玉米粉改性的研究现状与展望

张庆霞

（河南工业贸易职业学院，河南 郑州 451191）

玉米是我国主要粮食作物之一，其营养丰富，富含维生素、谷氨酸，以及微量元素硒等营养物质[1]，被誉为“未来的谷物”[2-3]，在食品、饲料及工业原料中均有应用[4-5]。适量摄入玉米粉可以调节膳食结构，起到增加营养、改善身体消化机能的作用[6]。由于玉米粉蛋白质组成及结构与小麦蛋白不同，玉米粉中不含面筋蛋白，因此玉米面团的可塑性较差。另外，玉米粉中的蛋白质包裹淀粉过于紧密，淀粉不能较好的吸水膨胀，且玉米粉蛋白也不能形成网络状结构，所以玉米粉面团的黏弹性较差，造成玉米粉的食用口感粗糙，不适合加工制作馒头、面条、饺子等传统面制品，这极大的限制了玉米粉在主食加工方面的应用[7-9]。玉米粉长期被作为饲料和工业原料使用，造成食品资源极大浪费。改善玉米粉的加工品质和食用品质是解决此问题的关键。为了改善玉米粉的加工品质和食用品质，可以通过多种手段对玉米粉进行改性，包括物理法、化学法、生物法及复合法等[10-12]。本文对玉米粉改性常用方法的研究现状进行了综述，以期能为玉米粉食用价值的开发利用提供一些参考，促进我国传统玉米主食健康快速发展。

1 物理法

玉米粉的物理改性主要通过机械设备对玉米粉进行破损、挤压、蒸煮等处理，降低玉米粉粒径或者对其结构进行重组，从而改善玉米粉的加工性能和食用品质[13]。玉米粉的物理改性方法主要有超微粉碎法、超高压法和挤压膨化法等方法。

1.1 超微粉碎技术

超微粉碎技术是指将物料颗粒粉碎至粒径在10 μm 以下的粉碎技术。玉米超微粉碎法改性可分为干法和湿法两种。石磊等[14]研究了颗粒度对玉米粉理化性质的影响，结果表明，随着玉米粉体积平均粒径的降低，直链淀粉含量先略降低再趋于平稳，休止角、保水力、水溶指数、吸水指数和破损淀粉含量均呈上升趋势，玉米粉热稳定性和老化程度随颗粒度的下降而下降，淀粉糊化度则上升。弓志青等[15]研究了粒度对糯玉米粉物化性质的影响，结果表明，糯玉米粉粒度从 80 目～100 目到 150 目～200 目，休止角、酶解率、黏度逐渐增加，持水力保持不变，当粒度大于200 目时，上述4个指标迅速下降；随着粒度的减小，松密度和紧密度逐渐减小；粒度越细，糯玉米粉L*值越高，b*值越小，色泽越差。除色泽外，糯玉米粉物化性质以150目～200 目最好。石磊[16]研究了颗粒度及糊化度对玉米面团理化性质的影响，结果表明，在相同的添加水量的条件下，玉米面团的硬度、黏着性和黏聚性随着颗粒度的减小而逐渐升高。ZHU Ying 等[17]研究了超微粉碎玉米粉应用性能的提高表现。祁国栋等[18]研究了超微细粉碎技术对糯玉米粉加工特性的影响，结果发现，200 目糯玉米超微细粉比普通粉碎的60 目糯玉米粉的溶解度、高温持水力、酶解率、糊化液的透光率等特性均有明显改善或提高，冻融稳定性降低，凝沉性加大。此外，廖娜等[19]研究得出超细微粉碎玉米粉糊化性能有所提高，Bolade M K 等[20]研究得出玉米粉粒度越减小，其凝胶特性越好，黏性越高，柔软性越好。

