14种变性淀粉特性及其在食品工业中应用

 淀粉是植物通过光合作用合成的天然有机化合物，是一种可再生资源。随着生产发展，淀粉作为一种工业原料，对其性质提出不同要求，而天然淀粉因受其固有性质，如不溶于冷水、淀粉糊易老化脱水、被膜性差、缺乏乳化力、耐药性及耐机械性差等不足之所限，越来越不能满足现代工业新要求，为此，各种变性淀粉应运而生。变性淀粉系指利用物理、化学或酶等手段制得性质发生变化淀粉。

通过淀粉改性不仅可改善淀粉原有性质，还可赋予其新的功能特性，从而使其在食品等许多领域得以广泛应用。在食品业，变性淀粉可作为多种功能性助剂改善食品质量或开发新品种、降低生产成本和优化生产工艺。我国是农业大国，玉米、小麦、土豆、甘薯、木薯等资源十分丰富，具有明显资源优势，变性淀粉开发利用前景非常广阔。

 

1 变性淀粉分类

根据变性反应机理，淀粉变性所得产物可分为淀粉分解产物、淀粉衍生物和交联淀粉三大类。淀粉分解产物包括各种酸解、酶解、氧化、高温降解产物，如各种糊精、α–淀粉和氧化淀粉。淀粉衍生物是淀粉分子中羟基被各种官能团取代后所得产物，如羧甲基淀粉、羟甲基淀粉、阳离子淀粉等。醚类键或二酯键，使两个以上淀粉分子之间“架桥”在一起而得交联淀粉，如磷酸二淀粉酯、乙酰化二淀粉磷酸酯及羟丙基甘油双淀粉等。

淀粉按处理方式不同可分为以下几类：（1）物理变性淀粉：包括预糊化淀粉、油脂变性淀粉、烟熏变性淀粉、挤压变性淀粉、金属离子变性淀粉、超高压辐射变性淀粉等。（2）化学变性淀粉：极限糊精、酸变性淀粉、氧化淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、交联淀粉、阳离子淀粉、淀粉接枝共聚物等。（3）酶法变性淀粉：抗消化淀粉、糊精等。（4）天然变性淀粉：应用遗传技术和精选技术，培育出具有特殊用途变性淀粉。

 

2 变性淀粉应用特性

通过适当改性处理而得变性淀粉大多具有糊透明度高、糊化温度低、淀粉糊粘度大且稳定性好、凝沉性小、成膜性优、抗冻性能强及耐酸、耐碱和耐机械性强等许多优良特性，可广泛应用于食品、饲料、医药、造纸、纺织、日化及石油等业。变性淀粉在食品中应用特性可概括为如下几个方面：

2.1 增稠稳定作用

原淀粉在高温、高速搅拌，泵及管道输送所产生剪切力或低pH环境中，淀粉分子易解聚使糊粘度降低，失去增稠作用。原淀粉糊易老化凝沉，冻融稳定性差而使产品质量不稳定，影响产品保质期。变性淀粉分子含有许多醇羟基或羧基等亲水性基团，能与水发生水化作用。羟丙基、羧甲基、磷酸根和醋酸根等基团引入，削弱原淀粉分子间氢键作用，使水化作用增强，因此大多数变性淀粉能在水中甚至于冷水中膨胀并形成均匀透明糊液，糊液粘度大、且稳定性好，因而具有良好增稠性能。同样是由于上述官能团引人阻碍淀粉分子间氢键缩合脱水作用，而使其在室温和低温保藏中不回生，可避免食品凝沉，从而提高食品在室温和低温保藏过程中稳定性。另外，酸性基团引人和强的化学键缔合作用，使变性淀粉在高温、高剪切力和低pH值条件下能保持较高粘度稳定性。如生产挂面时，添加小麦淀粉磷酸酯，就能使面筋与淀粉、淀粉与淀粉之间更好结合，形成组织细密、粘弹性良好面团，改善产品质量。在木薯粉丝中添加小麦淀粉磷酸酯后，可增加粉丝韧性和抗力，提高成品率，且色泽增白增亮，口感爽滑有咬头，耐煮不粘条，煮后不混汤，冷却后放置10??h仍不粘连。另外，淀粉磷酸酯用于火腿肠等食品，增强冻融稳定性，可使火腿肠在低温冷藏时也无水分析出。

2.2 乳化作用

乳化剂是一种表面活性剂，其分子中需含亲水基团和亲油基团。乳化剂能使食品体系形成均匀稳定的分散体或乳化体，从而改善食品组织结构、口感和外观，使食品色、香、味、形构成一个和谐体，以提高食品质量和保存性质。

