行业动态热处理对淀粉改性的研究进展
随着工业生产技术的发展，新产品的不断出现，对淀粉性质的要求越来越苛刻，原淀粉的性质已不适应于很多应用领域。因此，人们对淀粉进行变性处理，使淀粉的结构和理化性质发生变化，以符合应用的要求。用化学方法改性淀粉的研究很多，工艺也很成熟。但该方法由于使用了化学试剂，当变性淀粉作为食品添加剂应用时，人们考虑到自身的安全而对这种变性淀粉有所顾忌。而物理方法和酶处理的方法不存在这个问题。常用的物理方法包括机械、微波等方法，而用热处理（Annealing）改性淀粉国内研究很少，本文将对热处理引起的淀粉结构和理化性质变化作一概述。
1． 热处理
在不损坏淀粉颗粒结构的情况下，热液处理能改变淀粉的物化性质。热液处理包括热处理和湿热处理。
热处理是指在过量或中等的水存在情况下，即含水量大于或等于40%（质量分数），在一定的温度范围（高于玻璃化转变温度但低于糊化温度）处理淀粉的一种物理方法。它只有在无定型区的淀粉处于流动的橡胶状态时才能进行。热处理可分为一步处理和多步处理。
2． 热处理对淀粉的改性
2.1 热处理对淀粉颗粒结构的影响
2.1.1 热处理对淀粉颗粒态和结晶的影响
淀粉经热处理后，颗粒尺寸和形状不会改变；在热处理过程中，没有碳水化合物从颗粒中溶出。用宽角X射线考察热处理过的小麦淀粉、马铃薯淀粉、扁豆淀粉、燕麦淀粉，它们的晶间距都没有发生明显的变化。Jacobs等同样发现在热处理一次或两次小麦淀粉、马铃薯淀粉、豌豆淀粉后结晶的种类程序没有发生变化，小角X射线检测的结果表明结晶层和无定型层之间距离没有改变。
2.1.2 热处理对淀粉双螺旋结构的影响
Jacobs等在1998年用核磁共振检测热处理的小麦淀粉、马铃薯淀粉、豌豆淀粉和对应的原淀粉，在检测范围内没有发现双螺旋结构的变化。
2.2 热处理对淀粉物理性质的影响
2.2.1 热处理对淀粉糊化性质的影响
Lorenz和Kulp用熔点显微镜测定发现热处理后淀粉的糊化温度升高，糊化温度范围增加。这一结果后来被其他的研究者用DSC证实。一些研究者发现热处理淀粉的糊化焓增加，而另一些研究者则发现糊化焓不变。Jacobs等记录了小麦和马铃薯原淀粉以及一步和两步热处理淀粉糊化的小角X射线衍射图。小角衍射图表明热处理淀粉在糊化的开始阶段水吸收不仅被阻止，而且比原淀粉吸收的水要少。多步热处理的温度比一步热处理高，Jacobs分两步处理小麦和马铃薯淀粉，小麦淀粉热处理的第一步和第二步的温度分别为48℃和53℃，而马铃薯淀粉的第一步和第二步温度分别为50℃和55℃。
2.2.2 热处理对淀粉糊性质的影响
Hjermsted发现马铃薯在热处理的过程中粘度降低，糊化温度增加，冷却时更容易形成胶体。通过专用的淀粉粘度测定仪，Stute也发现了和Hjermsted同样的结果。热处理小麦淀粉、豌豆淀粉、米淀粉能增加峰粘度和冷却时的粘度。但Jacobs用快速粘度仪测定热处理的豌豆淀粉、小麦淀粉时却得到不同的结果。热处理对淀粉粘度曲线的影响随淀粉种类和所用仪器的不同而不同。而且粘度测定仪的加热冷却速度也影响热处理淀粉的粘度曲线。但原淀粉的粘度曲线比对应的热处理淀粉更容易受加热速度和搅拌时间的影响。
2.2.3 热处理对淀粉膨胀力和溶解度的影响
Hoover等发现热处理小麦淀粉后其膨胀能力以及直链从颗粒中的熔出都降低。而Jacobs等则发现热处理的马铃薯淀粉其膨胀能力和溶解度降低。
2.2.4 热处理对淀粉糊老化动力学的影响
20%和9.9%的热处理小麦淀粉胶体的弹性模量比相同浓度的原淀粉胶体弹性模量高，这是由于热处理增加了淀粉颗粒的刚性。
2.3 热处理对淀粉化学性质的影响
