大米淀粉的特性、提取、应用现状.doc

大米淀粉的特性、提取、应用现状钟智原( 广西工学院 鹿山学院、生物资源系食品101，广西 柳州市 545616) 摘要：大米是中国人最常见的一种主要粮食，而在大米的组成成分中淀粉的含量占了高达80左右，是人们食用大米从中提取的营养成分中最主要的一种。而现今如何更加有效地利用大米尤其是其中的淀粉是人们最近研究的热点。简单介绍了大米淀粉的性质、生产技术，并且对大米淀粉的应用也做了简单的介绍。关键词：大米；淀粉；特性；提取；应用；种类中图分类号：TS231 文献标志码：A引言大米中的主要成分是淀粉，含量高达80%左右，淀粉工业的三大原料是玉米、小麦和马铃薯，大米淀粉只占13%，不到玉米的一半，列第4位。大米淀粉在所有商业淀粉中，颗粒度最小，粒径约为3m8m，其形状多数呈不规则的多角形，且棱角显著。大米淀粉作为世界型可再生资源，凭借着其特有的物理化学性质在很多领域当中得到广泛的应用，也对很多传统的非可再生资源起到了很好的代替作用，具有很好的市场前景。稻谷籽粒主要以淀粉的形式储藏能量。糙米含淀粉约80，居粮食的首位，是一种优质的氮源。淀粉为白色粉末状物质，密度为1.5 g/cm3，不溶于水，在水中沉淀，故名淀粉。稻米中的淀粉通常称为大米淀粉。大米淀粉含有较低水平的脂质和矿物质，与淀粉结合的脂质是极性脂质。淀粉中含有磷和氮。磷以磷脂的形式存在。大米淀粉中的氮含量水平较低，一部分来自于脂质，另一部分可能来自于蛋白质或是淀粉合成过程中酶的残余。这些次要的成分在大米淀粉中的含量很少，却可以而且确实影响粉的特性。1 大米淀粉的特性 大米淀粉本质上是a-D-葡萄糖的多聚体。以化学观点看，可以分为两种类型的多聚体，一种是直链形的多聚体直链淀粉，另一种是高分支形的多聚体支链淀粉。1.1大米直链淀粉和支链淀粉的物化特性 由于大米直链淀粉和支链淀粉的结构有很大的差别，其物理、化学性质也迥然不同，如同表1所示。表1 直链淀粉和支链淀粉的物化特性特性碘结合能力/%碘蓝值A（680nm）30膨润度/mlg-1沉降系数估计分子量/106-淀粉酶局限性/%链长葡萄糖单位1mol/L KOH0.15mol/L KOHS020WS020DMSO直链淀粉15.420.20.80 1.065.5202942423.55.82.0 5.4 5.91.4 1.68399未测支链淀粉糯性米0.070.860.000.00747158未测28500未测未测49502028非糯性米0.373.300.040.298168172221301400111 170200 410495820291.2大米直链淀粉和支链淀粉的分离 将大米淀粉分离成直链淀粉和支链淀粉，常用以下两种方法： (1)将大米淀粉加热到略超过其凝胶温度，可以有选择地滤取直链淀粉。随着滤取温度的升高，除直链淀粉外，支链淀粉也溶解，因此需要进行提纯。滤液不是定量的，在滤取之前，用热的丁醇水溶液进行预处理可降低支链淀粉的可溶性，提高直链淀粉的提取率。(2)使淀粉粒完全分散，然后再分离直、支链淀粉。大米淀粉是很难完全分敞的，在高压锅的温度下需数小时。在这样的条件下，为使淀粉不致降解，可将淀粉脱脂，进行缓冲处理以及防止氧化等处理。 用液体氨、二甲亚砜或稀碱进行预处理可以帮助淀粉完全分散。在淀粉完全分散之后，最常用的分离方法是将直链淀粉以其正丁醇或麝香草酚络合物的形式沉淀出来。为了获得纯净的直链淀粉，需要进行数次反复沉淀。回收支链淀粉可采用低压冻干物或用乙醇沉淀。