浅谈糯米淀粉的性状及应用

李温静，尹玉云

1. 无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035) 2. 河南省口岸食品检验检测所 (郑州 450003)

浅谈糯米淀粉的性状及应用

李温静1，尹玉云2

1. 无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035) 2. 河南省口岸食品检验检测所 (郑州 450003)

简述了糯米淀粉的提取方法，然后就其颗粒度、内部结构、晶体结构等基本特点和某些理化性质，与其它主要的淀粉品种进行了简单对比，最后对糯米淀粉的应用及发展作了简单介绍。

糯米淀粉;支链淀粉;直链淀粉

糯米中含有蛋白质、脂肪、糖类、钙、磷、铁、维生素B1、维生素B2、烟酸及淀粉等多种营养物质,具有很高的营养价值。其中，淀粉和蛋白质的含量较高，分别约为80%和8%，二者可以通过多种方法进行分离，从而从中提取糯米淀粉。糯米加工生产过程中产生的碎米约占稻谷的15%，若直接销售，价格势必比普通糯米价格低很多，而且碎糯米的粒度越小, 其价格就越低，从经济角度出发，可以将从糯米生产线分离的碎米集中收集起来作为制备糯米淀粉的主要原料，从而为企业带来更大的经济效益。

1 糯米淀粉的提取

长期以来，研究人员通过碱溶解法、表面活性剂法、酶法、超声波法、高压均质法等进行实验，研究提取糯米淀粉最经济有效的方法，这些方法各有利弊，具体分析详见表1。

由表1可以看出，提纯糯米淀粉的方法各有利弊。如果仅在实验室提取糯米淀粉用做研究，提取方法没有过多的限制，其中，最经济有效的方法为碱溶解法，因为糯米中水溶性以及碱溶性蛋白所占的比例最高，无法分离出的粗蛋白比例较低，约为0.12%，不足以对糯米淀粉的性质带来很大影响；如果用于工业化批量生产，则更适合采用两种或两种以上提取方法相结合的方式进行生产，例如，将酶解法与超声波法结合起来提取糯米淀粉，在超声波作用下，淀粉和蛋白质的结合不再紧密，有利于加快酶解反应速度，提高生产效率；同时，在酶的作用下，淀粉周围的蛋白质发生溶解或者松动，有利于降低超声波的处理时间，从而降低能耗。此外，汝医[1-3]等通过正交试验，在弱碱条件下对糯米进行酶解制备糯米淀粉，不仅生产工艺及产品性能都比单一提取方式要好，而且既能减少碱液对淀粉颗粒的破坏，又能减少酶的使用量以及与底物的反应时间，从而降低生产成本。由此可见，从取长补短的角度出发，将两种或者两种以上的提取方法结合起来，可使糯米淀粉生产企业的利益实现最大化。

表1 糯米淀粉的提取方法

2 糯米淀粉的特性

2.1 基本特点

2.1.1 形态结构

我国主要的淀粉品种有玉米淀粉、马铃薯淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉和大米淀粉等，糯米淀粉是大米淀粉的一种。这几种淀粉均由直链淀粉和支链淀粉组成，其中支链淀粉是通过D-葡萄糖聚合而成的具有分支结构的多糖，葡萄糖分子之间以α-1,4-糖苷键相连形成主链，大约每隔11～12个葡萄糖残基就会有一个以α-1,6-糖苷键形成的分支，平均每个分支由约20～30个葡萄糖残基组成[4]；直链淀粉是D-葡萄糖分子之间以α-1,4-糖苷键聚合而成。支链淀粉和直链淀粉由于分子内的氢键作用均可以形成螺旋构象的空间结构。与众不同的是，糯米淀粉的颗粒度相对较小且支链淀粉和直链淀粉的含量最为悬殊(表2)。

2.1.2 晶体结构

1912年劳埃等根据理论预见，并用实验证实了X射线与晶体相遇时能发生衍射现象，基本原理为：具有定型的结晶性物质在一定波长的X射线的照射下，其内部规则排列的原子或离子会发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。

淀粉是由结晶区、无定形区和亚微晶结构等组成的多晶体系，不同来源的淀粉其晶体结构不尽相同，根据X衍射图谱可以分为A、B、C三种晶型[5]。淀粉的晶体结构对其性质有一定的影响，例如，A型晶体易糊化，在体外可以完全消化，在人体小肠内会有一部分不消化，B型晶体难糊化，而且在加热条件下也难以消化，C型晶体对淀粉性质的影响程度介于A型、B型之间[6]。糯米淀粉、大米淀粉等谷类淀粉属于易糊化的A型晶体(表2)。