1.2 超高压技术

食品超高压技术是将食品及食品原料包装后密封于容器中，以水或其他流体介质作为传递压力的媒介物，在静高压（一般在100 MPa 以上）和一定的温度下加工一定的时间，引起食品成分非共价键、氢键、离子键、疏水作用的破坏或形成，使食品中的酶、蛋白质、淀粉等高分子物质失活、变性、糊化，并杀死食品中的细菌等微生物，从而达到灭菌、保藏和加工的目的的技术[21]。超高压处理可以使淀粉糊化[22-24]。李建珍等[25-26]采用超高压改性普通玉米粉，研究超高压技术对玉米粉糊化度的影响，结果表明，超高压技术处理玉米粉过程中，压力、保压时间、玉米粉质量浓度影响玉米粉的糊化度，随着压力的升高，保压时间的延长，糊化度逐渐升高。玉米粉质量浓度从5 g/100 mL 上升到15 g/100 mL 时，糊化度升高，玉米粉质量浓度进一步升高，糊化度下降并保持稳定。并通过正交试验得出影响程度顺序为压力＞保压时间＞玉米粉质量浓度，即压力对糊化度的影响最大，其次是保压时间，而玉米粉悬浮液质量浓度影响最小；超高压处理玉米粉，玉米粉糊化的最优条件为压力500 MPa、保压时间20 min、玉米粉质量浓度15 g/100 mL，此工艺条件下，玉米粉糊化度达到98.66%。李建珍[26]利用超高压技术改良玉米粉并将其与小麦粉混合制作饺子，得出超高压技术改良玉米粉与小麦粉配粉的最佳质量比为65∶35，由此制作的水饺具有玉米粉特有的色泽，口感细腻，爽滑筋道，由此得出超高压技术可以作为改善玉米粉食用品质和加工品质的有效方法。

1.3 挤压膨化技术

挤压膨化技术是将玉米粉进行挤压膨化，以获得粒度较小且具有一定预糊化度的玉米粉[27]。在挤压膨化过程中，玉米粉内部分子结构因外力和受热等作用发生明显变化，导致玉米粉的加工性能得到改善。李建珍[26]采用双螺杆挤压技术对玉米粉进行质构重组研究，相关性分析表明，玉米粉糊化度与双螺杆挤压技术质构重组玉米粉的工艺参数（机筒温度、螺杆转速、玉米粉加水量）、样品膨化度、水溶性指数、吸水性指数及各指标之间具有一定的相关性，双螺杆挤压技术明显改善了玉米粉的弹性、黏结性和咀嚼性，几乎达到了小麦粉的效果。高晴等[28]研究了蒸制、高温高压和挤压膨化3 种热处理方式对玉米粉色泽、溶解度、膨胀势和糊化特性的影响，结果表明，3 种热处理均使玉米粉颜色加深，峰值黏度降低，崩解值减小，提高了玉米粉热糊稳定性，挤压膨化处理使玉米粉溶解度、膨胀势在低温时显著增加。高维等[29]研究了一种膨化型即食玉米粉早餐的制作工艺，通过正交试验得出，其较佳的制作工艺条件为挤压温度160 ℃、螺杆转速340 r/min、玉米粉粒度为过80 目、玉米粉含水量21%，同时验证性试验证明在此工艺条件下挤压膨化所得的产品口感较好，表明挤压膨化是一种较好地改善玉米粉口感的方法。

