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食品添加剂与淀粉胶体之间相互作用
食品添加剂与淀粉胶体之间相互作用
摘 要：
该文主要从亲水性胶体对淀粉糊化性质、挤压特性、流变学性质的影响及不同盐、糖对淀粉一亲水性胶体混合凝胶体系作用研究入手；综述变性淀粉与食品胶体协同作用可能机理，并对淀粉一亲抽胜胶体混合凝胶体系在食品中应用进行介绍。
关键词：
亲水胶体；淀粉；混合凝胶体系
淀粉是许多焙烤、蒸煮和挤压膨化食品的一种基本成分。
非淀粉胶体（如瓜尔胶和阿拉伯胶）的亲水部分可与淀粉的直链部分发生相互作用，从而改善淀粉的特性。
因此，亲水性胶体已广泛应用于食品加业，改善食品质构，保持食品稳定性，提高食品品质[1]。
其它一些食品添加剂，如硬脂酰乳酸钠（SSL）、双乙酰酒石酸甘油单酯（DATEM）和柠檬酸（CA），也被用来改善食品的品质[2]。
本文着重研究植物性亲水胶体（瓜尔胶和阿拉伯胶）、乳化剂（SSL和DATEM）与柠檬酸（CA）对淀粉胶体挤压物特性的影响。
1亲水性胶体对淀粉糊化性质影响
亲水性胶体对淀粉糊化性质影响可归因于许多因素，包括淀粉离析物与胶体之间复合作用，水分被溶胀淀粉颗粒吸收导致胶浓度增加及胶体对淀粉颗粒物理性质，如大小、形状、颗粒完整性和颗粒离析物量影响等[3]。
Funami等通过黏度曲线研究不同分子量瓜尔胶对淀粉糊化行为影响，发现Mw大于12.2×105瓜尔胶使淀粉体系（5％，w/v）糊化起始温度降低，并使峰值黏度增高眩[4]。
Rojas等通过淀粉糊化仪研究几种亲水性胶体对小麦面粉糊化和胶凝性质影响。
在小麦面粉（干基）添加0.5％～1％胶体基础上，发现当添加1％琼脂时，对其起始糊化温度有最显著影响，使其降低3℃左右。
黄原胶和果胶增加糊化稳定性而κ-卡拉胶和海藻酸盐没有；瓜尔胶和羟丙甲基纤维素增大了体系回生黏度，而海藻酸盐、黄原胶和κ-卡拉胶却显示相反作用[5]。
Funami等以流变和热分析研究非离子型多糖，如瓜尔胶、卡拉胶、刺槐豆胶和魔芋胶对小麦淀粉糊化和回生行为影响，在每种多糖添加0.5％（w/v）情况下，淀粉含量为13％（w/v）体系峰值黏度要比不加多糖的对照组高163~231个单位，在添加1％时，则要高出230~437个单位[6]。
Mali等利用Brabender仪也研究不同亲水胶体添加到甘薯淀粉中时糊化曲线变化，结果发现，瓜尔胶对体系黏度影响比黄原胶显著得多，两者都要比不加任何胶的体系黏度大得多[7]。
Chaisawang等利用RVA研究瓜尔胶和黄原胶对木薯原淀粉和其阴离子变性淀粉糊化性质影响，结果发现，在添加胶后，对木薯原淀粉峰值
黏度、降落黏度及最终黏度都有增加作用，其中瓜尔胶比黄原胶影响要更为显著些；瓜尔胶增加原淀粉回生黏度，但黄原胶却起负作用，降低原淀粉回生黏度。
对阴离子淀粉而言，添加瓜尔胶仍具有与原淀粉相似结果；但添加黄原胶结果却相反。
SEM（扫描电镜）显示黄原胶可完全将原淀粉颗粒包裹起来，而瓜尔胶则不能[8]。
Chaisawang等利用RVA，SEM等研究阳离子木薯淀粉在不同胶质中糊化特性，结果发现，黄原胶和瓜尔胶都能协同增加其峰值黏度，但黄原胶-淀粉体系峰值黏度比瓜尔胶为低，起始糊化温度比瓜尔胶高，这是因阳离子木薯淀粉与阴离子黄原胶间强静电作用引起淀粉颗粒瞬时聚集；而非离子型瓜尔胶形成片层结构，并松散包裹淀粉颗粒，因此瓜尔胶使淀粉糊化变得比黄原胶要容易些[9]。