表2 主要淀粉品种的基本特点对比[7-8]

2.2 消化特性

淀粉在人体的消化过程可以概括见图1[9]。

由于淀粉在口腔中停留的时间比较短，只有一部分被水解为麦芽糖和糊精，后序的反应主要在小肠中进行，根据上文可知，参与淀粉在体内消化的酶主要有唾液淀粉酶、胰淀粉酶、麦芽糖酶、异麦芽糖酶和葡萄糖淀粉酶，这几种酶的功能不尽相同，详见表3。

图1 淀粉在人体的消化过程示意

表3 不同淀粉酶的功能比较[6,9]

由表3可知，人体消化道中催化α-1,4-糖苷键的酶的种类相对较多，而催化α-1,6-糖苷键的酶种类偏少且催化速度比较慢，因此，淀粉中含有α-1,6-糖苷键的支链淀粉的比例越高，在人体内的消化速度越慢。结合表2可知，糯米淀粉与其他品种的淀粉相比，消化速度相对较慢，且比B型晶体结构的马铃薯淀粉和木薯淀粉的消化程度高，更适合做缓慢消化淀粉。

2.3 糊化特性

淀粉的糊化是指淀粉—水体系在加热条件下，淀粉分子间以及分子内部氢键逐渐断裂继而与水分子重新形成氢键，使得淀粉分子逐渐与水分子结合，淀粉粒体积增大，分子结构无序性增强，最终分散成糊状，形成半透明粘稠体系的过程[7]。

淀粉分子中的氢键具有方向性，当分子间或者分子内部的—OH与含有孤对电子的O原子形成—OH…O形式的氢键时，这3个原子的空间排布越接近直线，形成的氢键就越强。淀粉中直链淀粉分子结构相对规整，便于—OH…O三原子排列接近于直线，而支链淀粉因其自身不规则的分支结构，不利于—OH…O三原子排列接近直线，分子间的氢键弱于直链淀粉。

淀粉在糊化的过程中，其内部结构会逐渐解体，由于支链淀粉分子间的作用力小于直链淀粉，水分子容易进入其中形成黏度大的胶体，而在相同条件下，直链淀粉分子间的氢键则不易被拆散。因此，淀粉中支链淀粉的含量越高，越容易被糊化，且糊化后形成的胶体黏度相对较高。

此外，淀粉中脂类的含量对淀粉的糊化也有一定的影响，由于脂类易与淀粉中的直链淀粉结合形成不易分解的络合物，导致水分子与淀粉分子的结合程度降低，延缓淀粉颗粒的溶胀，从而降低糊化程度[8]。因此，淀粉中脂类物质的含量越高，越不容易糊化。

由此可见，除了上文提到的晶体类型对淀粉的糊化有影响外，淀粉中脂类和支链淀粉的含量对淀粉的糊化也有一定的影响，糯米淀粉作为具有A型晶体结构的高支链淀粉，比其他品种的淀粉更易糊化，并且，糯米淀粉中的脂类含量相对较低，对糊化的抑制作用相对较弱。由表4可以看出，糯米淀粉开始糊化的温度与完全糊化时的温度均比较低，且糊化后的黏度是玉米淀粉、小麦淀粉等常见谷类淀粉中最高的。马铃薯淀粉虽然支链淀粉含量比糯米淀粉低，糊化温度比糯米淀粉略高，但其颗粒度比较大，内部结构更为松散，在糊化过程中更易与水分子结合形成黏度很高的淀粉糊。

表4 主要淀粉品种糊化特性的比较[7-8]

2.4 老化特性

糊化后的淀粉放置一段时间后，随着温度逐渐降低，淀粉分子又自动有序排列，分子间氢键重新形成，最终形成致密且高度晶化的淀粉分子微末的过程称为淀粉的老化[7]。在此过程中，淀粉糊逐渐浑浊、变硬、黏度降低、产生沉淀，例如，面包放置一段时间后发变硬、口感变差就是淀粉老化的缘故。

影响淀粉老化的内因主要为支链淀粉和直链淀粉的比例。加热过的直链淀粉为线性分子，易于取向缔合；而支链淀粉的枝状结构，空间障碍大，不易相互缔合和靠拢，不仅妨碍自身氢键的形成同时还会抑制淀粉糊中直链淀粉分子的缔合。因此，其他因素相同的条件下，支链淀粉含量高的淀粉的老化趋势弱于直链淀粉含量高的淀粉，由表5可以看出，糯米淀粉的老化趋势最低。此外，根据前文所述结合表5可知，马铃薯淀粉糊的热黏度虽高但稳定性比糯米淀粉低。