热处理影响颗粒淀粉对酸的敏感性。Hoover等用2.2mol/LHCl在35℃水解热处理淀粉20d后发现，小麦淀粉、马铃薯淀粉和小扁豆淀粉的水解程度降低了5%，而燕麦淀粉的水解程度增加了14%。用HPAEC测定水解7d和20d的热处理小麦淀粉、水解7d的热处理马铃薯淀粉和20d的热处理豌豆淀粉，结果发现其聚合度比水解的相应原淀粉高。这是由于热处理淀粉后，支链淀粉的1，6-葡苷键比原淀粉更能抵抗酸的攻击。
2.4 热处理对淀粉生物学性质的影响
早在1971年,Gough等发现用热处理能增加小麦淀粉对Bacillus subtilis α-淀粉酶的敏感性。Lauro等也发现热处理的燕麦淀粉更容易被酶作用。但Kuge等发现热处理降低了马铃薯淀粉对B.subtilisα-淀粉酶的敏感性。Jacobs等发现淀粉的种类或者说结晶的类型影响酶水解一步和两步热处理淀粉。在水解的开始阶段，对一步处理的豌豆淀粉和马铃薯淀粉来说抗酶解性增强而对热处理的小麦淀粉和两步热处理的豌豆淀粉来说却几乎不变。但是在水解的第二个缓慢阶段，热处理的小麦淀粉和豌豆淀粉比对应的原淀粉水解的程度更大，而热处理的马铃薯淀粉比原淀粉更具有抗酶解性。用DSC和核磁共振检测表明热处理能增强小麦淀粉的双螺形结构对酶水解的敏感性。
2.5 热处理对淀粉其它方面的影响
Kulp等通过研究热处理的普通和高链大麦淀粉发现其直链－脂质复合物的V型结构没有变化。Jacobs等通过DSC和核磁共振的方法得出热处理小麦淀粉的直链－脂质复合物结构不受影响，其量经过热处理后也没有发生变化。
3. 结束语
虽然很多研究者对热处理改性淀粉做了很多工作，但还不能从分子结构上准确地解释热处理对淀粉性质的影响。现有的一些解释是从结晶区和无定型区以及结晶区和无定型区的相互作用来考虑。如认为热处理增强了无定型区的直链和支链分子的作用，使结晶区已存在的结晶生长或完善。这些问题会随着先进分析仪器的出现而得到解决。
热处理作为一种物理改性淀粉的技术，特别在生产食品添加剂用的变性淀粉时显出其优越性。这种技术在国外发展很快，但在我国研究很少，没有受到应用的重视。因此，在目前大力提倡绿色食品的情况下，热处理是一种行之有效的改性淀粉生产方法。
1． 热处理
在不损坏淀粉颗粒结构的情况下，热液处理能改变淀粉的物化性质。热液处理包括热处理和湿热处理。
热处理是指在过量或中等的水存在情况下，即含水量大于或等于40%（质量分数），在一定的温度范围（高于玻璃化转变温度但低于糊化温度）处理淀粉的一种物理方法。它只有在无定型区的淀粉处于流动的橡胶状态时才能进行。热处理可分为一步处理和多步处理。
2． 热处理对淀粉的改性
2.1 热处理对淀粉颗粒结构的影响
2.1.1 热处理对淀粉颗粒态和结晶的影响
淀粉经热处理后，颗粒尺寸和形状不会改变；在热处理过程中，没有碳水化合物从颗粒中溶出。用宽角X射线考察热处理过的小麦淀粉、马铃薯淀粉、扁豆淀粉、燕麦淀粉，它们的晶间距都没有发生明显的变化。Jacobs等同样发现在热处理一次或两次小麦淀粉、马铃薯淀粉、豌豆淀粉后结晶的种类程序没有发生变化，小角X射线检测的结果表明结晶层和无定型层之间距离没有改变。
2.1.2 热处理对淀粉双螺旋结构的影响
Jacobs等在1998年用核磁共振检测热处理的小麦淀粉、马铃薯淀粉、豌豆淀粉和对应的原淀粉，在检测范围内没有发现双螺旋结构的变化。
2.2 热处理对淀粉物理性质的影响
2.2.1 热处理对淀粉糊化性质的影响
