大米淀粉及其在食品工业中的应用

1、大米淀粉及其在食品工业中的应用摘要：大米淀粉是一种重要的谷物淀粉，它是大米中最主要的成分，含量高达80%左右，并且大米淀粉以其独特的物 理化学性质广泛应用于食品、纺织等行业。本文概述了大米淀粉的颗粒形态、分子结构特点和大米淀粉中的非淀粉组分（蛋 白质和脂质）的性质及其对淀粉性能的影响；分析了大米淀粉的特性及其提取方法；介绍了大米淀粉和大米变性淀粉的性质 及其应用现状。关键词：大米淀粉；大米变性淀粉；应用Rice Starch and It S Application in FoodAbstract: Rice starch is one of important cereal starch.

2、Rice starch is the most important ingredients in the rice because its content in the rice is up to 80%. Rice starch with its unique physical and chemical properties is widely used in food, textile and other industries. This article summarized the characters of rice starch granule morphology and mole

3、cule structure. Some non-starch constituents, such as protein and lipids, and their effects on the properties of rice starch are discussed. The characteristics and extraction method of rice starch are involved. The properties and application of native rice starch and modified rice starch are introdu

4、ced.Key Words: rice starch; modified rice starch; application大米是我国及东南亚国家的主要粮食，主要成分是淀粉，含量高达80%左右。大米产量很大，仅我国 就年产约1.8亿吨，不过由于其价格较高又是人们的主要口粮，所以一般只在产量集中的部分地区才用于 加工淀粉及其深加工产品。因此，和玉米淀粉、薯类淀粉相比，大米淀粉的生产及其深加工相对比较落后。 目前，淀粉工业的三大主要原料是玉米、小麦和马铃薯，而大米淀粉只占13%，不到玉米的一半，列第4 位，并且，相较玉米、小麦和马铃薯淀粉，大米淀粉的价格一直较高，因而使大米淀粉的广泛应用受到了 很大

5、的限制。但是，随着淀粉应用领域的不断拓展、淀粉研究的进一步深入，研究者发现大米淀粉具有一 些特殊的结构和性质，决定了它能更好地满足一些特殊应用行业的要求，因此，开发一些附加值较高的大 米淀粉及其深加工产品具有深远的意义1,2。1大米淀粉的颗粒结构1.1大米淀粉的颗粒形态大米中的淀粉分子是以淀粉颗粒的形式存在，并且淀粉颗粒是透明的。大米淀粉是已知谷物淀粉颗粒 中最小的一种，单粒淀粉颗粒大小约为3um8um，其形状多数呈不规则的多角形，且棱角显著。大米品 种不同，其淀粉颗粒大小也有明显的差异，一般糯米的淀粉颗粒比粳米和籼米的大。许多植物淀粉颗粒在 细胞的淀粉质体或叶绿体中是以单粒形式存在的，然而，

6、大米淀粉仅以复合淀粉粒形式存在于单个淀粉质 体中，呈球形或椭圆形，其内包含约2060个小淀粉颗粒，并且复合淀粉粒表面有许多孔洞1,3。1.2大米淀粉的分子结构同其它类型淀粉一样，大米淀粉颗粒是由支链淀粉分子以疏密相间的结晶区与无定形非结晶区组合而 成，中间掺杂以螺旋结构存在的直链淀粉分子。直链淀粉和支链淀粉在淀粉粒中形成发散的各向异性和半 结晶结构。直链淀粉是由a-D-葡萄糖通过a-D-1,4糖苷键连接而成的链状分子，呈右手螺旋结构，每一螺 旋周期中包含有6个葡萄糖基，螺距为10.6A。大米直链淀粉的结构特征与小麦、玉米淀粉相似，但与马 铃薯淀粉和木薯淀粉相比，其分子链要短得多。支链淀粉是大部

7、分淀粉的最主要组成，而且被认为是形成 淀粉颗粒形状和结构的主要因素。它是一种高度分支的大分子，主链上分出支链，各葡萄糖单位之间以a-1,4 糖苷键连接构成它的主链，支链通过a-1,6糖苷键与主链相连，分支点的a-1,6糖苷键占总糖苷键的4% 5%4。2大米淀粉的组成精制大米主要由淀粉、蛋白质、纤维素和脂质组成，即使经过多次精制，所分出的大米淀粉中仍含有 少量非淀粉组分，如蛋白质、脂质、磷以及一些微量元素等。这些物质有些是在植物生长过程中自然沉积 在淀粉颗粒中的，有些则是在淀粉加工过程中所引进的，它们对淀粉的物理化学性质有一定的影响3。大米中的蛋白质一般存在于大米淀粉颗粒的外表面或填充在淀粉颗粒