1.3糯性米和非糯性米的直链淀粉含量糯性米和非糯性米的直链淀粉和支链淀粉的含量存在着很大的差别，如表2所示。表2 糯性米和非糯性米的直、支链淀粉的含量品种直链淀粉支链淀粉糯性米/%约1约99非糯性米极低支链淀粉稻米/%2999891低支链淀粉稻米/%10199081中支链淀粉稻米/%20258075高支链淀粉稻米/%25752 大米淀粉的种类2.1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，大米淀粉具有柔软的稠度和奶油的气味，并且组织细腻容易涂开，是一种良好的奶油淀粉，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。另外，大米淀粉还有一个主要的特征是具有很好的可消化性，消化率高达98100；另外由于大米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他一些特殊食品中。2.2变性淀粉变性后的大米淀粉具有更优良的性质。应用更方便，适合新技术操作要求，提高应用效果，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，转化为抗性淀粉、多孔淀粉、新脂肪替代物等更具特色和新用途的产品。2.3淀粉衍生物以米淀粉为原料，采用生物技术可直接生产各种类型的淀粉糖，如葡萄糖浆、结晶葡萄糖、麦芽糊精、麦芽糖浆、超高麦芽糖、结晶麦芽糖、麦芽低聚糖以及异麦芽低聚糖，主要作为增稠剂、填充剂、赋型剂和功能因子应用于食品工业和医药工业中。即使其用量比例很高也不致影响食品或药品的风味，更可以直接使用在糖果、饼干、面包、果酱、果冻、冷饮、饮料、冰激凌、香肠、火腿肠、糕点、固体饮料、乳儿糕、方便面等各类食品中，使食品的成分搭配向功能化方向转变。3 大米淀粉的制备 大米淀粉具有颗粒细小，分子大小范围窄，低过敏等特点，在化妆品粉底、脂肪替代品、婴儿食品、纤维织物的上浆剂、照相纸以及洗衣业上都有特殊的用途。因此，尽管其生产成本较高,但仍有部分大米或碎米用来加工制取淀粉。比利时、德国、荷兰和意大利等国家的大米淀粉生产量大一些，美国、埃及和叙利亚等也有生产。而大米淀粉也有多种制备方法，以下几种为常见的制备方法。3.1碱浸法大米淀粉是以复粒形式紧紧包含在蛋白质网络中，两者之间的结合力非常紧密，水或亚硫酸液无法破坏这种结合力。因大米蛋白中至少有80%的是碱溶性蛋白，因此可用稀碱液来浸泡软化米粒，国内外有关碱浸法制备大米淀粉的文献报道很多。通常生产时, 首先将碎的大米在0.3%0.5%氢氧化钠水溶液中浸泡1224h，湿磨得到的悬浮液静置1012h,然后筛除纤维质并用离心机分离出分散的淀粉粒,水洗干燥后即为成品淀粉。浸泡水和冲洗水经盐酸中和进行蛋白质的回收, 提纯后可供食用或饲料用。这是最常用的制备大米淀粉的工业方法,但这种方法往往会降低所提取蛋白质和淀粉的品质, 同时还会产生盐和其它有害的废料。3.2表面活性剂法 此方法是实验室制备大米淀粉的常用方法。将精米在34倍体积表面活性剂(常用的是1%2%DoBs0.12%Na2SO3)中浸泡2448h，倒掉上层清液，残余部分经过干燥后在研钵中研磨成粉即可以得到成品大米淀粉。3.3超声波法 将约5g精米粉末溶于45mL蒸馏水中，用10kHz超声波作用1020min。然后采用200目筛网过滤均浆，静置滤液，除去上层暗黑层，将下层物质清洗数遍，经干燥粉碎得成品大米淀粉。3.4酶法 传统碱浸法会产生大量碱性废液，造成环境污染，同时还会产生盐和其它有害的废料影响产品质量，因此此方法将逐渐被酶法所替代。