表5 主要淀粉品种老化特性的比较[8,10]

2.5 冻融稳定性

淀粉的冻融稳定性是指淀粉糊在冻结和融化两种状态交替变化的情况下的稳定性。在此过程中，淀粉分子间的氢键逐渐增多，形成淀粉分子聚合体，导致水合能力降低，溶解度降低，淀粉胶体被破坏，最终有游离水析出[11]。因此，可以将析水率作为评价淀粉冻融稳定性的指标。

何晋浙等[12]将不同品种的淀粉样品先后冷冻24 h后，分别测量了淀粉的两次析水率(表6)，通过对比发现，糯米淀粉的两次析水率均比较低，且变化幅度不大，充分说明糯米淀粉的冻融性较为稳定。

卞希良等[13]通过测定糯米淀粉与大米淀粉在不同介质中冻融稳定性后发现，在蒸馏水介质中由于普通大米淀粉中碱性粗蛋白的含量略高，淀粉颗粒带有相互排斥的电荷，不易凝聚，从而导致糯米淀粉的析水率略高于普通大米淀粉，而在酸性、碱性以及盐溶液中糯米淀粉的冻融稳定性均优于普通大米淀粉。

高群玉等[11]以糯米粉和糯米淀粉为原料分别测定了二者不同pH值条件下的冻融稳定性。结果显示，在强酸条件下，二者均失去冻融稳定性，而在弱酸条件下，糯米淀粉糊和米粉糊反复冻融至糊体析水或分层，前者的冻融次数远高于后者。由此可见，纯糯米淀粉的冻融稳定性优于糯米粉。

表6 主要淀粉品种析水率的比较[12]

如前文所述，糯米淀粉与众不同的分子结构导致其分子中的氢键比较弱，所以，无论是与其他品种的淀粉相比还是与糯米粉相比，糯米淀粉在冻融过程中，淀粉分子聚合体更不易形成，水合能力降低速率较慢，析水速率同样较慢，从而实现了较好的冻融稳定性。

3 糯米淀粉的应用

3.1 食品行业

在主要的淀粉品种中，糯米淀粉的颗粒度相对较小，与脂肪的颗粒度最为接近，且糯米淀粉糊不易老化，呈光滑的、奶油状的、可延伸的凝胶结构[14]，具有类似脂肪细腻柔软的口感，可作为非常有效的脂肪替代物与其他食品混合，而不影响食品原有的风味，并具有类似脂肪的某些特性，因此可用来取代高脂食品中的部分脂肪。

众所周知，冰淇淋作为炎炎夏日的消暑佳品，以其口感细腻，入口即化，香甜可口的特点深受广大消费者的喜爱，但随着营养与健康观念日渐深入人心，许多人对这种高糖高脂的美味却敬而远之，因此研发出一种脂肪替代物代替冰淇淋中的脂肪不失为一种两全其美的办法。糯米淀粉不仅具有类似脂肪的口感，而且具有良好的冻融稳定性，冷冻过程中，不易析水收缩，因此，相对其他品种的淀粉，更适合用作脂肪替代物。周原等[14]在不同脂肪替代率条件下对冰淇淋的浆料黏度、膨胀率、抗融化性、硬度以及感官指标做了测定，虽然随着脂肪替代率的增加各参数值均逐步下降，但通过对比分析可以看出在脂肪替代率为25%时各参数与脂肪替代率为0%时相比，变化不是很明显。因此，用糯米淀粉代替部分脂肪生产的低脂食品，既可保证良好的理化特性和感官特性，又可降低油脂的摄入。

在营养过剩、肥胖症、高血压、高血脂等患者层出不穷、谈脂色变的今天，低脂食品不仅深受减肥一族的青睐，也将是心血管疾病患者的福音。

3.2 保健养生领域

近年来，随着人们生活水平的不断提高，不良的生活习惯及饮食习惯给一些人的健康带来了威胁，例如糖尿病、肥胖症等很大程度上是由不健康的生活方式引起的。保健品虽然不能像药品那样具有药到病除的速效性，但它对药品的辅助作用，可以使患者的生理机能早些恢复，从而减少病痛的折磨。