8、中，淀粉与蛋白质所形成的复合 物主要包括直链淀粉和蜡质基因蛋白或者是与颗粒结合在一起的淀粉合成酶。不同来源的大米淀粉结合蛋 白的含量相差很大。一般说，籼米淀粉中结合蛋白的含量要比粳米和糯米淀粉大得多。同时大米蛋白对大 米淀粉的物理化学性质有一定的影响，如果用酶法去除大米淀粉中的结合蛋白，能加速大米淀粉的糊化， 其峰值粘度、表观粘度、屈服应力和稠度指数也相应增大。脂质包括脂肪和类脂，大米淀粉中脂肪的主要 成分是脂肪酸，类脂物质主要是蜡和磷脂。与薯类淀粉相比，大米淀粉中脂质含量较高，而且，来源不同 的大米淀粉脂质含量也相差较大。同蛋白一样，脂质对大米淀粉的物理化学性质也有一定的影响，若用 甲醇将脂

9、质除去，则大米淀粉的糊化温度和凝胶粘度将降低，并能增加凝胶的稠度，另外，脂质还能抑制 大米淀粉的回生。此外，大米淀粉中灰分含量和磷含量较薯类淀粉要少得多，而且与淀粉的类型和提纯方 法有关，糯米淀粉中磷含量远小于籼米淀粉和粳米淀粉3。3大米淀粉的特性3.1结晶性大米淀粉为高结晶性淀粉，属于A型衍射图谱。根据赵思明等5人的研究发现，三种类型的大米淀粉 具有相似的X-射线衍射图样，说明它们的晶体结构类型均为A型，三种淀粉的结晶度分别为28.95%（籼米）、 39.44%（粳米）和36.36%（糯米），其中籼米淀粉的结晶度较低，而粳米较高。3.2糊化特性当原淀粉加水调成乳浆后，加热达到一定温度（一般在

10、65 r以上）时，淀粉颗粒突然膨胀，体积增大， 淀粉乳变成粘稠的胶体溶液，这种现象称为糊化。大米淀粉的糊化温度在6878C。品种不同的大米，其 糊化难易程度各异，有研究指出和普通稻米淀粉相比，糯米淀粉的起始糊化温度较低，特别是到达峰值粘 度时的峰温度相对要低得多。糯米淀粉的峰值粘度、热糊粘度和冷糊粘度也均比普通稻米淀粉低，这些性 质可能与稻米淀粉中直链淀粉含量的不同有直接关系6。有研究显示，采用不同的方法处理大米淀粉，对 其糊化特性也有一定的影响7。3.3老化（回生）特性淀粉稀溶液或淀粉糊在低温下静置一定时间，浑浊度增加，溶解度减少，在稀溶液中会有沉淀析出， 如果冷却速度快，特别是高浓度的淀粉

11、糊，就会变成凝胶体，好像冷凝的果胶或动物胶溶液，这种由于分 子相互作用（主要是淀粉链之间的氢键作用）所产生的现象称为淀粉的回生或老化8。相比于马铃薯淀粉， 大米淀粉的回生程度较小，而普通大米淀粉和糯米淀粉的回生程度也有较大的差别，由于普通大米淀粉和 糯米淀粉的淀粉胶的温度稳定性不同导致糯米淀粉的回生程度比普通大米淀粉小9。糯米淀粉具有优于其 它非蜡质和蜡质淀粉的冻熔稳定性。在一项研究中发现，干基含量5%的糯米淀粉糊经过20个冻熔周期不 会发生脱水收缩，相比之下，蜡质玉米淀粉或蜡质高粱淀粉仅在3个冻熔周期内表现稳定，玉米淀粉在一 个冻熔周期后会出现脱水收缩10。说明和其他类型淀粉相比，糯米淀粉回

