液态谷物饮料原淀粉抗老化问题探讨
试验报告与理论研究
Experimental Reports &Theoretical Researches
2010年第
13
卷第
6
期
26
液态谷物饮料原淀粉抗老化问题探讨
鲁
卉1，姚
远1，高景阳2
（1上海弘奇永和食品发展股份有限公司上海200126；
2咸阳市农机管理中心，陕西咸阳
712000）
摘要：对液态谷物饮料原淀粉老化机理及影响因素进行分析，在实验测试的基础上提出了液态谷物饮料原淀粉抗老化及延长饮料货架期的有效方案：即采用乳化剂、亲水胶体、磷酸盐组成复配体系。关键词：原淀粉；抗老化；乳化剂；亲水胶体；磷酸盐；货架期中图分类号：Q539+.1文献标识码：A
doi ：10.3969/j.issn.1007-7871.2010.06.005
谷物浓浆饮料研发小组在对各种各样的增稠
0引言
体系、悬浮体系、凝胶体系进行测试的过程中发中华传统美食文化中，液态谷物食品（粥、糊、
现，现行的液态食品、饮料的稳定体系几乎都不浆、羹类）一直是中国人饮食的重要组成部分，尤能较好地解决液态谷物浓浆饮料的货架期稳定性其是老百姓的早餐首选。改革开放三十年来，我问题。因为液态谷物浓浆饮料体系与现行的浓稠国的各种传统食品在快速的商品化，但当我们光型液态饮料体系有着本质的不同———
前者是以原顾琳琅满目的食品货架时，我们搜寻到的液态谷淀粉为主的体系，存在的问题是原淀粉的老化等物食品却是凤毛麟角。是什么原因制约着液态谷化学变化；而后者，包括果肉体系、乳蛋白体系、物产品的产业化呢？
植物蛋白体系、各种颗粒悬浮体系等，需要解决传统的液态谷物食品，如早餐粥、米浆、米的主要是沉淀、分层、脂肪上浮等物理问题；对糊等均为现煮现食；我们发现，把当天做的谷物液态食品饮料稳定体系的研究大多限于后者，前粥放到第二天，或置于冰箱几个小时，就会发现者则较少有人涉足。
粥变硬了，口感粗糙了，谷物自身的那股浓郁的近两年，在“食尚复谷”热潮的推动下，液态谷天然香味明显减弱了。在进行长货架期谷物浓浆物浓浆饮料的产业化已成必然之势，所以解决其饮料研发过程中，发现货架期稳定性问题是其关货架期稳定性问题已迫在眉睫。
键所在。液态谷物浓浆饮料，以五谷为主要原料1
液态谷物浓浆产品原淀粉老化分析
一般不低于4%），含有大量的谷物原淀粉；液态下的谷物原淀粉，根据品种不同，一般在两个星
1．1
存在问题及本质
期到两个月不等开始出现老化现象。不同品种的液态谷物浓浆饮料体系是由谷物（小麦、燕麦、
原淀粉老化表现出来的状态不尽相同，如玉米浓糙米、荞麦、红豆、绿豆等）经过预处理、磨浆、煮浆表现为颗粒变硬、凝胶、粗糙、反生；小麦浓浆、加热杀菌制成；其组分是谷物原淀粉，原淀浆老化程度较轻，颗粒轻微变硬成团，口感粗糙；粉在加热→冷却→进入货架期过程中，必然会经红豆浓浆则出现凝胶结冻。这些老化问题严重影过一个糊化到完全糊化，再走向糊化的逆过响产品货架期，是制约液态谷物饮料产业化的瓶程———
老化，再继续缓慢老化的过程。测试中我颈。
们发现老化后表现形式主要有：（1）变稠甚至结团；
[收稿日期]
2010-04-15
[作者简介]
鲁卉（1966-），女，汉族，高级工程师，大学学历。研究方向：五谷饮料、美食汤类等的研究与开发。
（
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2）形成弱凝胶状；（3）上层析出清水，底部形成凝胶块；（4）口感变得粗糙；（5）香味明显减弱或风味改变。这些问题在不同品种的谷物饮料中均有不同程度的存在，而且品种不同原淀粉老化的表象差异非常大。如以红豆、绿豆为主要原料的产品，基本会在两周内形成凝胶，并伴随着表层析水，口感粗糙；以小麦、燕麦、大米为主要原料的产品会在2~3个月形成团块，并口感变粗，风味减弱。1．2
原淀粉老化原理