糯米淀粉具有消化速度缓慢的特性，制成的缓慢消化淀粉具有一定的保健作用，例如，糖尿病是由胰岛素分泌不足或生理功能受阻引起的，以高血糖为特征的代谢型疾病，严重时会危及患者全身的组织器官。缓慢消化淀粉进入消化道后，体内血糖升高比较缓慢，从而减缓胰岛素的分泌速度，对糖尿病患者的血糖很好的调控作用，从而有效控制患者的病情。此外，缓慢消化淀粉在体内吸收速度比较缓慢，代谢过程中的能量可以缓慢释放，从而保持较长时间的饱腹感，这样就可以使肥胖症患者在瘦身的过程中，既不需要忍受节食的痛苦，又可以摄入较少的热量，加上合理的运动，最终达到事半功倍的效果。

缓慢消化淀粉不仅可以辅助治疗糖尿病、肥胖症等多种疾病，而且对某些行业的健康人群也有很好的保健作用。例如，运动员在运动过程中需要消耗大量的能量，由糯米淀粉制成的缓慢消化淀粉可以使糖代谢产生的能量缓慢释放，从而有效维持运动员的耐力[15]。

3.3 建筑行业

进入21世纪以来，科技发展突飞猛进，给人类的生产生活带来便利的同时，也带来了一系列的问题，例如，环境问题日益严峻，各种污染问题层出不穷，严重威胁着人类的健康。，糯米淀粉具有糊化后粘度高的特性，且作为一种天然高分子原料，具备便宜易得、无毒环保等优点，涉足众多的建筑领域，包括干粉砂浆、腻子粉、胶黏剂、白乳胶、墙纸粉、耐火材料等，从而减少建筑垃圾对大气、水质、土壤等带来的污染。

其中应用较多的当属作为建筑材料，粘贴各类壁纸、壁布的糯米胶。以纯天然食用糯米淀粉为原料，加入某些食品添加剂，如山梨酸钾、食用乙醇、食用白醋等作为助剂制得的糯米胶，即使误食，也不会对人体造成伤害。虽然，马铃薯淀粉糊化后黏度也比较高，但冷却后稳定性差。因此，相比之下，以糯米淀粉为主制成的成品粘结性、稳定性均相对较强，可确保墙纸长久的使用寿命。

近几年，随着消费者对墙纸认知度的逐渐提高和对美与环保的极致追求，促使糯米胶行业不断发展壮大。据调查，2010年我国墙纸总产量仅为8.6亿m2，家庭使用率只有5%，2012年便有超过30%的市场增长总量，随着“十二五”期间城镇化建设的推进，以及对精装房建设的倡导，墙纸的使用率逐年攀升，糯米胶的市场前景将会变得日趋广阔。

3.4 其他

将天然的糯米原淀粉经过某些物理、化学或者生物手段进行改性处理后，性能可以得到大幅度提升，从而使其应用范围更加广泛。例如，利用糯米淀粉易糊化且糊化后黏度高的特性，采用膨化的方式可以进一步提高糯米糊的黏度。翟广玉等[16]将从米厂生产线上收集到碎糯米膨化后制得膨化糯米淀粉，通过测定不同糊化方式下糯米淀粉的黏度，发现膨化糯米淀粉的黏度比普通加热糊化和加碱糊化的淀粉黏度都高，而且糊化过程更易操作控制，因此，这种改性糯米淀粉作为胶黏剂，粘贴各类包装袋、包装箱等效果会更好。

4 结语

综上所述，糯米淀粉作为一种高支链低直链淀粉，具有消化速度慢，易糊化，且糊化后粘度高不易老化以及冻融稳定性好等特性，可广泛用于食品、医疗保健、建筑、包装等多个行业，并且由于糯米淀粉具有来源丰富、能被微生物降解、绿色环保无污染等特点，相信随着科技的不断发展，糯米淀粉的应用范围将会延伸到更多新的领域，发展前景将会更加美好！

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Brief introduction on characteristics and applications of glutinous rice starch

Li Wenjing1， Yin Yuyun2

1. Wuxi COFCO Engineering & Technology Co., Ltd. (Wuxi 214035) 2. Food Inspection & Testing Institute of Henan Province (Zhengzhou 450003)

The extraction methods of glutinous rice starch were analyzed. And then the basic feature, including granularity, structure, and crystal type, and some physicochemical property of glutinous rice starch were simply compared with that of other starch from different kinds of plants. Moreover, the applications and development prospect of glutinous rice starch were also introduced .

glutinous rice starch; amylopectin; amylose

2016-07-25

李温静，女，1987年出生，助理工程师，主要从事大米工艺设计工作。

TS210

A

1672-5026(2017)03-029-06