此外，瞬间高温干燥、喷雾干燥、微波辐照等技术也可用于生产改性玉米粉。

玉米粉的物理改性可以改善玉米粉的食用品质和加工特性，但仍存在耗能高、设备造价高、改性条件不易控制等缺陷，在一定程度上限制了物理法改性在实际生产中的应用[13]。

2 化学法

化学法分为添加改良剂改善玉米粉品质和采用各种化学试剂改善玉米粉品质两种方法[13]。

2.1 添加改良剂

添加改良剂对玉米粉品质进行改良的报道较多。张钟宇[30]选用谷朊粉、瓜尔豆胶、田菁胶及海藻酸钠作为面团改良剂，考察改良剂对改性玉米粉-小麦粉混合粉面团流变学特性的影响，并通过正交试验，确定面团改良剂最佳配比为谷朊粉8%，瓜尔豆胶0.6%，田菁胶0.5%，海藻酸钠0.2%。蔡宇洁[31]研究了谷朊粉、大豆分离蛋白对玉米面条蒸煮、质构及感官品质的影响，结果表明，随着谷朊粉添加量的增加，面条的蒸煮损失呈波动状态，总体趋势下降；随着大豆分离蛋白添加量的增加，面条的蒸煮损失呈波动上升趋势；随着谷朊粉和大豆分离蛋白添加量的增加，面条硬度和剪切力均变大，但感官品质先升高后降低，谷朊粉在添加量为4%时面条的感官品质最好，大豆分离蛋白在添加量为3%时面条的感官品质最好；过量添加则会造成筋力过强，不易加工成形，口感和质量下降。张剑等[2]固定玉米粉在小麦粉中的添加量为60%，研究了谷朊粉添加量分别为6%、8%、10%时对玉米面条的影响，结果表明，随着谷朊粉添加量的增加，玉米面条的硬度、弹性、剪切力及拉伸距离都会有所提高，且硬度、剪切力及拉伸距离具有显著性；面条的感官评分随着谷朊粉的添加呈先增后减的趋势，谷朊粉添加8%时，感官评分最高，高于8%时，玉米面条口感明显变硬，适口性差，面条的色泽也逐渐变暗。卢晓黎等[32]通过添加复合亲水胶体、采用预糊化工艺，研究了纯玉米挂面的制作工艺及配方，其最佳工艺及配方为：玉米粉100 %，海藻酸钠0.4 %，羟甲基纤维素钠0.2%，黄原胶0.05%，高筋面粉8 %，总加水量45%；预糊化程度7 成。刘敦华等[33]以玉米粉与小麦粉（质量比6∶4）的混合粉为原料，研究了添加沙蒿籽胶的玉米混合粉的流变特性和面条加工品质的变化，结果表明，添加沙蒿籽胶能改善玉米混合粉的粉质，使面团具有良好的流变特性，并能显著增加面团的黏弹性，从而使面条的黏弹性增强、断条率降低、糊汤程度减小，面条口感滑润耐咀嚼。蔡宇洁等[3]以玉米-小麦混合粉制作面条，研究黄原胶、单甘酯和谷朊粉对其品质的改良作用及改良剂的复配增效作用，单因素试验结果表明：随着黄原胶的添加，玉米面条的硬度、剪切力和感官评分都呈先增大后减小的趋势，添加量为0.2%～0.4%时，面条的硬度和剪切力达到最高，当添加量为0.3%时，面条的感官评分最高，同纯面粉面条的接近，面条感官品质较好；随着单甘酯的添加，玉米面条的硬度和剪切力明显增大，剪切力的增加呈波动性，当添加量为0.1%～0.2%时，玉米面条的硬度和剪切力较大，当添加量为0.15%～0.20%时，面条口感较好。孙皎皎等[34]采用单因素试验和正交试验对以玉米粉、黄豆粉和小麦粉混合粉为原料加工玉米面条的工艺进行优化，结果表明，单独添加谷朊粉、聚丙烯酸钠、明胶或明胶多肽对玉米面条品质均有不同程度的改善作用，但这4 种改良剂复合使用效果更好，其最佳配方为谷朊粉3%、聚丙烯酸钠0.10%、明胶2%、明胶多肽3%。姜南等[35]研究了不同添加剂对玉米面饺子皮老化控制的影响，结果表明玉米面饺子皮抗老化工艺的最佳条件为真菌α-淀粉酶、卡拉胶、羧甲基纤维素钠的最佳添加量分别为0.05%、0.62%、0.23%，在此条件下，玉米面饺子皮的硬度值接近小麦粉饺子皮的硬度值。

添加改良剂改善玉米粉的加工性能简单易行，效果明显，成本低，但是改良剂添加量过多会影响玉米粉的风味，且过多的摄入食用胶等化学改良剂对人体健康也有不利影响，因此该方法的应用前景受到一定局限。