食用变性淀粉中具有乳化作用的有羧甲基淀粉、淀粉磷酸酯钠、辛烯基琥珀酸淀粉酯及各环状糊精等。其中羧甲基淀粉和淀粉磷酸酯钠是高分子电解质，具有一定表面活性，可作为特低脂质冰淇淋增稠乳化剂使用；辛烯基琥珀酸淀粉酯具有亲油和亲水基团，是一种表面活性剂，可用作香精、香料、维生素和油脂的乳化剂，提高它们在饮料中稳定性，便于饮料色和味稳定性。β–环状糊精作为食品乳化剂不同于常用食品表面活性剂，它内部空腔疏水，外部空腔亲水，且有很强粘性，可用于制造惯奶油、调味油、奶酪和冰淇淋，以增强稳定性。

2.3 胶凝作用

用作食品胶凝剂的变性淀粉主要有交联淀粉、酸解淀粉和氧化淀粉。用淀粉磷酸双酯代替昂贵明胶生产果冻，其凝胶结构、质地口感与明胶产品没有差别，长时间放置后也不产生老化现象。淀粉磷酸双酯用于冰淇淋生产，冰淇淋膨胀率与用明胶时相当，其它感官性质也相似，使用淀粉磷酸双酯时可缩短老化时间，从而缩短生产周期。另外，食品工业用酸解淀粉和氧化淀粉生产牛皮糖等糖果，可制得强度高的凝胶软糖，口感性好。用酸变性淀粉生产奶糖不粘牙、不粘纸、耐口嚼、富弹性，能在长时间内保持产品稳定性。用氧化淀粉代替阿拉伯胶生产胶姆糖等糖果，可大大延长产品存放期。

2.4代替脂肪

淀粉经酸解、酶解、氧化、糊精化、交联法等变性后，再经调配等一系列物理方法处理，可获得油状、软滑口感等模拟脂肪感官特性。如玉米淀粉经酸处理后干燥至含水量7%，所得白色粉末状变性淀粉可用作脂肪替代品，热量仅为脂肪热量1/9。

变性淀粉类脂肪替代品可广泛用于色拉调味料、人造奶油、夹心酱、涂抹制品、香肠肉馅、冷冻甜品等食品，但不太适于低水分食品，如曲奇饼干等。人们一方面怀有对肥胖和其它与脂肪摄入过量有关疾病恐惧；另一方面又对油脂美妙滋味难以割舍。微孔淀粉经粉碎后，能作为脂肪替代物以减少食品中热量，成为其应用又一重要方面。Whistler对微孔淀粉进行处理，如用双功能团试剂如三偏磷酸钠、二羧酸衍生物进行交联、或吸附甲基纤维素、聚乙烯乙醚等表面活性剂，或酯化、醚化等化学键共价联接以改变其流变学性质和感官性质，然后粉碎形成0.1~1μm小粒，可在食品中部分或完全替代其中脂肪以减少热量摄入。

2.5 载体作用

在食品工业，变性淀粉作为载体作用主要可分为三种：微胶囊化壁材成膜作用，环状糊精包接络合作用和微孔淀粉吸附作用。

食品配料工艺为防止活性物质遭受破坏或挥发损失、掩蔽芯材异味、改变芯材物化性质等，常采用微胶囊技术。

如环状糊精分子具有独特环状空间结构，能与有机分子形成稳定包合络合物，故使用环状糊精，能稳定产品成分，避免氧化、还原、热分解和挥发，掩盖物质苦味和异味，改善食品风味，脱除胆固醇，防止吸湿和潮解，变液体食品呈固体。如脱除蛋制品及奶制品中胆固醇，鱼、肉等蛋白制品脱腥，制备粉末香辣调味料、粉末果汁、粉末红茶，硬糖、饼干等防止香料散失等。

微孔淀粉是一种新型酶变性淀粉。系将天然淀粉经酶水解后，形成一种蜂窝状多孔性淀粉载体。由于其表面具有很多伸向淀粉中心小孔，因而具有良好吸附性能，其对功能性物质吸附量可达到原淀粉2.5~4.3倍，交联后微孔淀粉其吸附量可达到原淀粉3.0~7.5倍，可用作功能性物质（如药剂、香料、色素、保健物成分）吸附载体。

2.6 其它作用

通过变性处理提高淀粉糊透明度，可使食品具有良好透明度或诱人光泽，改善食品外观。变性淀粉可改善食品加工性能，如淀粉磷酸双酯代替黄原胶用于罐头食品，可使罐头食品在加热初期保持流动性，利用传热，提高产品质量。

 