Hongsprabhas等用光学显微镜和共聚焦激光扫描电镜发现[10]，海藻酸盐和卡拉胶由于保持富含直链淀粉溶胀颗粒的颗粒状结构或促使溶胀颗粒之间发生聚集而影响淀粉与亲水胶体混合体系RVA糊化性质，即增加峰值黏度而降低降落黏度，同时也减小回生黏度。
2亲水性胶体对淀粉胶体挤压物黏度的影响
添加剂对黏度的影响如表1所示。
添加剂使样品的表观黏度发生变化，亲水性胶体使淀粉胶挤压物的黏度增大，SSL使淀粉-亲水性胶体挤压物的黏度都进一步提高，DATEM也使淀粉-亲水性胶体挤压物的黏度有所增加，而CA降低挤物的黏度。
表1添加剂对挤压物黏度的影响
化学试剂
热糊黏度（95℃）/BU
冷糊黏度（50℃）/BU
不含胶
含瓜尔胶
含混合胶
不含胶
含瓜尔胶
含混合胶
对照
CA
DATEM
SSL
15
-
-
-
37
4
65
450
40
6
30
520
20
-
-
-
41
15
85
540
55
19
45
640
注：
混合胶为瓜尔胶和阿拉伯胶的混合物
阿拉伯胶和瓜尔胶是目前工业中常用的两种食品胶体，用来增加食品的黏度，控制食品的流动性。
从表l中可以看出，同时加入瓜尔胶和阿拉伯胶后挤压物的黏度比单独加入瓜尔胶的挤压物黏度高。
这可能是由于瓜尔胶和阿拉伯胶的协同作用导致了淀粉胶体挤压物的黏度进一步增加。
乳化剂（SSL和DATEM）能够与淀粉颗粒表面发生作用形成水不溶性的混合物，抵制水分子进入淀粉颗粒内部，阻止淀粉溶胀，从而减少直链淀粉的渗出数量。
因此在不加亲水性胶体的条件下，添加了乳化剂后的淀粉挤压物的黏度都测不出来。
而在添加亲水性胶体的条件下，乳化剂吸附在亲水性胶体的疏水部分形成一层混合界面膜，使得淀粉中的可溶性成分能够释放出来，从而增加了淀粉胶体挤压物的粘弹性。
对于所用的两种乳化剂来说，SSL使淀粉-亲水性胶体挤压物黏度大大提高，而DATEM仅使淀粉-瓜尔胶挤压物的粘度有所提高。
这可能是由于SSL在高温下会发生分解，一定程度上破坏了直链淀粉与SSL所形成的水不溶性混合物，使得直链淀粉能够释放出来，从而使淀粉胶体挤压物的黏度增加。
而DATEM在高温下较稳定，直链淀粉与DATEM形成的混合物阻止直链淀粉渗出，而使淀粉黏度增加不大，对于淀粉-混合胶挤压物来说，添加了DATEM后，黏度还有所下降。
SSL与DATEM对胶体挤压物黏度的不同影响可能与它们的理化性质相关。
因为SSL是一种很强的表面活性离子乳化剂，能够在水中形成稳定的晶体胶状结构，其水合能力很强，而DATEM形成薄薄的液态晶膜，限制了其存水中的溶涨。
Evans[11]和Hahn[12]也曾报道：
在低温下，直链淀粉-表面活性剂结合能力很强，直链淀粉渗出很少，而在超过95℃的高温下，由于颗粒破解或者热力的增加使得有30％的直链淀粉渗出。
与SSL、DATEM相比，柠檬酸的加入大大降低了淀粉胶的黏度，这是由于在酸性和高温条件下淀粉发生降解所致。
图1和图2是添加了SSL、DATEM和CA后，淀粉-瓜尔胶和淀粉-混合胶挤压物的黏度曲线。
从图1、图2中看，CA导致聚合物的完全崩溃，淀粉胶黏度大大降低，而添加了DATEM的样品呈现糊化样品的特征曲线，添加了SSL的样品在50℃（加热10min）出现了一个峰，表明SSL与淀粉形成相互作用使得完整淀粉颗粒受到屏蔽保护，从而避免了在挤压过程中受到破坏。
3添加剂对挤压物延展性的影响
延展性足显示样品在挤压过程中空间变化的相关参数。
从表2可以看出，添加亲水性胶体降低了淀粉胶体挤压物的延展性。
