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        預(yù)糊化淀粉在食品中應(yīng)用的研究進展

        2022-09-28 08:11:16楊世雄高飛虎張雪梅張歡歡梁葉星
        中國糧油學(xué)報 2022年8期
        關(guān)鍵詞:冷水淀粉特性

        楊世雄, 高飛虎, 張 玲, 張雪梅, 張歡歡, 李 雪, 梁葉星, 李 鴻

        (重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,重慶 401329)

        淀粉是植物中最常見的碳水化合物,也是人類能量攝入的主要來源。淀粉由支鏈淀粉和直鏈淀粉組成,二者以一定形式排列成具有部分結(jié)晶區(qū)的淀粉顆粒結(jié)構(gòu),天然淀粉具有微晶束結(jié)構(gòu),在冷水中無法溶解,因此天然淀粉的應(yīng)用受到很大制約。為改善原淀粉的性質(zhì)及拓寬其在食品工業(yè)中的應(yīng)用,可對原淀粉進行預(yù)糊化處理,預(yù)糊化是一種物理改性淀粉方式,其主要特點是能夠在冷水中溶解膨脹,形成具有一定黏度的淀粉糊,使用方便,且其凝沉性比原淀粉小,應(yīng)用非常廣泛[1]。

        預(yù)糊化淀粉(pre-gelatinized starch, PGS),亦稱α-淀粉,指的是通過某種方法將淀粉加熱糊化,并在高溫條件下迅速干燥形成的一種冷水可調(diào)制成糊液的改性淀粉。淀粉糊化的本質(zhì)是淀粉顆粒結(jié)晶的融化,即淀粉中晶體與非晶體態(tài)的淀粉分子之間的氫鍵斷裂,經(jīng)過不可逆的無序化轉(zhuǎn)換,此過程中淀粉顆粒由逐漸吸水、膨脹、結(jié)晶性消失及至直鏈淀粉析出。淀粉糊化一般可分為3個階段:可逆階段,水分進入淀粉顆粒的非晶體部分,體積略有膨脹,此時冷卻干燥,顆??梢詮?fù)原,雙折射現(xiàn)象不變;不可逆階段,隨著溫度升高,水分子進入淀粉微晶間隙,不可逆地大量吸水,雙折射現(xiàn)象逐漸模糊以至消失,淀粉粒體積增大至原體積50~100倍;淀粉粒解體,淀粉分子全部進入溶液,淀粉糊化[2, 3]。將新鮮制備的糊化淀粉漿脫水干燥,可得易分散于冷水中的PGS,因其在冷水中可溶、黏合性好等良好性質(zhì),在主食化食品[4]、烘焙食品[5, 6]、肉類產(chǎn)品[7]、休閑食品[8, 9]等產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用,以此來提升產(chǎn)品品質(zhì)。

        1 PGS的制備

        近年來,國內(nèi)外對PGS的各種制備方法均有研究,其基本制備工藝為:天然淀粉→糊化→干燥→粉碎→過篩→包裝。

        PGS常見的的制備方法主要有滾筒干燥法、擠壓膨化法、噴霧干燥法及真空冷凍干燥法等,比如Wiriyawattana等[10]研究了滾筒干燥法的工藝參數(shù)對預(yù)糊化米粉特性的影響,Santos等[11]利用響應(yīng)面實驗對木薯PGS噴霧干燥工藝進行了優(yōu)化。目前由于制備成本等因素的影響,PGS在實際生產(chǎn)中主要的制備方法是滾筒干燥法,具體生產(chǎn)工藝為:天然淀粉→調(diào)粉罐→單鼓或雙鼓滾筒干燥機→輸送機→破碎機→風(fēng)送收集系統(tǒng)→篩分機→包裝。其他制備方法如微波法[12, 13]、酶解輔助法[14]、氣流膨化法[15]、機械活化法[16, 17]、蒸汽升溫法[18]、超聲輔助法[19]等應(yīng)用較少。PGS常見制備方法見表1。