淀粉是由众多葡萄糖残基单元组成的多糖，其分子式为（C 6H 10O 6）n ，分子量从几万至几百万。按分子结构不同可以分为两种性质差异很大的直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉分子卷曲盘旋呈左螺旋状态，每一螺旋周期中包含6个α-D-吡喃葡萄糖残基，而支链淀粉分子具有高度的支叉结构。直链分子和支链分子的侧链都是直线形分子，趋向于平行排列，相邻羟基间经氢键结合，成散射状结晶束结构，颗粒中水分子也参与氢键结合。氢键的强度虽不高，但数量众多，使结晶束具有一定的强度，也使淀粉具有较强的颗粒结构。天然淀粉多由一定比例的直链淀粉和支链淀粉组成[1]。
谷物浓浆在受热情况下（不同种类的原淀粉糊化温度略有差异，一般在55~85℃），其原淀粉颗粒会溶胀分裂，内部有序的分子之间的氢键断裂，分散成无序状态，结果表现为淀粉结晶束破坏，淀粉分子发生水合和溶解；这个过程就是“淀粉糊化”，糊化后的淀粉称为“α-淀粉”。淀粉糊化后，吸水性增大，易受酶的作用，进入人体后易消化；这时的谷物浓浆表现为：持水性强，状态均一，口感细腻滑顺，散发出谷物浓郁的天然香。
经过原淀粉完全糊化后的这种理想状态的谷物浓浆，无法保持稳定。随着温度的降低和货架期的延长，由于分子热运动能量不足，体系处于热力学非平衡状态，分子链间借氢键相互吸引与排列，使体系自由焓降低，最终形成结晶束。结晶实质是淀粉分子由无序变成有序排列的结果。这种现象被称为“老化”（β-化，或回生、凝沉），老化结晶的淀粉称为老化淀粉；淀粉老化的过程是
不可逆的，老化淀粉很难再次糊化，因此、谷物浓浆一旦出现凝胶、结团、析水、口感变粗糙，就难以再恢复了[2]。1．3
原淀粉老化影响因素
关于原淀粉老化的影响因素，目前能查阅到的资料大多是关于面团淀粉老化的研究，如：①淀粉分子结构、直链淀粉易老化、支链淀粉不易老化。②分子聚合度：直链淀粉相对分子量大的，取向困难；相对分子量小的，易于扩散，均不易老化；相对分子量适中的易于老化。而支链淀粉其链长至少要在12个单位以上才能形成双螺旋。③水分含量：水分含量在30%~60%的淀粉溶液易于发生凝沉，含水量在10％以下的干燥状态，老化速度很慢。④温度：糊化淀粉在温度为2～4℃时最易老化。如温度在60℃以上或-20℃以下时则不易老化。⑤酸碱度：pH 在5~7时老化速度快。⑥无机盐：淀粉的老化还可受到无机盐化合物的抑
制，其强弱顺序为：CNS ->PO3-4>CO2-3>I->NO3>Br->
Cl -，Ba 2+>Sr2+>Ca2+>K+>Na+。而含有亲水性基团磷酸根的糊化淀粉不易老化。表面活性剂如单甘酯等可与直链淀粉的螺旋环嵌合而抑制老化。
对于谷物浓浆饮料而言，用于面团的抗老化经验可供借鉴的非常有限。首先，在分子结构和分子聚合度方面，有人利用淀粉酶，如α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、支链酶等对淀粉进行一定程度的降解，通过改变链长，增强分子链排列的无序性来延缓老化，确实具有一定的效果；但酶解后的谷物浓浆饮料明显变稀，且失去了天然谷物原有的浓厚质感和天然香味，从而失去了谷物浓浆饮料佐餐和代餐的初衷。其次，谷物饮料的含水量一般会超过90%，在水分含量上微小调整对淀粉老化几乎没有影响；pH 在5~7的范围正好是谷物饮料口感的最佳要求；我们也无法要求消费者选择极端的储存条件。
淀粉改性实验表明，像磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉、羟丙基淀粉由于他们分别引入了亲水性较强的磷酸根基团、乙酰基和羟丙基，增加了淀粉分子的亲和力，降低了淀粉的糊化温度，减慢或抑制了老化。谷物浓浆中可以适度添加变性淀粉减少原淀粉用量，这种方法也无法从根本上解决原淀粉老化，只是一个偷梁换柱的替换方案；替换少了不解决问题；替换多了，谷物浓浆的天然性也就失去了。
2液态谷物浓浆抗老化方案
我们知道，淀粉老化的过程，实质是糊化后
