 - 3 在肉制品中的应用 在肉制品的生产中，马铃薯淀粉也发挥着重要作 用。马铃薯淀粉糊化后的透明度非常高，所以可使制 品的肉色鲜亮 ，外观悦 目，能够防止产品颜色发生变 化，减少亚硝酸盐和色素的使用量，同时对于改善产 品的保水性 、组织状态均有明显的效果。 在灌肠产品中，将添加的玉米淀粉改为马铃薯淀 维普资讯 2 0 0 8 年 第 2 期 马晓东，等：马铃薯淀粉的研究及在工业中的应用 6 1 粉，可大大减少淀粉的用量，提高主料肉的用量，这 样既提高了灌肠的口味及 口感 ，又提高了产品的档 次2 o ， ” 。这是因为新鲜肉在受热时会失去部分水分 ， 而淀粉能够吸收部分这些水分并与其发生糊化反应。 因此选择吸水性好、膨胀率高的淀粉，对肉制品的影 响是非常大的。孔保华IZ 2在鱼丸中添加 了马铃薯淀 粉，改善了鱼丸的流变学特性和感官品质。 还有人在鸡肉火腿中加入了马铃薯淀粉 ，也制成 了弹性和切片性好 的产品。 4 4 在乳制品中的应用 酸奶是马铃薯变性淀粉在乳制品中最典型的应用 范例。在酸奶生产过程中，一般要经过高压均质、高 温杀菌工序，处理后会使蛋白质变性，从而失去对水 分的控制能力，也丧失了其优良的乳化功能，易产生 析水分离现象。经过交联酯化处理的马铃薯淀粉具有 很好的抗高温、强剪切和降低 p H值的能力，同时能 防止产品脱水分层。此外，马铃薯变性淀粉还能增加 酸奶的黏度，使其口感更加稠厚、浓郁。因马铃薯变 性淀粉糊的透明度较佳，因此不会影响酸奶的色泽。 此外，由于马铃薯淀粉的口味温和，可使酸奶保持清 淡风味和细腻的口 感I 2 4 l。在奶酪制品中，马铃薯淀粉 可部分替代酪蛋 白，并能改善产品的成型性和熔融 性。艾维贝公司开发的蜡质马铃薯淀粉的直链淀粉含 量极低 ，由于其极佳的增稠性、耐高温焙烤性及优良 的冻融稳定性，使用适宜的改性蜡质马铃薯淀粉可将 配方中昂贵的海藻酸盐的使用量降低 2 0 ，而且不 会影响产品的稠度、稳定性和冻融稳定性闭。 邬应龙等人 通过实验证明，高黏度辛烯基琥珀 酸马铃薯淀粉酯，可以部分或全部替代冰淇淋中的奶 油。随着奶油替代量的增加，冰淇膨胀率明显提高， 冰淇淋的硬度也略有增加。 4 5 在其他行业的应用 由于马铃薯淀粉的理化指标及性质非常优越，在 其他工业领域有着不可替代的作用。马铃薯淀粉可以 使印染浆液成为稠厚而有黏性的色浆 ，不仅易于操 作 ，而且可将色素扩散至织物 内部 ；在造纸工业 中， 马铃薯淀粉正逐步取代玉米淀粉而被大量广泛使用 ， 它可以增加纸的弹性和改善其物理性质；用马铃薯淀 粉与丙烯睛、丙烯酸、丙烯酸酯、丁二烯 、苯乙烯等 单体接技共聚 ，可制取一种超强吸水剂 ，吸水量可达 其本身质量的几百倍甚至 1 0 0 0 倍以上，可用于沙土 保水剂、种子保水剂和卫生用品等；将马铃暮淀粉添 加在聚氨酯塑料中，既起填充作用 ，又起交联作用 ， 可增强塑料产品的强度 、硬度和抗磨性 ，所生产的材 料可用于高精密仪器，以及航天和军工等特殊领域。 马铃薯淀粉由于其低热量特点，可用在维生素、葡萄 糖、山梨醇等治疗某些特殊疾病的药品中。马铃薯精 淀粉的变性产物预糊化淀粉是鳗鱼饲料的最好黏结 剂，一般添加量为 2 0 f2 。 5 前景展望 我国6 0 以上的马铃薯原淀粉及其衍生物依赖国 外进 口，每年费用超过 1 0 亿元。由于资金与技术等 条件的限制，短期内不会建立许多厂家，马铃薯加工 品的市场缺口还会越来越大。随着食品功能的不断开 发，以及品种的不断增多，对马铃薯变性淀粉在食品 中的开发应用提出了一些新的课题 ，同时也创造了非 常广阔的发展前景。因此充分利用我国马铃薯资源优 势，开展马铃薯淀粉及变性淀粉加工前途光明。 参考文献 ： 1 周庆锋 中国马铃薯淀粉产业发展报告 【 J 中国食品添 加剂 ，2 0 0 6 ( 1 ) ：6 2 7 1 【 2 李军 促进凉山州马铃薯比较优势向竞争优势转化的对 策 J 中国马铃薯，2 0 0 7 ，2 1( 1 ) ：5 9 6 1 3 】 范景琼 景东 马铃薯发展思路 云南农业 ，2 0 0 7 ， ( 2 )：3 0 4 I 马连军 蒙城县马铃薯产业发展现状及对策 【 J 现代农 业科技，2 0 0 7 ( 4 ) ：3 8 4 1 5 樊永学 宁夏马铃薯淀粉业在加入 WT O后的对策与措施 J 市场经济研究 ，1 9 9 9( 6 )6 5 6 6 6 聂宗平 大力发展毕节地区马铃薯加工业 【 J 中国农村 小康科技，2 0 0 7 ( 2 ) ：1 8 2 1 7 周彦春 ，吴国林 ，于长会 借鉴国外经验发展壮大黑龙 江马铃薯产业 J 种子世界，2 0 0 7 ( 2 ) ：5 - 7 8 