        表1 PGS的主要制備方法比較[20]

        2 PGS的特性

        天然淀粉的顆粒具有微晶結(jié)構(gòu),在冷水中不具備溶解性。將原淀粉在一定量的水存在下進行加熱糊化處理后,淀粉顆粒溶脹,排列規(guī)則的膠束被破壞,微晶消失。經(jīng)預(yù)糊化處理的淀粉能在冷水中迅速膨脹,具有常溫水可溶性、保水性、凝膠性和膨脹性等特點[33]。由于原淀粉種類、制備工藝等的不同決定了PGS的性能也有所差異,而影響PGS性能的主要因素有原材料、加工方式、形狀及大小顆粒、晶體結(jié)構(gòu)及其他因素的影響等[34]。

        常見PGS常見的性質(zhì)有:易消化性。在預(yù)糊化過程中,水分子破壞淀粉分子氫鍵,從而破壞淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu),使之溶脹于水中,因此易被淀粉酶作用,利于人體消化吸收。PGS這一性質(zhì),可用于嬰幼兒及老年人食品生產(chǎn)。較好的黏彈性。PGS分子顆粒膨脹時,能通過主鍵間的共價作用形成具有黏彈性的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[35],其較好的黏彈性可以代替面粉中的面筋,因此PGS在傳統(tǒng)面制食品中有一定的優(yōu)勢。較強的保水性。PGS具有多孔結(jié)構(gòu),因此具有較強的吸水性和產(chǎn)氣能力,在制作蛋糕等烘焙食品時,可改善具容積,并能增加成品新鮮度及結(jié)構(gòu)均勻性,使得產(chǎn)品松軟、口感良好。冷水溶解溶脹性。形成具有一定糊液分散性較好,且有增稠穩(wěn)定的作用,使用方便。強吸水性、糊化度及黏彈性較高,可增強食品彈性和成型性,可作為食品加工過程中的粘合劑。PGS具有氫鍵斷裂、多孔結(jié)構(gòu),與天然淀粉相比,具有冷水可溶性、高分散性、高黏度和高膨脹性、高吸油性等特點[36],因此,被廣泛應(yīng)用于食品[37-40]、醫(yī)藥[41-43]等行業(yè)中。

        3 PGS在食品中的應(yīng)用

        3.1 PGS在面制品中的應(yīng)用

        PGS的強吸水性、保水性、黏彈性等在面制品中有著廣泛的應(yīng)用,通過添加方便、安全、綠色的PGS來改善面制品在外觀、結(jié)構(gòu)及食用品質(zhì)等方面的一些不足。徐斌等[44]采用蒸煮,擠壓膨化和滾筒干燥對燕麥進行預(yù)糊化處理,研究了燕麥預(yù)糊化處理對高含量燕麥掛面品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,添加預(yù)糊化燕麥粉可以改善掛面品質(zhì)。孫曉靜等[29]研究了PGS對苦蕎面團流變性質(zhì)及蘆丁降解的的影響,發(fā)現(xiàn)預(yù)糊化使苦蕎麥面團的粉質(zhì)特性得到改善,與未處理的全粉面團相比,PGS面團內(nèi)部形成了連續(xù)、均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),而且其質(zhì)構(gòu)特性也得到了改善。Yousif等[45]研究發(fā)現(xiàn),添加5%~15%的PGS至玉米面條中可改善面條的食用品質(zhì)。李陽等[46]探索了預(yù)糊化對蕎麥掛面品質(zhì)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)對蕎麥進行預(yù)糊化處理可以提高蕎麥粉的質(zhì)量分數(shù)至50%左右,且制得的蕎麥掛面品質(zhì)較好。劉書航等[47]研究了預(yù)糊化玉米粉對掛面品質(zhì)的影響,當(dāng)預(yù)糊化玉米粉的質(zhì)量分數(shù)為40%時,掛面蒸煮時間最佳抗彎曲力較大,且有良好口感,有利于掛面成型。Ortolan等[48]發(fā)現(xiàn)將PGS加入面團中,其強吸水性及結(jié)構(gòu)的無序化可以改變面制品的醒發(fā)體積及凝膠特性,調(diào)控其品質(zhì)。