处于无序状态的淀粉分子，在氢键的作用下，由无序变成有序排列，最终形成结晶束的结果。那
么有没有办法阻止这一过程的发生呢？我们来探
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讨几种有效的途径：2．1
乳化剂
测试中，我们发现乳化剂作为最主要的一类食品添加剂，在淀粉类食品抗老化方面有着显著的作用效果，是最理想的抗老化剂和保鲜剂。乳化剂抗老化保鲜的作用效果是淀粉分子及乳化剂自身的结构特征所决定的。乳化剂能够同淀粉分子发生相互作用形成稳定的复合物。这一点在保
持淀粉类食品品质方面有着特殊的意义，但乳化剂同直链淀粉及支链淀粉有着不同的作用方式。我们一般都把直链淀粉看作是以线型分子式存在的。但糊化的直链淀粉并不是线型的，而是在分子内氢键的作用下发生链卷曲，形成α-螺旋状结构，这种α-螺旋状结构的内部形成一个疏水腔，具有疏水作用。乳化剂的疏水基团进入α-螺旋结构内并在这里与淀粉以疏水方式结合起来，形成一种稳定的强复合物。因而直链淀粉在淀粉粒中被固定下来，向淀粉周围自由水中溶出的直链淀粉减少，防止了因淀粉粒之间的再结晶而发生老化。支链淀粉的直链状螺旋结构少，与乳化剂形成复合物的能力较小，但乳化剂可以借助氢键加成到淀粉表面上，即支链淀粉的外部分枝上，而发生支链淀粉与乳化剂的相互作用[3]。
乳化剂除与直链淀粉形成不溶性复合物而产生抗老化作用外，还直接影响面团中水分的分布，间接延缓老化。乳化剂在与淀粉混合溶解过程中吸附在淀粉粒表面，使淀粉的吸水溶胀能力降低，从而使更多的水分向蛋白转移。因而乳化剂起到了包裹淀粉的作用，减少了淀粉吸水的机会，客观上延缓了淀粉老化。我们研究了添加不同乳化剂的红豆浓浆（4%~6%红豆经煮豆、磨浆、杀菌）储存在2～4℃冰柜中形成弱凝胶（老化）的时间，结果如表1所示。
表1
添加乳化剂的红豆浓浆的老化时间
序
乳化剂2～4℃冰柜中
号
种类规格
添加量（g/L）
形成弱凝胶
说明
的时间（h
）1未添加乳化剂096
对照组2分子蒸馏单酯含量2.0120
产品状态基本
单甘酯
≥95%
同于对照组3
单-双酸甘单酯含量产品状态基本油酯≥40%2.0120
同于对照组4蔗糖脂肪HLB 值11
1.0168
产品状态基本酸酯同于对照组5
蔗糖脂肪酸酯HLB 值112.0216
产品状态偏稀6蔗糖脂肪产品状态酸酯
HLB 值113.0264
明显偏稀
从表1实验结果可以看出，各种乳化剂对红豆浓浆形成弱凝胶均有不同程度的缓解作用，而蔗糖脂肪酸酯对红豆浓浆形成弱凝胶的缓解作用最为明显，且添加量越大，对红豆浓浆凝胶形成的延缓时间也越长。而蔗糖脂肪酸酯的添加量越大，对淀粉的包裹作用也越强，淀粉在糊化过程中的吸水溶胀能力也越低，产品状态也就越稀。2．2
亲水胶体
一些亲水性胶体也具有良好的保鲜、防老化性能，我们分别将各种胶体用于小麦浓浆的抗老化实验。与红豆浓浆不同的是，小麦浓浆支链淀粉含量较高，淀粉老化的速度较慢，表现形式也不同；红豆浓浆淀粉老化是在短期内形成凝胶状，而小麦浓浆的淀粉老化表现为凝聚结团，并伴随着上层析水，口感粗糙。表2是各种胶体在小麦浓浆中的实验结果。
表2
胶体在小麦浓浆中的作用
序乳化剂添加量对产品浓稠常温下析号种类（g/L）度的影响水结团的
说明
时间（d ）1未添加胶体0●●●●●56对照组
2低酰基结冷胶0.3●●●●●803高酰基结冷胶0.2●●●●●1364黄原胶2.0●●●●●●●96有较强的增稠作用5微晶纤维素MCC 2.0●●●●●1246
λ型κ型复合卡拉胶
0.3
●●●●●●
88
有一定
增稠作用注：①胶体的添加量为该胶体在小麦浓浆体系中能起到有效的悬浮
作用的用量；
②浓稠度为感官判定结果。
需要说明的是表2中的结论是胶体的悬浮作
用与抗老化作用的综合效果，但由此也能明显看出高酰基结冷胶、微晶纤维素MCC 有较明显的延缓体系原淀粉结团析水的作用。
