
淀粉是食品生产中的重要原料,它在食品体系中扮演着提供热值和影响质量的角色。淀经过蒸煮、焙烤等加热过程会转变为糊状,这就是淀粉的糊化。
在储藏过程中,淀粉糊因为分子链间氢键的不断缔合会产生硬化现象,称为淀粉的老化或回生。淀粉质食品在储藏过程中发生的凝胶强度、硬度、口感、透明度、黏弹性等功能特性的变化,都与淀粉老化的动态过程密切相关。老化会对淀粉质食品的质量特征产生显著影响。
特定的加工和食用指标下,有的需要淀粉适度老化(如米线和粉丝),有的则需要抑制淀粉的老化(如面包、糕饼和方便面)。了解老化现象的机理,考察各种因素对淀粉老化的影响,对淀粉类食品老化过程的合理控制和食品品质的预测具有重要意义。
淀粉的老化是一个从无序到有序的过程。完全糊化的淀粉,当温度降到一定程度后,由于分子热运动能量的不足,体系处于热力学平衡状态,分子链间借氢键相互吸引和排列,使体系自由感降低,最终形成结晶。
淀粉的老化可以分为短期老化和长期老化两个阶段。短期老化主要是直链淀粉的终结结晶,高分子直链淀粉之间形成交联网络(随后结晶),小分子则与脂肪形成结晶。这一过程可以在淀粉糊化后较短的时间(几小时或十几小时)内完成。长期老化则涉及支链淀粉与直链淀粉不同的回生过程。
许多学者根据淀粉老化过程中结晶特性,采用了用以描述聚合物结晶特性的Avrami模型来解释淀粉的老化过程。合成高聚物理论也被用来解释淀粉的老化。部分结晶高聚物的结晶过程亦可描述为典型的三步机制:晶体形成、晶体生长和晶体稳定。
影响淀粉老化的主要因素包括淀粉分子结构、分子聚合度、水分、温度和溶液浓度等。例如,直链淀粉和支链淀粉的分子结构和几何构象存在很大区别,使得淀粉的结晶过程和晶体结构非常复杂。
淀粉的性质及其在食品中的回生现象一直是食品科学领域的重要研究课题。研究表明,在相同贮藏条件下,浓度为50%的大米淀粉糊的回生程度比10%大米淀粉更大。对于同一浓度的淀粉糊,其回生程度在不同贮藏条件下也有所不同,冷藏下的回生程度最高,室温次之,冷冻最低。
直链淀粉与支链淀粉的比例、糖类的种类和含量等因素也对淀粉的回生程度产生影响。单、双寡糖因其较小的分子结构,能够渗透到淀粉颗粒内部,与淀粉分子相互作用。相容性理论指出,糖分子与水分子间的相容性对淀粉回生有影响。相容性好,糖分子可以起到类似水的作用,延缓分子链的迁移率,降低回生速率;相反,若相容性差,则会加速回生。
研究还表明,蔗糖在淀粉老化过程中起到降塑剂的作用,降低了淀粉的回生速率。某些糖类如木糖可能会加速淀粉的老化速率。对于多糖,其分子量、化学结构以及在水溶液中的构象都会影响其与淀粉分子的相互作用特征。
除此之外,亲水胶体如瓜尔胶、卡拉胶等也对淀粉的回生特性产生影响。在小麦淀粉糊的早期回生阶段,添加了各种亲水胶体的淀粉糊体系的tanδ值比原淀粉糊的高,表明各类胶体加速了淀粉的早期回生。但在后期回生阶段,添加了亲水胶体的淀粉糊体系的老化速率常数K比原淀粉糊的小。这是因为部分多糖分子与内部淀粉分子发生作用,产生微观相分离,这种相分离增加了淀粉分子浓度,使初始回生速率增加;多糖富集微区对颗粒内支链分子结晶交联体系产生干扰,使最终凝胶硬度和结晶度同时降低。