CA明显提高胶体挤压物的延展性，DATEM也有一定的提高作用，而SS则降低其延展性。
表2添加剂对挤压物延展性的影响
试剂
延展比
不含胶
含瓜尔胶
含混合胶
对照
6.97
6.25
5.95
CA
4.89
5.02
5.35
DATEM
8.47
6.60
7.89
SSL
11.83
13.10
10.50
造成挤压物延展性降低或增大有很多因素，包括淀粉类型、直链淀粉含量、支链淀粉的结构及其分子量。
加入植物胶后挤压物的延展比减小，这是由于挤压物的粘性增加造成的。
Launay和Lisch[13]报道黏度能够降低淀粉的膨胀体积，加入亲水性胶体后淀粉黏度增大，使得糊化受阻，因此阻止了淀粉溶涨及直链淀粉的释放，从而降低了物质的延展性。
Chinaswamy和Hanna[14]报道直链淀粉含量增加能够提高淀粉挤压物的延展性。
添加CA提高了的样品延展性，这是由于淀粉在酸性条件下发生降解，使得淀粉的溶解度增大，直链淀粉的浓度增加所致。
添加SSL的样品，由于SSL具有较强的络合性，能够与淀粉形成复合物，阻止了直链淀粉的释放，从而使得样品的延展体积减小。
而添加DATEM提高了胶体挤压物的延展性，这有待进一步研究。
4亲水性胶体与淀粉间相互作用可能机理
Christianson等[15]将研究集中在可能与亲水胶体直接发生作用淀粉可溶性组分上，虽简化这一体系，但对进一步深入研究具有一定价值，不过也忽略淀粉颗粒在淀粉/亲水胶体功能性质中所起重要作用，这一体系机械性质不仅与可溶性直链淀粉力学性质有关，且也与溶胀淀粉颗粒数量和硬度有关[16]。
Christianson等[15]和Christianson认为[17]，胶体与淀粉颗粒中可溶性直链淀粉间能形成稳定氢键，因此提高混合体系黏度。
Shi和BeMiller认为[18]，淀粉/胶体间相互作用有两种模式可循：
模式（A）：
胶体分子与从淀粉颗粒中离析出直链淀粉分子发生相互作用，并部分粘连在糊化颗粒上；模式（B）：
胶体分子与析出直链淀粉分子相互作用，通过协同作用使体系黏度上升并抑制回生。
但Alloncle等认为[19]，淀粉/亲水胶体是溶胀淀粉颗粒分散在亲水胶体溶液中形成分散相与连续相这样一个混合体系，淀粉与胶体间协同作用是由于不同大分子间相分离，而不是分子间相互作用。
Biliadefis等认为[20]，单一淀粉凝胶是由充当填充物颗粒分散在直链淀粉水溶液中形成复杂体系，当另一个溶解性差的胶体加入该体系后，其水溶液中必将存在热力学不相容的相分离行为，这一行为使每一组分存在于溶液相互独立微相中，且使该微相中组分浓度激增，因此提高淀粉一胶体体系粘度。
Kulicke等，Alloncle和Doublier，Conde-Petit等也均假设淀粉与亲水胶体大分子间存在热力学不相容性[21~23]。
此外，Langton和Hermansson认为[24]，淀粉在糊化过程中颗粒周围会形成直链淀粉薄膜；Mandala等[25]在马铃薯淀粉/黄原胶体系中观察到这一薄膜，认为该薄膜对颗粒进一步糊化将产生一定影响。
Mandala等发现[26]，黄原胶可促进糊化态小麦淀粉颗粒间互相粘连，使它们相互聚集，并能提高其抗剪切力强度，促进水分子进入其内部和直链淀粉分子析出；析出直链淀粉与黄原胶将会环绕淀粉颗粒形成薄膜，抑制淀粉颗粒进一步溶胀和直链淀粉分子析出；这样又会增大颗粒内压，至一定极限（更高温度）时，使颗粒裂解。
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