Lorenz和Kulp用熔点显微镜测定发现热处理后淀粉的糊化温度升高，糊化温度范围增加。这一结果后来被其他的研究者用DSC证实。一些研究者发现热处理淀粉的糊化焓增加，而另一些研究者则发现糊化焓不变。Jacobs等记录了小麦和马铃薯原淀粉以及一步和两步热处理淀粉糊化的小角X射线衍射图。小角衍射图表明热处理淀粉在糊化的开始阶段水吸收不仅被阻止，而且比原淀粉吸收的水要少。多步热处理的温度比一步热处理高，Jacobs分两步处理小麦和马铃薯淀粉，小麦淀粉热处理的第一步和第二步的温度分别为48℃和53℃，而马铃薯淀粉的第一步和第二步温度分别为50℃和55℃。
2.2.2 热处理对淀粉糊性质的影响
Hjermsted发现马铃薯在热处理的过程中粘度降低，糊化温度增加，冷却时更容易形成胶体。通过专用的淀粉粘度测定仪，Stute也发现了和Hjermsted同样的结果。热处理小麦淀粉、豌豆淀粉、米淀粉能增加峰粘度和冷却时的粘度。但Jacobs用快速粘度仪测定热处理的豌豆淀粉、小麦淀粉时却得到不同的结果。热处理对淀粉粘度曲线的影响随淀粉种类和所用仪器的不同而不同。而且粘度测定仪的加热冷却速度也影响热处理淀粉的粘度曲线。但原淀粉的粘度曲线比对应的热处理淀粉更容易受加热速度和搅拌时间的影响。
2.2.3 热处理对淀粉膨胀力和溶解度的影响
Hoover等发现热处理小麦淀粉后其膨胀能力以及直链从颗粒中的熔出都降低。而Jacobs等则发现热处理的马铃薯淀粉其膨胀能力和溶解度降低。
2.2.4 热处理对淀粉糊老化动力学的影响
20%和9.9%的热处理小麦淀粉胶体的弹性模量比相同浓度的原淀粉胶体弹性模量高，这是由于热处理增加了淀粉颗粒的刚性。
2.3 热处理对淀粉化学性质的影响
热处理影响颗粒淀粉对酸的敏感性。Hoover等用2.2mol/LHCl在35℃水解热处理淀粉20d后发现，小麦淀粉、马铃薯淀粉和小扁豆淀粉的水解程度降低了5%，而燕麦淀粉的水解程度增加了14%。用HPAEC测定水解7d和20d的热处理小麦淀粉、水解7d的热处理马铃薯淀粉和20d的热处理豌豆淀粉，结果发现其聚合度比水解的相应原淀粉高。这是由于热处理淀粉后，支链淀粉的1，6-葡苷键比原淀粉更能抵抗酸的攻击。
2.4 热处理对淀粉生物学性质的影响
早在1971年,Gough等发现用热处理能增加小麦淀粉对Bacillus subtilis α-淀粉酶的敏感性。Lauro等也发现热处理的燕麦淀粉更容易被酶作用。但Kuge等发现热处理降低了马铃薯淀粉对B.subtilisα-淀粉酶的敏感性。Jacobs等发现淀粉的种类或者说结晶的类型影响酶水解一步和两步热处理淀粉。在水解的开始阶段，对一步处理的豌豆淀粉和马铃薯淀粉来说抗酶解性增强而对热处理的小麦淀粉和两步热处理的豌豆淀粉来说却几乎不变。但是在水解的第二个缓慢阶段，热处理的小麦淀粉和豌豆淀粉比对应的原淀粉水解的程度更大，而热处理的马铃薯淀粉比原淀粉更具有抗酶解性。用DSC和核磁共振检测表明热处理能增强小麦淀粉的双螺形结构对酶水解的敏感性。
2.5 热处理对淀粉其它方面的影响
Kulp等通过研究热处理的普通和高链大麦淀粉发现其直链－脂质复合物的V型结构没有变化。Jacobs等通过DSC和核磁共振的方法得出热处理小麦淀粉的直链－脂质复合物结构不受影响，其量经过热处理后也没有发生变化。
3. 结束语
虽然很多研究者对热处理改性淀粉做了很多工作，但还不能从分子结构上准确地解释热处理对淀粉性质的影响。现有的一些解释是从结晶区和无定型区以及结晶区和无定型区的相互作用来考虑。如认为热处理增强了无定型区的直链和支链分子的作用，使结晶区已存在的结晶生长或完善。这些问题会随着先进分析仪器的出现而得到解决。
热处理作为一种物理改性淀粉的技术，特别在生产食品添加剂用的变性淀粉时显出其优越性。这种技术在国外发展很快，但在我国研究很少，没有受到应用的重视。因此，在目前大力提倡绿色食品的情况下，热处理是一种行之有效的改性淀粉生产方法。