3 常用几种变性淀粉在食品中应用

常用的食品加工用变性淀粉有预糊化淀粉、麦芽糊精、酸变性淀粉、羟丙基淀粉、醚化淀粉、酯化淀粉、羧甲基淀粉、交联淀粉等。

3.1 预糊化淀粉

该产品自身已熟化，可直接添加到终端产品中，具有增稠、稳定、改善口感等功能，能赋予食品浆状或粒状组织，不论在高酸性或低酸性环境中均能适用，使产品外观和口感都得以改善。由于这种淀粉能在食品加工中模拟番茄和果浆特性，尤适于开发番茄产品，制造具有“真番茄”特征和高度浆状外观产品。

3.2 麦芽糊精

麦芽糊精具有甜度低、粘度高、溶解性佳、暖湿性小、增稠性强、成膜性优等特性。在糖果工业，麦芽糊精能有效降低糖果甜度、增加糖果韧性，提高糖果质量。在冷饮饮料中，麦芽糊精作为重要原料，能提高产品溶解性，突出原有产品风味，增强粘稠感。在儿童食品中，麦芽糊精因低甜度和易吸收可作为理想载体，预防或减轻儿童龋齿病和肥胖症，低DE值麦芽糊精遇水易生成凝胶，其口感与油脂类似，因此在油脂含量较高食品中，如冰淇淋、鲜奶蛋糕等，可代替其中部分油脂，降低食品热量，同时并不影响口感。

3.3 酸变性淀粉

用酸处理一般淀粉乳使之改性为变性淀粉，属可溶性淀粉。酸处理后淀粉，大大提高淀粉凝胶性（酸变性玉米淀粉为最），可用于果冻、夹心饼、糖精生产：酸变性淀粉，其冷粘度与热粘度比值增大。

3.4 羟丙基淀粉

羟丙基淀粉是环氧丙烷在碱性条件下与淀粉发生醚化反应而制得一类非离子型变性淀粉。由于取代醚键稳定性高，羟丙基具有亲水性，能减弱淀粉颗粒结构内部氢键强度，使其易于膨胀、糊化容易、糊液透明、流动性好、凝沉性弱、稳定性高。羟丙基淀粉在加热蒸煮过程中，糊的成膜性好、透明、柔软、平滑、耐折性好。

羟丙基变性淀粉可作为食品增稠剂、悬浮剂和涂料等，作为增稠剂特别适于冷冻食品和方便食品，使食品在低温储存时具有良好保水性。因与其它物料相容性好，能与其它增稠剂共用，如可与果胶、卡拉胶共用于乳制品。此外，因其对电解质影响稳定性高，更适于含盐量高的食品。其作为悬浮剂加入浓缩橙汁或酱油中，流动性好，放置不分层和沉淀，用作食品涂料和包装薄膜的高直链羟丙基淀粉能溶于水，形成透明并可食用薄膜，氧气不能渗入，在常温和不同相对湿度时都是如此，适于作食品涂料和包装之用。

羟丙基变性淀粉取代醚键的稳定性高，在水解、氧化、交联等化学反应过程中取代基不会脱落，这种性质利于复合变性，复合变性后应用于食品能具有更好应用效果。通过复合变性，淀粉能耐受高温、机械剪切、酸性环境，提供良好粘结效果和维持形态均一，用作肉汁、沙司、果汁馅、布丁增稠剂，使之口感平滑、浓稠透明、清晰而无颗粒感。又如：羟丙基复合变性淀粉用于酸奶作为增稠剂，能与牛乳组分形成网络连接，其中负电荷基团如羟基聚集在界面上，与牛乳组分发生化学反应，增大这些组分水合作用程度，并稳定网络中蛋白质分子，网络则阻滞水的自由移动，达到固水和增稠双效。羟丙基醚化再经乙酰化复合变性淀粉产品为口香糖良好基料，体现较好弹性和口嚼性。应用于酱油中羟丙基复合变性淀粉具有更好悬浮稳定效果。