2.2 采用化学试剂

采用化学试剂对玉米粉品质进行改良的相关报道较少。闵伟红等[36]以普通玉米为原料，采用不同浓度的乳酸、乙酸和盐酸浸泡整粒玉米4 d 后磨粉，通过对比分析研究3 种酸浸泡对玉米粉理化性质及凝胶流变性质的影响。结果表明，经过乳酸、乙酸、盐酸浸泡后的玉米粉的总糖含量增高，粗蛋白、脂肪、灰分含量下降；其凝胶性质都得到不同程度的改善。翟爱华等[37]利用化学试剂醋酸酐对糯玉米粉进行改性，结果显示改性后的糯玉米粉糊化性能和抗老化性能均有改善，玉米粉的加工和食用品质均得以提高。汤培培等[38-39]研究氢氧化钙对热处理玉米粉特性的影响，结果表明，在氢氧化钙浓度范围0%～1%内，低浓度的氢氧化钙可提高淀粉颗粒的膨胀力和持水性，氢氧化钙浓度大约在0.4%时淀粉的膨胀力、持水性和糊化峰值黏度表现为最大，之后随着浓度的增加而减小。玉米粉糊化温度随着氢氧化钙浓度的增加先降低后升高。通过正交试验得出最优工艺条件为氢氧化钙量0.4%、加热时间1 h、加热温度100 ℃，此工艺条件下制备的玉米粉峰值黏度为2 810 cP，回生值/最终黏度为0.52，其内部结构较松散、易糊化、不易老化。谢军红等[9]研究了热碱浸泡对玉米粉热力学特性和流变学特性的影响，结果表明，热碱处理影响玉米粉的热特性以及黏弹特性。在热碱浸泡加工时，Ca2+与淀粉之间相互作用，稳定了凝胶的结构，增加了玉米粉的糊化湿度。由于热碱的存在，部分淀粉糊化，玉米粉的糊化焓值有所降低。在糊化阶段热碱处理玉米粉与对照样不同，热碱处理玉米粉形成的凝胶黏度低。

但是化学试剂处理后玉米粉的安全性限制了化学试剂在玉米粉品质改良方面的应用。

3 生物改性

玉米粉的生物改性是利用生物酶的水解作用或者微生物的发酵作用对玉米粉的分子结构进行部分修饰，部分改变玉米粉中蛋白与淀粉的结构，从而使玉米粉的保水力、凝胶特性以及粘性等加工特性得到改善[40-41]。玉米粉的生物改性目前主要为酶法和发酵法。

3.1 酶法

利用酶制剂对玉米粉进行改性处理的报道较多，如孙步云等[42]研究表明：酶法改性可以大幅度提高玉米粉的工艺性能，尤其淀粉酶与碱性蛋白酶复合改性效果明显；酶法改性对玉米谷蛋白结构影响较大，对醇溶蛋白影响较小，谷蛋白结构的变化可能是导致玉米成团性改良的一个重要因素。王香丽等[43]采用中性蛋白酶对玉米粉进行改性，并研究了中性蛋白酶添加量对玉米粉糊化特性的影响，结果表明，随着酶量的增加玉米粉的最低黏度和最终黏度均较低，而峰值黏度基本不变。王香丽等认为这主要是因为中性蛋白酶能够使玉米粉中的醇溶蛋白和碱性蛋白水解成多肽，从而使包裹着淀粉颗粒的蛋白脱落，把更多的淀粉暴漏出来，使其与水或其他试剂充分接触，有利于玉米粉改性的发生。当蛋白质基本被水解完全以后，其黏度基本不变。王亚丹等[44]也采用中性蛋白酶对玉米粉进行改性，并通过与原玉米粉相比，研究酶处理后的玉米粉凝胶特性及糊化特性的变化，结果表明，经过酶处理后的玉米粉，其凝胶体积膨胀率变小，即玉米粉吸水保水能力下降。王亚丹等认为这主要是因为玉米粉经酶水解后，可能导致蛋白质保水能力丧失，也可能水解生成疏水物质肽或氨基酸，使得玉米粉吸水保水能力下降，或者高温使部分玉米粉颗粒糊精化，淀粉很少游离出来，持水能力降低；其研究结果同时还表明经过酶处理后的玉米粉，其峰值黏度和回升值均降低，且变幅较大。王亚丹等认为这可能是因为蛋白质在玉米粉糊化过程中对黏度有贡献作用，一旦被酶水解破坏后黏度自然减弱，且有可能水解产物与直链淀粉作用形成难以糊化的复合物，使得处理后玉米粉的黏度骤降。