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2．5
综合应用
在白砂糖含量为7%红豆浓浆体系中，对乳化剂、亲水胶体、磷酸盐进行复配研究，通过大量的实验，得出红豆浓浆中稳定体系的最佳配比如表3，总添加量为0.18%~0.28%时，能使红豆浓浆的货架期稳定性达到6个月以上。表3
乳化剂、亲水胶体、磷酸盐复配体系最佳配比
原料名称蔗糖酯结冷胶六偏磷酸纳三聚磷酸钠原料规格HLB 值11高酰基食品级食品级配比（重量比）80~1206~108~122~6最佳配比
（重量比）
100
8
10
4
亲水性胶体之所以具有抗老化保鲜性能主要3结束语
有以下原因：（1）具有良好的成膜性，能够防止食品在加工或贮藏过程中水分的散失；（2）多数胶体液态谷物浓浆饮料含有大量的谷物原淀粉，
本身是多糖，其羟基能与淀粉链上的羟基及周围在加工过程中经过加热糊化的原淀粉在货架期内的水分形成大量的氢键，起到阻止淀粉回生的作存在不同程度的老化问题。大量的试验表明，乳用；（3）胶体大多数都具有很高的吸水、持水能力，化剂、亲水胶体、糖类、磷酸盐均能在液态谷物从而大大提高食品的含水总量，对食品失水老化浓浆饮料中起到明显的缓解淀粉老化的作用。但起到延缓作用。因为各种液态谷物饮料，如红豆浓浆、荞麦浓浆、2．3
磷酸盐
绿豆浓浆、紫薯浓浆及谷物复合浓浆所含原淀粉对谷物浓浆进行无机盐的抗老化实验，从抗种类不同，老化的程度及老化的表现行式存在较老化效果、对产品风味的影响两方面综合评定发大差异。故须根据具体品项进行综合测试，从而现，六偏磷酸钠、三聚磷酸钠相对效果较好，尤复配应用。
以此两者复配最佳，复配比例为5∶1；添加量控制在0.2‰~0.3‰。参
考文献
2．4
糖类
[1]唐联坤. 淀粉糊化、老化特性与食品加工[J].陕西粮油科技，1996，糖类的抗老化原理与多糖（胶体）类似，其羟31（3）：26~29.
基能与淀粉链上的羟基及周围的水分形成大量的[2]胡强，孟岳成. 淀粉糊化和回生的研究[J].食品研究与开发，2004，氢键，起到阻止淀粉回生的作用。实验表明：红25（5）：63~66.
豆浓浆中的白砂糖添加量达到5%~8%时，能起到[3]李慧娟，柴松敏. 淀粉的老化机理及抗老化研究
[J].粮食加工，2006有效的缓解红豆浓浆形成凝胶的作用。
（3）：42~45.
Study on anti-staling of natural starch in cereal drinks
LU Hui 1，YAO Yuan 1，GAO Jing-yang 2
（1Shanghai Hongqi Yonho Food Development Co. ，Ltd. ，Shanghai 200126，China ；2Xianyang Farm Machinery Management Center ，Xianyang 712000，Shaanxi ，China ）
Abstract:The mechanism and influencing factors of staling of natural starch in cereal drinks were analyzed ，and based on tests ，an effective plan was presented for anti -staling of the starch and prolonging the shelf -life of the drinks -using a mixture of emulsifiers ，hydrocolloids and phosphate.
Key words ：natural starch ；anti-staling ；emulsifier ；hydrocolloid ；phosphate ；shelf-life
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