        3.2 PGS在米制品中的應(yīng)用

        PGS良好的性能在米制品中也有著大量的應(yīng)用。例如周葵等[32]研究了富硒大米粉預(yù)糊化及其復(fù)配代餐粉的制備方法,考察了不同加工方式對大米粉硒保留率及品質(zhì)的影響,并以預(yù)糊化富硒大米粉為主要原料制備代餐粉。王宏偉等[49]研究了PGS對糯米粉微觀結(jié)構(gòu)、糊化及流變性能的影響,發(fā)現(xiàn)將PGS以不同比例分別添加至糯米粉中,隨著添加量的增加其凝膠結(jié)構(gòu)特性變化顯著,證實了PGS的添加有利于形成穩(wěn)定性更高的強凝膠結(jié)構(gòu)糯米,此外PGS的添加能夠增強顆粒表面結(jié)構(gòu)的致密性,提高其相對結(jié)晶度,從而有助于糯米粉糊形成三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu),極大改善其凝膠性能。Wang等[50]將PGS加入糯米粉團后發(fā)現(xiàn)蒸煮后的粉團開裂率和水分損失率降低,因此通過添加適當(dāng)?shù)腜GS可以改善糯米團的食用品質(zhì)。吳宗帥等[51]研究了PGS對米發(fā)糕品質(zhì)的影響,經(jīng)綜合評定PGS能夠顯著提高米發(fā)糕的比容、彈韌性、組織結(jié)構(gòu),有效的抑制了米發(fā)糕老化。劉慶慶等[18]研究了預(yù)糊化條件對萌芽糙米蒸煮質(zhì)構(gòu)特性及品質(zhì)的影響,特定的預(yù)糊化條件可以提升萌芽糙米的質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮特性、感官品質(zhì)??嘴鞯萚52]研究了蒸汽預(yù)糊化處理對發(fā)芽糙米結(jié)構(gòu)和吸水特性的影響,結(jié)果推測,預(yù)糊化后發(fā)芽糙米結(jié)構(gòu)及吸水性的變化是其蒸煮特性改善的主要原因。

        3.3 PGS在烘焙食品中的應(yīng)用

        由于PGS的吸水性可以改善體系的產(chǎn)氣能力,因此,將其應(yīng)用在烘焙食品中可得到更為酥軟的食品。馬寧等[28]研究了猴頭菇-青稞預(yù)糊化粉的不同添加比例對桃酥品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,預(yù)糊化粉的營養(yǎng)成分改善,糊化溫度降低,穩(wěn)定性提升,桃酥中的K等礦物質(zhì)、膳食纖維及蛋白質(zhì)含量與預(yù)糊化粉的添加量成正比,但是猴頭菇-青稞預(yù)糊化粉的占比差超過50%后,則對桃酥的口感等造成負面影響。Hesso等[53]在小麥粉中添加了部分PGS做成磅餅,研究表明PGS的添加抑制了其在儲存過程中的老化。謝少梅等[54]研究了PGS在麻糬面包中的應(yīng)用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),添加一定比例的預(yù)糊化木薯淀粉和預(yù)糊化馬鈴薯淀粉均能明顯提高麻糬面包的質(zhì)構(gòu)和口感。