3.5 酯化淀粉

3.5.1 淀粉磷酸酯

淀粉磷酸酯是将正磷酸钠或三聚磷酸钠、三偏磷酸钠等磷酸盐与淀粉分子羟基发生酯化反应而制得。按成酯数可分为磷酸一酯、磷酸二酯和磷酸三酯，其中磷酸与两分子淀粉反应生成磷酸二酯属交联淀粉。淀粉磷酸酯水溶性较好，并具有较高糊粘度、透明度和稳定性，在食品业可用作增稠剂、稳定剂、乳化剂。淀粉磷酸酯可在橙汁生产中作乳化剂，代替价格较高阿拉伯胶。淀粉磷酸二酯对面条、方便面品质改良具有明显效果。在面条加工中，淀粉磷酸二酯作为增稠剂，由于其具有良好粘附性能，加入面粉中和面时，能使面筋与淀粉颗粒、淀粉颗粒与淀粉颗粒及它们与破碎面筋片段能很好粘合起来，形成具有良好粘弹性和延伸性面团，添加淀粉磷酸二酯面条强度大、断条率低、口感嫩滑、有咬劲。方便面使用淀粉磷酸二酯可降低2%~3%耗油量。若蛋糕添加其≤4%量，能延长蛋糕货架寿命，延缓蛋糕老化，对蛋白发泡体系持泡性能也有显著改善。由于淀粉磷酸酯具有透明度高、粘度大、冻融稳定性强、乳化性优、持水性好、抑菌效果明显等诸多优良性能，因此很有必要进一步加强对淀粉磷酸酯基础性研究，以便更好应用于食品行业，并能促进淀粉工业和食品添加剂生产不断发展和壮大。

3.5.2 辛烯基琥珀酸淀粉酯钠

辛烯基琥珀酸淀粉酯钠又称纯胶，在水包油型乳浊液中具有特殊乳化稳定性，是一类新型食品乳化稳定剂和增稠剂。辛烯基琥珀酸淀粉酯钠在水乳液中能均匀分散，稳定规定淀粉含量和所需粘度的乳化液，并有良好流动性，且乳浊液具良好光泽度，在容器壁上不会挂壁。

3.6 羧甲基淀粉

羧甲基淀粉（CMS）是淀粉与氯乙酸在碱性条件下发生醚化反应而制得水溶性淀粉衍生物，是变性淀粉主要品种之一。CMS为白色粉末，无毒、无臭，类似于其它淀粉通性，能直接溶解于冷水的高分子淀粉醚，具有增稠、乳化、分散、粘合等优良性能。由于其结构和性能与羧甲基纤维素（CMC）相近，可在许多场合部分代替价格昂贵羧甲基纤维素，广泛用于石油钻井、洗涤用品、化妆品、纺织浆料、造纸、食品、建材、铸造、皮革、制药等众多领域，如用于冰淇淋、果冻食品，效果优于其它增稠剂，如海藻酸钠、羧甲基纤维素等；用于果汁、奶和乳制品饮料，可保持产品均匀稳定、防止奶蛋白凝聚，能长期、稳定贮藏而不腐败变质，是一种很好稳定剂；用于面食和糕点生产，可起到调节面团弹性、增加柔韧性、改善成型性、保持水分等作用。羧甲基淀粉稀释水溶液喷洒到肉制品、蔬菜、水果等食品表面，能形成一种极薄膜，能长期储存食品，保持食品鲜嫩，是很好保鲜剂。

3.7 交联变性淀粉

用双官能团或多官能团试剂处理淀粉，淀粉分子羟基与交联剂反应，各淀粉分子之间形成链桥，使淀粉分子交联，生成交联淀粉。淀粉经交联后，粘度比原淀粉高，具有更好抗加工强度，耐热性和对酸碱稳定性提高，不易糊化，能适应各种相应用途。交联淀粉口感更细腻，因此被广泛用于汤料、罐头、酱汁调味料、婴儿食品、水果馅料、布丁等食品。

3.8 复合变性淀粉

对淀粉进行二次或二次以上变性处理，处理后产品被称为复合变性淀粉或多元变性淀粉。以交联淀粉为基础，可进一步加工为各类变性淀粉，如羧甲基化、氧化、阳离子化等，经多元变性的产品性能更符合应用要求。另外，在羟丙基淀粉基础上进行磷酸酯化复合变性淀粉也有研究；采用不同生产工艺，结合物理和化学方法对淀粉进行改性研究也越来越多。例如，交联淀粉与季铵阳离子剂进行醚化反应生成季铵阳离子交联淀粉，能有效除去水中铬酸根、重铬酸根、亚铁氰根、高锰酸根、钼酸根等阴离子，成为很好污水处理絮凝剂。由于价格较高，多元淀粉在变性淀粉市场占有量并不高。

 

4 结束语

变性淀粉种类多样性和众多优良应用特性，使其在食品及其它行业中获得广泛应用。淀粉作为易于利用的丰富可再生资源，对其开发利用备受世界各国重视。我国变性淀粉开发起步较晚，在食品及其它一些领域推广和应用也不普遍；且我国变性淀粉生产技术还较落后，生产规模与我国国情也不相称，仅食品行业空缺就很大。今后，一方面要重视新产品、新技术研究开发工作；另一方面，要提高生产规模和产品质量，搞好推广应用。另外，应针对我国淀粉资源实际情况，进行各类淀粉基础研究，为研制各类变性淀粉选择最佳淀粉原料提供科学依据。