12、生程度较小。还有研究者对大米淀粉的老化过程进行研究发现，大米淀粉糊呈现假塑性流体的特性，在存放过程中淀粉 糊及其分散相和连续相的流变指数都随时间的延长而增加，淀粉糊的刚性增大；淀粉糊中分散相产生凝聚 现象，并在支链淀粉内部形成胶体网络结构11。大米淀粉中直链淀粉和支链淀粉的相互作用会加剧老化进 程12。3.4凝胶特性凝胶和老化的本质都是淀粉分子从无序趋于有序。凝胶网络的形成是淀粉分子互相聚合缠绕形成三维 网络结构。淀粉在糊化后能够形成凝胶，形成凝胶的黏弹性与淀粉种类有关。大米淀粉的凝胶速度和凝胶 强度主要与淀粉中直链淀粉的含量有关，这是由于直链淀粉的存在，使得支链淀粉重结晶的晶核快速形成， 从

13、而加速了支链淀粉的重结晶13。丁文平等14对米粉的研究表明，米粉凝胶的强度和耐热性主要是由直链 淀粉形成的凝胶网络来维持的。4大米淀粉的提取大米淀粉是各种淀粉中与蛋白质结合最牢固的一种淀粉，要想用纯物理方法分离得到蛋白质含量很低 的淀粉比较困难。由于大米蛋白质的组成中至少有80%的碱溶性谷蛋白，经实践证明，碱法抽提是去除 大米淀粉中蛋白质最有效办法之一，是最常用的大米淀粉工业制备方法，即用0.3%的碱液浸泡米粉，使 蛋白质溶解，从而通过水洗将蛋白质去除。虽然这种方法工艺简单，但会污染环境，并且降低了蛋白和淀 粉的品质15。而实验室制备大米淀粉常用的方法是表面活性剂法，即利用烷基苯磺酸钠等表面活

14、性剂与蛋 白质结合，使蛋白质形成络合物变性而使淀粉分离。该方法存在表面活性剂污染的问题，所以限制了它的 发展16。另外也可以采用超声波法提取大米淀粉，但此方法由于能耗高，不适于作为独立提取方法，可以 用来辅助其他提取方法17。大米淀粉还可以通过酶解的方式进行提取，李翠莲等人采用酶法制备大米淀粉， 研究结果表明采用中性蛋白酶处理，酶解温度45r、酶用量0.5%、酶解时间18h，得蛋白质含量0.435%, 淀粉提取率87.75%18。Lumdubwong19和Martin 20等人采用酶解的方法分离纯化了大米淀粉，他们发现， 用蛋白酶（用量为大米粉的1.1%）在pH=10.0的条件下水解大米粉18

15、h，淀粉的提取率可达95%，淀粉中的 蛋白含量为0.5%。Linfen Wang等人21对酶法和碱法分离大米淀粉进行了比较，发现酶法能提高淀粉的得 率，减少对淀粉颗粒的破坏，能生产出质量较好的淀粉。与碱法抽提相比，酶法提取在分离过程中不会产 生碱和盐，淀粉提取率比碱法要高10%左右，但是，蛋白酶水解大米蛋白的效率通常比较低，要完全水解 大米蛋白需要十几小时甚至更长。提取的淀粉含有较多的脂质，并且，由于蛋白酶的价格较高，用酶法提 纯大米淀粉的成本偏高，大约为碱法提取的两倍，因此，酶法在大米淀粉工业上的应用受到了一定的限制 16。此外，Guraya等人22还研究发现，在有水存在的情况下，通过高压均

16、质处理可使大米淀粉和蛋白质 形成的复合物发生破裂，从而可以根据密度的不同进行离心分离。该工艺采用物理方法，也不会引入盐类 物质。5大米淀粉的应用5.1天然淀粉大米淀粉是一种非常细、非常纯白的粉末。不论是粉末状还是胶体状，大米淀粉都具有相当纯正的风 味；在糊化状态下，大米淀粉具有温和、光滑、类似奶油的口感以及容易涂抹开的特性。因此，大米淀粉 胶可作为增稠剂用于羹汤、沙司和方便米饭中，并能很好地改善食品的口味。由于大米淀粉颗粒和均质后 的脂肪球具有几乎相同的尺寸，因此，大米淀粉与脂肪具有相似的质感，可以在某些食品中替代部分脂肪。 大米淀粉还具有很好的可消化性，消化率高达98%100%；另外由于大米