3.2 发酵法

在以往生产中多采用酶法改良玉米粉的品质[45]。近年来随着发酵工艺的改善和发酵过程控制的优化，通过发酵法尤其是固态发酵法改良玉米粉品质逐渐成为新的研究热点[46]。固态发酵是指反应体系无水或接近于无水的发酵过程[47]。李博[48]研究了酵母菌固态发酵对玉米粉品质的改良作用，并对发酵后玉米粉的生理功能进行了研究。通过用发酵后的玉米粉对小鼠进行喂养，并检测小鼠的生理指标，表明发酵后的玉米粉能够有效地预防因营养过剩引起的血糖血脂的升高，可以有效改善小鼠的免疫功能，清除小鼠体内的有毒物质。王小鹤等[49]研究了乳酸菌发酵对玉米粉品质的影响，结果表明经乳酸菌发酵的玉米粉的保水力增加，乳酸菌发酵可提高玉米粉的利用价值。程国栋等[50]研究了玉米发酵面团的最佳制作工艺，得出玉米面团最佳工艺条件为酵母添加量为0.8%、发酵时间为1.5 h、醒发时间为40 min，此条件下制得的玉米发酵面团品质良好，其质构特性与小麦馒头较接近，面团表皮光滑、对称、挺立，内部气孔均匀，弹性好且筋道、滋味浓香。秦洋[51]在他的博士论文中采用乳酸菌发酵法改良玉米粉的加工性能，通过分析发酵前后玉米粉的加工性能得出：玉米粉经过乳酸菌发酵后持水力下降，凝胶能力提升，色泽变淡；发酵改性玉米粉在热稳定性以及抗回生性方面均有明显改善，并且糊化温度和糊化时间均有一定提高；发酵改性玉米粉制作的玉米面团更加柔软，且黏性、弹性、内聚性、胶着性、延展性、拉伸耗能、拉伸阻力以及拉伸比等方面均有明显提高，具有更好的加工性能，更适合于加工成各类面制品；用乳酸菌发酵的玉米粉制作的玉米蛋糕与原玉米蛋糕相比硬度降低，弹性和咀嚼性增强，口感较好，感官得分显著提高；玉米粉在乳酸菌发酵过程中黄曲霉毒素含量也有所降低，因此乳酸菌发酵是一种安全有效的加工方法。此外，刘庆艾等[52]采用微生物发酵的方法研究了玉米粉经米根霉和乳酸菌发酵后玉米粉性质的变化。侯普馨等[53]对玉米发酵面条进行了研制，并研究了酵母添加量对面条感官品质的影响。

此外，还有大量文章显示在利用乳酸菌发酵玉米粉时有助于降低玉米粉中黄曲酶毒素的含量。可见微生物对病毒的降解能力不容小视。针对微生物发酵法，未来势必会有更加广阔和深入的研究[51]。

4 复合法

复合法是指采用两种或两种以上方法对玉米进行改性修饰的方法。国内对复合法玉米改性的研究较少。余平等[54]采用现代生物技术、超微粉碎技术结合其他先进工艺生产研制生产出了特制玉米粉，生产的特制玉米粉具有类似小麦粉的食品加工特性，可以单独或部分加入小麦粉中，用于制作玉米馒头、挂面、发糕、面包、水饺和其他大众化传统主食。刘亚伟等[55]采用发酵法和酶法对玉米粉进行复合改性，并分析了改性后玉米粉的糊化特性和制备成玉米面条的质构特性。结果表明，玉米粉经改性后，糊化温度降低，其他的糊化特征值均增加，玉米粉的凝胶特性得到改善，能显著提高玉米面条的弹性和咀嚼性。

5 总结与展望

随着人们对健康饮食的关注，多食用粗粮已是人们的共识，粗粮改性已逐渐成为研究的热点。玉米作为粗粮中产量最大的一种，其食用价值的开发对人类健康饮食意义重大，因而已引起了大量学者对玉米主食的研究兴趣。而其自身的特点却极大地限制了玉米粉在主食加工方面的利用度。因此玉米粉的改性在玉米主食化进程中具有重大意义。目前玉米粉改性方法主要有物理法、化学法、生物法及复合法等。随着人们对食品安全问题的日益重视，物理法及生物法玉米粉改性将具有较为广阔的发展前景。此外，复合法改性玉米粉能够对以上各种方法取长补短，在改性效果上形成互补，有助于大幅提高玉米粉品质，因此也将成为未来玉米粉改性研究的热点。