中华人民共和国农业部 中国农业统计年鉴 M 北京： 中国农业出版社 ，2 0 0 6 9 王秀芳 荷兰的马铃 薯加 工业 世界农业 ，1 9 9 8 ( 4 ) ：2 4 1 0 】 张洪微 ，韩玉浩，冯传威 马铃薯淀粉的综合开发利用 J 】 哈尔滨商业大学学报，2 0 0 3 ，1 9 ( 6 ) ：7 0 6 7 1 0 1 1 】 潘明 马铃薯淀粉和玉米淀粉的特性及应用比较 、 中 国马铃薯，2 0 0 1 ，1( 4 ) ：2 2 2 2 2 6 1 2 Wa n g x i a o f a n g ，L i x i a o y u ，Wa n g w e i E x p e r i m e n t a l s t u d y o n t h e r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s Of s t a r c h g e l s o f b u c k wh e a t ， c o r n a n d p o t a t o T r a n s a c t i o n s o f t h e C S A E，2 0 0 6 ，2 2 ( 1 2 ) ：2 2 0 2 2 3 1 3 于天峰 ，夏平 马铃薯淀粉特性及应用研究 J 中国农 学通报，2 O o 5 ，2 1( 1 ) ：5 5 5 8 1 4 赵燕 ，马越 中国马铃薯淀粉生产现状和前景分析 粮油加工和食品机械，2 0 0 4 ( 1 1 ) ：6 7 7 1 1 5 1 王善荣，陈宏，郑广新 淀粉对油炸方便面品质影响的 研究 【 J 1 食品科学，2 0 0 4 ( 1 1 ) ：1 0 9 1 1 1 1 6 1 王成军 ，李勇 方便朝鲜冷面加工技术 J 1 食品工业 ， 2 0 0 5 ( 5 )：1 6 1 7 1 7 】 俞峥怿 ，杨玉明 j = 种淀粉的性能比较及应用 J 1 扬州 大学烹饪学报 ，2 0 0 1 ，1 8( 3 ) ：4 3 4 6 1 8 】 王同阳 功能性马铃薯儿童面包的研制 J 食 品与药 品 ，2 0 0 6 ( 8 )3 ：5 5 5 7 ( 下转第 6 7页) 维普资讯 2 0 0 8 年第2 期 田毅红，等：高温液态水 蒸汽渗透一酶法处理麦草秸秆的工艺研究 6 7 表 2 正交试验结果 通过直观分析，根据极差 R的大小 ，可见各因 素的影响大小为 ：温度反应时间底物固形物含 量。其中，温度对结果有显著性影响。温度因素为 K 1 ( 2 K 3 ，时间因素为 K 3 K 1 K 2 ，底物固形物含 量因素为 K 1 ( 2 K 3 ；因此 ，可以确定 A 。曰 3 C 】 为较 优工艺条件。即在底物固形物含量为 6 ，反应时间 为 2 5 m in ，反应温度为 1 6 0 oC 的条件下，高温液态 水 ， 蒸汽预处理的麦秸秆纤维素的转化率最大。 3 结论 ( 1 )探讨了高温液态水 ， 蒸汽渗透酶法结合处 理麦草秸秆的影响因素。结果表明，预处理的麦秸秆 底物 固形物含量为 6 ，反应时间为 2 5 m i n ，反应温 度为 1 6 0 o C 时 ，处理效果最好。 ( 2 )将以上条件预处理的纤维素滤渣利用固态发 酵产生的纤维素酶进行酶水解，能得到较大的还原糖 得率。 参考文献 ： 【 1 】 李湘 ，魏秀英 ，董仁杰 秸秆微生物降解过程中不同预 处理方法的比较研究 J 农业工程学报 ，2 0 0 6 ，1 6 ( 1 ) ：1 1 0 1 1 6 2 Ma r k L a s e r ， D e b o r a h S c h u l m a n ， S t e p h e n G， e t a 1 A c o mp a r i s o n o f l i q u i d h o t wa t e r a n d s t e a m p r e t r e a t me n t s o f s u g a r c a n e b a g a s s e f o r b i o c o n v e r s i o n t o e t h a n o l J B i o r e s o u r c e T e c h n o l o g y ，2 0 0 2 ( 8 1 ) ：3 3 4 4 3 】 王菁莎 ，王 颉，刘景彬 康宁木霉固态发酵秸秆生产纤 维素酶的研究 J 纤维素科学与技术，1 3 ( 4 ) ：2 6 3 1 4 董晓燕 生物化学实验 【 M】 北京 ：化学工业 出版社 ， 2 0 o 3： 3 4 3 5 【 5 】 天津轻工业学院 ，大连轻工业学院，无锡轻工业学院， 等 工业发