17、淀粉中的结合蛋白具有完全非 过敏性，因此，大米淀粉常用于婴儿食品和其它一些特殊食品中23,24,25。由于蜡质大米淀粉除了有类似脂 肪的性质外，还具有极好的冻熔稳定性，因此可作为脂肪替代物用于冷冻甜品和冷冻午餐肉中。此外蜡质 大米淀粉也可用于替代奶制品和其它奶油制品中的部分脂肪，如生产低脂的人造奶油，这种脂肪替代品具 有良好的口感，有类似于脂肪的质地和清爽的味道。最近研究显示，不加其它碳水化合物和树胶的情况下， 使用蜡质大米淀粉可以生产出低脂的凝固型酸奶。蜡质大米淀粉还可作为抗老化剂用于焙烤食品中和作为 膨化剂用于挤压型的小吃食品中1。5.2变性淀粉变性后的大米淀粉具有更优良的性质。大米变性淀

18、粉包括抗性淀粉、多孔淀粉、缓慢消化淀粉、新脂 肪替代物等，它们具有应用更方便，适合新技术操作要求的点。目前美国和欧洲兴起了淀粉研究开发的热 潮，如提高其应用效果，并开辟新用途。应用现代生物技术可以将包括碎米、陈籼稻、早籼稻等在内的稻 米淀粉改性后，转化为抗性淀粉、多孔淀粉、缓慢消化淀粉、新脂肪替代物等更具特色和新用途产品26。 5.2.1抗性淀粉抗性淀粉是一类特殊的淀粉，不能被胰淀粉酶酶解，因而不能被小肠消化吸收参加新陈代谢，但是能 进入结肠从而被其中的微生物群发酵利用。美国路易斯安那州南方研究所已经发明了一种以大米为基质的 抗性淀粉产品，此产品适合于肥胖和糖尿病患者27。此抗性淀粉基本特性与

19、淀粉相似，是白色无异味的多 孔性粉末，加到食品中不会影响食品的感观和质地；持水性低，颗粒粒度低，能够膨化rs3的糊化温度 高（超过150C），因此RS3具有较高的热稳定性，将其作为原料可应用到相关食品加工的各个领域，如在 面类食品中的应用，国外已将抗性淀粉作为食品原配料或膳食纤维的强化剂，应用到面类食品中，添加抗 性淀粉的面包不仅膳食纤维成分得到了强化，而且在气孔结构、均匀性、体积和颜色等感官品质方面均比 添加其它传统膳食纤维的营养强化面包好；在焙烤食品中的应用，抗性淀粉已应用于许多面筋蛋白食品如 饼干、蛋糕等，所制成的含RS的蛋糕在焙烤后，其水分损失量、蛋糕的体积、密度与加人膳食纤维、燕 麦

20、纤维的蛋糕相似；在饮料中及发酵制品中的应用，抗性淀粉因具有较好的黏度稳定性、很好的流变特性 及低持水性，所以可作为食品增稠剂使用，又由于抗性淀粉为水不溶性物质，在粘稠不透明的饮料中可用 抗性淀粉来增加饮料的不透明度及悬浮度，此外，抗性淀粉不仅是是双歧杆菌、乳酸杆菌等益生菌繁殖的 良好基质，还可以作为菌体保存剂；在保健食品中的应用，抗性淀粉可以增加脂质排泄，将食物中脂质部 分排除，从而减少热量的摄取，而且抗性淀粉本身几乎不含热量，作为热量添加剂加到食品中去，可有效 控制体重28。5.2.2多孔淀粉多孔淀粉是指以淀粉为原料，经过一定的生物加工而形成的一种变性淀粉，是近年来才开发出来的一 种新型的有

21、机吸附材料。其制作方法是将天然淀粉经过酶部分水解处理，使淀粉表面形成一些孔径范围在 几十纳米至几微米的蜂窝状小孔，从而生成一种多孔性淀粉载体。多孔产生很大的比表面积，因而多孔淀 粉主要用作吸附的载体，能吸附食品中的风味物质、香精香料和某些特殊组分等，使这些物质不被氧化且 能在特定时间内控制释放。在现代食品行业中，大米多孔淀粉被广泛应用。在口香糖加工过程中，加入多 孔淀粉，使之吸附香味成分，食用时，经口腔咀嚼，释放香味，由于香味被多孔淀粉吸附，释放缓慢，可有效增加香味在口 腔内的停留时间，增强食用愉悦感。此外，用硅质包覆的多孔淀粉对溶液或空气中的异味具有较强的吸附 能力，如在杂货店、肉店等处可用