取湿磨大米粉配成约35%米粉乳液，于55、pH10条件下加入0.5%蛋白酶,温和搅拌l8h，反应过程中要补充NaOH以维持pH恒定。反应后乳液经200目筛过滤，离心(3000g /20 min)，去除上层黑黄色上清液，沉淀层用50mL水清洗两遍，再离心(3000g/15min)，去除上清液，重复此清洗过程，后将沉淀物分散于50mL水中，调节pH到7，再离心(1000g/20min)，刮掉暗色上层，用水将下层沉淀物清洗3遍，干燥即得成品。此法制备大米淀粉成本约为碱法两倍，这主要是蛋白酶成本较高。3.5物理分解法近60年来，世界各国生产大米淀粉的加工方法一直没有很大的改进，基本是将糙米浸泡在氢氧化钠溶液中达数小时，以分解其中含有的蛋白质和淀粉即碱浸法。经过4年的研究，美国科学家最近发明了一种价效比更高的新方法，即利用一种特别的均质器所产生的高压，对大米中的淀粉和蛋白质聚成块进行物理分解。大米只需一次性通过这种设备，即可产生水状的颗粒均匀的淀粉和蛋白质微分子，然后通过基于密度的传统分离工艺对其中的淀粉和蛋白质进行分离。这种新工艺可保留所提取大米蛋白质和淀粉原有的品质，生产出的蛋白质和淀粉与传统的加工方法相比具有更好的完整性与功能性。美国科学家认为，这种新方法有可能对大米淀粉和蛋白质生产业带来革命性变化。这种新方法预计将于2006年正式投入商业性应用。同时，美国科学家正在研究采用同样的工艺从米糠中提取蛋白质、油以及淀粉。4 大米淀粉的应用现状4.1缓慢消化淀粉 缓慢消化淀粉是一种可以被酶完全缓慢降解的淀。美国农业部南部研究中心研究开发的改进米淀粉新产品Ricemic，是以大米粉为原料，先分离蛋白质，再经加热和酶处理工艺加工成100%延缓消化、50%加快消化和50%延迟消化的改性米淀粉制品。这类改性米淀粉经临床应用证明，可有效改善糖负荷，将成为一种糖尿病患者的新食品。这种产品的另一种用途是作为运动员，尤其是马拉松等长跑运动员的碳水化合物补充剂，因为这种缓慢消化的淀粉能够使运动员在运动过程中有一个稳定特久的能量释放来保持耐力。4.2淀粉基脂肪替代物 大米淀粉制取脂肪替代物技术，是应用生物技术等把米淀粉转化为无油脂肪的高新技术。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，通过不同含量的调配，可加工成供人造奶油生产的加氢油脂。如世界上最大的米淀粉生产商比利时A&B Ingredient公司已将改性米淀粉正式用于无奶油奶酪、低脂肪冰激淋、无脂肪人造奶油、沙司和凉拌菜调味料的生产,取得了可观的经济收益。据资料报道，大米淀粉是脂肪模拟品的良好原料。因为它不会像脂肪酸酯那样因摄入过多而引起腹泻和腹部绞痛等副作用，影响机体吸收某些脂溶性的维生素和营养素；也不会像蛋白质为基质的脂肪模拟品使某些人群产生过敏反应。大米淀粉采用淀粉酶水解制备的低DE值麦芽糊精可以作为脂肪替代品在食品中广泛应用，王俊芳等就曾研究过大米酶解制备麦芽糊精在蛋糕中应用。同样，经过超微粉碎后，大米淀粉也可以制备脂肪替代物。4.3抗性淀粉 抗性淀粉的开发,是淀粉研究领域的崭新课题。这是一类特殊的淀粉，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，适合于肥胖和糖尿病患者。它不像一般纤维成分会吸收大量水分，当添加于低水分产品时不影响其口感,也不改变食物风味，可作为低热量的食物添加剂。进入结肠后可促进有益细菌的增殖，改善结肠菌落结构，对治疗肠道类疾病有特殊功效。