        3.4 PGS在休閑保健食品中的應(yīng)用

        PGS具有多孔結(jié)構(gòu),可以改善膨化豆、脆皮花生等休閑食品的脆皮組織,賦予其酥、脆而且蓬松的結(jié)構(gòu)。張淑芬等[23]將糯玉米PGS添加至卡仕達醬中,結(jié)果表明,PGS不僅能夠賦予產(chǎn)品細膩爽滑的口感和良好的組織狀態(tài),而且其還具有較好的熱穩(wěn)定性。Bortnoeska等[55]發(fā)現(xiàn),預(yù)糊化蠟質(zhì)玉米淀粉可以作為增稠劑代替非淀粉親水膠體應(yīng)用在低脂乳狀液中,有利于開發(fā)低脂保健型食品乳化劑。劉淑一[56]研究了預(yù)糊化對燕麥全粉理化性質(zhì)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),預(yù)糊化處理有效提高了燕麥全粉的加工適應(yīng)性與貯藏穩(wěn)定性。饒先軍等[57]探索了預(yù)糊化替代復(fù)合磷酸鹽在油炸蠶豆中的應(yīng)用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),預(yù)糊化能夠使蠶豆保持完整外形,油炸后產(chǎn)品酥脆可口。邵子晗等[21]研究了不同預(yù)糊化時間對即食沖調(diào)粉品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,通過對原料進行預(yù)糊化處理,可顯著改善滾筒干燥后米粉的沖調(diào)特性,且提高了產(chǎn)品是淀粉水解率和抗性淀粉含量。

        3.5 PGS在其他食品中的應(yīng)用

        PGS除了在上述食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用,還在冷凍食品、肉類食品、調(diào)味品、軟飲料等食品行業(yè)中均有應(yīng)用。Li等[58]研究了PGS等淀粉衍生物對冷凍饅頭面團品質(zhì)劣化的緩解作用,研究發(fā)現(xiàn)其可顯著提高饅頭的比容積,降低饅頭的硬度。郭玉[59]將制備的預(yù)糊化羥丙基木薯淀粉加入到冷凍面團中,發(fā)現(xiàn)其對冷凍面條的食用品質(zhì)具有一定是改善,尤其是提高了面條的抗凍性。Lei等[60]發(fā)現(xiàn),蛹蟲草粉和谷物混合粉經(jīng)過雙螺桿擠壓與糊化后可以顯著提高必需氨基酸的含量與風(fēng)味。徐敬欣等[61]研究了綠豆淀粉預(yù)糊化溫度對肉粉腸品質(zhì)的影響,結(jié)果表明隨著PGS溫度升高,肉粉腸的淀粉糊化度和乳化穩(wěn)定性顯著增強(P<0.05),蒸煮損失顯著降低(P<0.05),且大量自由水向不易流動水轉(zhuǎn)變。張可等[13]研究了預(yù)糊化處理對蕎麥淀粉理化特性的影響,結(jié)果表明,PGS顆粒擁有更緊密的晶區(qū)結(jié)構(gòu),淀粉分子鏈斷裂,分子間作用力變大,分散程度增強,說明PGS處理嫩能破壞蕎麥淀粉的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使其更容易糊化。

        4 總結(jié)與展望

        PGS具有氫鍵斷裂、多孔等特殊結(jié)構(gòu),與天然淀粉相比,具有冷水可溶性、易消化性、高分散性、高黏度和高膨脹性及高吸油性等優(yōu)異的性能,被廣泛應(yīng)用于嬰幼兒老年人食品、傳統(tǒng)面制品、烘焙食品、肉制品、保健食品等諸多領(lǐng)域,應(yīng)用前景非常廣泛,存在著巨大的市場空間。對PGS的進一步研究利用,結(jié)合不同食品領(lǐng)域需求制備不同特性的PGS,這對我國食品工業(yè)的發(fā)展有著重要意義。

        目前,PGS在食品中的應(yīng)用研究主要集中在面制品、米制品以及烘焙等食品行業(yè),而在肉制品、速凍食品、飲料、快餐等諸多食品行業(yè)中應(yīng)用較少。還有針對PGS的制備工藝、理化性質(zhì)研究較多,但是對PGS的制備機理,即每種制備方法的制備原理,引起理化性質(zhì)差異背后的機理分析等研究甚少。因此,在PGS的制備原理及特性機理分析等方面還需進行深入研究。

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