22、其来吸附鱼、肉等产生的腥味。还有研究结果表明，用多孔淀粉吸附薄 荷油，吸附量达54%56%，吸附后敞口放置2个月后仍有29%的油，而一般的薄荷油在相同的条件下只 剩12%。29,30,31。姚卫蓉等人32还实验证明在大米多孔淀粉中气体物质（如咖啡油气味）的保留时间相对 较长，室温下放置5周能保留咖啡气味的80%。大米多孔淀粉还能作为脂肪替代物，多孔淀粉粉碎后，能 作为脂肪替代物可以减少食品中的热量。多孔淀粉通过交联、酯化或醚化等处理优化其流变学性质和感 官性质，粉碎后通过旋风分离器等装置提高其均一性，能用于食品部分替代其中的脂肪以减少能量的摄 入29,30,31。5.2.3缓慢消化淀粉缓慢消化

23、淀粉是一种可以被酶完全缓慢降解的淀粉。缓慢消化淀粉作为一种改性淀粉，对一些疾病的 预防和治疗有非常重要的作用，它可以作为糖尿病患者的新食品，还可以用于运动员，尤其是马拉松等长 跑运动员的碳水化合物补充剂。美国农业部南部研究中心研究开发了以大米为原料的改性大米淀粉新产品 “Ricemic”，是先分离蛋白，再经加热和酶处理加工成100%延缓消化、50%加快消化和50%延迟消化等改 性淀粉产品。此类改性大米淀粉经临床应用证明，能够有效改善糖负荷，将成为一种糖尿病患者新食品33。 缓慢消化淀粉与普通淀粉相似，添加到固体或液体食品后，它不会影响食品的感官和质地。目前国外已将 其应用到烘培食品（蛋糕、饼干

24、、面包）、快餐、糖果、调味料、乳制品等。由于缓慢消化淀粉具有潜在的 生理功能，可以应用开发特定保健功能食品、持续能量缓释的运动员专用食品等。国外某项专利中提到含 约20%的缓慢消化淀粉的饼干等早餐谷类食品，可用来改善人，特别是儿童和青少年的认知功能34。5.2.4淀粉基脂肪替代物米淀粉制取脂肪替代物技术，是以大米淀粉为原料采用酶法或酸法水解制备成小颗粒淀粉新技术，一 般是经稀酸或a-淀粉酶处理至DE小于5,最好是DE约为2糊精，使其具有脂肪感观特性。大米淀粉为 基质的脂肪模拟品不像脂肪酸酯那样摄入过多会引起腹泻和腹部绞痛，影响机体吸收某些脂溶性维生素和 营养素，也不像以蛋白质为基质的脂肪模拟品

25、那样使某些人群产生过敏反应。大米淀粉颗粒很小，易于产 生奶油状润滑粘稠度及滑腻口感，所以大米淀粉可作为脂肪模拟品良好原料。新脂肪替代物十分适合加工 酸奶和部分替代奶油的乳制品，它具有奶油的外观及口感，通过调配，可加工成加氢油脂35。王俊芳等人 36研究发现，用轻度变性的大米淀粉取代蛋糕中30%的油脂基本上不会影响蛋糕的感官指标。总的来说，大米淀粉工业的发展主要依靠开发更多的具有高附加值的产品，不仅是要开发原淀粉，更 重要的是要开发具有高附加值的大米变性淀粉。与玉米淀粉和马铃薯淀粉相比，近几年，大米淀粉工业 的发展比较缓慢，仍未生产出较多具有高附加值的产品，但大米淀粉结构和性质的独特性和优越性决

26、定了 大米淀粉能更好的满足一些特殊应用行业的要求，因此，开发大米淀粉及其深加工产品具有深远的意义。 而且随着科学技术的不断发展，提取和深加工大米淀粉的技术和设备将进一步得到完善，这将大幅度地降 低大米淀粉及其衍生物的生产成本，同时又可提高产品的质量，为大米淀粉业的消费和拓宽应用领域奠定 了良好的基础。所以，只要我们对大米淀粉的结构和功能的关系有更进一步的了解，对当前生产大米淀粉 产品的工艺有进一步的创新，对大米淀粉的独特性质有进一步的挖掘，大米淀粉一定能生产出附加值高且 需求量大的产品，大米淀粉工业一定会有大的发展。参考文献顾正彪，李兆丰，洪雁等.大米淀粉的结构、组成与应用J.中国粮油学报,2

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