应用抗性淀粉作为食物原、配料时,除提供多种健康功能外，且可作为低热量的食物添加剂，而且研究表明:添加颗粒抗性淀粉的食品比添加传统纤维的食品具有更好的外观、质地和口感,颗粒抗性淀粉可以改善一些食品的膨胀性和脆性。4.4多孔淀粉多孔淀粉是将天然淀粉经过酶解处理后，形成的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粒中心的小孔，淀粉颗粒中心是中空的，因而具有良好的吸附性能，可用作功能性物质的吸附载体，广泛应用于医药、化工和食品等行业。大米淀粉颗粒小，比表面积大，因此所制备的产品比其他种类淀粉的具有更强的吸附力。多孔淀粉吸附的目的物质主要有: 1：在空气中易氧化、分解和光敏性物质,如DHA、EPA、维生素E、维生素A、胡萝卜素、番茄红素、色素； 2：需要缓慢释放的物质,如药品、农药、香料、甜味剂(天冬甜素)、酸味剂、香辛料、酶、调味料； 3：需要粉末化的油脂或脂溶性的物质； 4：需要高倍率均质稀释的物质或需要均质混合的密度大的物质，如药品、色素、胱氨酸、农药； 5：有不良气味(苦、臭味)的物质。迄今，多孔淀粉的研究只有不到l0年的时间。有关多孔淀粉的理论和应用研究正在深入进行。多孔淀粉的应用除了日本有少数产品以外，其它的基本上还处于研究阶段。利用多孔淀粉吸附各种物质后的保护作用以及延缓释放性能，分别以口香糖用咖啡香精、尿素、杀虫剂、双歧杆菌、维生素A为目的物，再添加到各种食品中，可以制成各种功能性食品，如婴幼儿食品、老年食品及其它的特殊人群食品。5 结论(结语)总之, 由于大米淀粉具有自身独特的物理化学性质，人们对它的研究将是方兴未艾，必定会摸索出一套工艺流程简单、生产成本低廉、产品纯度高的制备方法，同时由于产品纯度的提高必将会给其应用带来更加广阔的前景。参考文献：1 期刊姜雯翔，刘娟，方东路，等. -淀粉酶酶解大米淀粉替代蛋黄酱中的脂肪A. 食品与发酵工业, 2012, 38(6): 70-74.2 期刊马晓军，梁万礼，朱丽丹，等. 变性对大米淀粉热膨化性质的影响A. 中国粮油学报, 2012, 27(3): 29-32.3 期刊刘小翠，王玉芳，黄琪琳，等. 不同大米类型淀粉凝胶的质构特征A. 粮食与饲料工业, 2012, 1: 32-34. 4 期刊李玥，牟伯中，罗昌荣。等. 不同分离方法对大米淀粉理化性质的影响A. 安徽农业科学,2011, 39(25): 15796- 15798.5 期刊余世锋，郑喜群. 大米RS3型抗性淀粉的影响因素及形成机制的研究发展A. 食品与发酵工业, 2012, 33(8): 431-435.6 期刊周林秀，丁长河，等. 大米淀粉的提取及其在食品工业中的应用A. 农产品加工学刊, 2012,11: 191-193.7 期刊盛志佳. 大米淀粉的研发现状与前景A. 湖南农业大学学报（自然科学版）, 2010, 36(1): 11-14.8 期刊林亲录1，肖华西1，李丽辉，等. 大米淀粉及其不同取代度磷酸酯淀粉的糊化和流变特性A. 食品科学, 2012, 31(3): 49-54.9 期刊毛海锋，吴卫国，胡元斌，等. 大米淀粉及其磷酸酯的理化性质研究A. 中国粮油学报, 2012, 27(1): 33-37.10 期刊牛猛，王莉，杨冰，等. 大米淀粉老化特性的研究进展A. 中国粮油学报, 2012, 25(11): 124-128.11 期刊宁希烨, 刘亚伟, 刘晓峰. 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