马铃薯淀粉的研究及应用

马铃薯淀粉的研究及应用 摘要: 介绍了马铃薯的生产概况、马铃薯淀粉的特性及其在各行业中的应用,

展望了我国马铃薯淀粉行业的发展前景。 关键词: 马铃薯淀粉；变性淀粉；应用

Study on potato starch and its application in the industry Abstract: This article introduced the general situation of potato and potato starch,

and the properties of potato starch and its application in the industry. The prospect of potato starch in our country was also foreseen.

Keywords: potato starch；denatured potato starch；application

马铃薯是一种广为种植的经济作物, 主要生长在北纬35°-50°、光照强、昼夜温差大、气候冷凉的沙质土壤带。目前全球生产马铃薯的国家有100 多个, 主要分布在亚洲、非洲、欧洲及美洲等地, 中国、俄罗斯、波兰等是马铃薯的主要生产国, 总产约3×108 t（周庆锋，2006）。2005 年12 月28 日, 联大在结束会期的最后一天通过决议, 宣布2008 年为“ 国际土豆年”, 以显示马铃薯在世界粮食生产中的重要性。我国马铃薯种植分为华北、西北、东北、西南四大产区, 种植面积较大的省( 区) 有贵州、内蒙古、云南、甘肃等（李军等，2007）。我国2005 年马铃薯种植面积488.09×104 hm2, 约占世界种植面积的25% , 单产14.5 t/hm2, 总产量7 086.5×104 t， 分别占全世界总产量的19% 和亚洲的70% , 居世界首位。目前我国马铃薯大多作为鲜食, 工业化加工转化率不到5% ，而发达国家高达80%以上（王秀芳，1998）。这一方面说明我国马铃薯产业化的水平很低, 同时也说明了马铃薯产业中蕴含着巨大的潜力。因此大力发展马铃薯产业是农业产业结构调整和增加农民收入的重要途径。鲜马铃薯中的淀粉含量一般为9% ~25%, 由于马铃薯淀粉及其变性淀粉具有很多优良特性, 因此在各行业中得到了广泛的应用。

1 马铃薯淀粉的生产概况 1811 年, 美国生产出了首批马铃薯淀粉, 19 世纪70 年代开始规模化生产（张洪微等，2003）。目前, 全球马铃薯淀粉年产量约600×104 t, 其中欧盟国家的产量最大,亚洲是马铃薯淀粉国际市场的重要销售地区。美国和日本等发达国家直接以马铃薯为原料加工的各类食品有300 多种, 制成淀粉、各种类型的变性淀粉及淀粉深加工产品达上千种。在我国, 马铃薯淀粉产业起步晚, 加工水平相对较为落后, 主要表现在生产效率低、效益差、综合利用率低。随着近年来我国马铃薯种植水平的提高和种植面积的扩大, 马铃薯淀粉的产量也随之大大提高, 截止到2006 年, 我国马铃薯淀粉的产量已经突破了80×104 t。而目前国内马铃薯淀粉的年需求量约为30×104 t, 变性淀粉的年需求量为25×104 t, 市场缺口很大, 每年需从国外进口。马铃薯淀粉和变性淀粉因具有独特的价值成分, 在各个工业领域得到广泛应用, 尽管其价格比其他淀粉要高, 但其优越性是显而易见的。

2 马铃薯淀粉的特性

2.1 马铃薯淀粉粒径大 马铃薯淀粉的粒径一般为25~100 μm, 平均粒径为30~40 μm, 比玉米淀粉、红薯淀粉和木薯淀粉的粒径都要大。马铃薯淀粉粒径的大小不仅随其品种不同而变化, 即使是同一品种的马铃薯, 在不同的营养条件下, 其淀粉粒径大小也会发生变化[11]。大粒径的马铃薯淀粉呈椭圆形, 小粒径的呈圆形。

2.2 马铃薯淀粉黏性大 马铃薯支链淀粉含量高达80% 以上, 其直链淀粉的聚合度也很高, 所以马铃薯淀粉糊的黏度很高。马铃薯淀粉糊浆黏度峰值平均达3000 BU, 比玉米淀粉( 600BU) 、木薯淀粉(1000BU) 和小麦淀粉(300BU) 的糊浆黏度峰值都高。马铃薯淀粉虽然也含有直链淀粉, 但由于其直链部分的大分子量及磷酸基团的取代作用, 马铃薯淀粉糊的凝胶强度很大（Wang- xiaofang等，2006）。

2.3 马铃薯淀粉的糊化温度低, 吸水力强 马铃薯淀粉的糊化温度平均为56℃, 比玉米淀粉(64℃) 、小麦淀粉(69℃) 以及薯类淀粉的木薯淀粉(59℃) 和甘薯淀粉(79℃) 的糊化温度都低。马铃薯淀粉颗粒较大, 其内部结构较弱, 又由于其分子结构中磷酸基电荷间相互排斥, 因此马铃薯淀粉具有很好的膨胀性。当温度达到5O~62℃, 淀粉粒一齐吸水膨胀。当完成糊化时, 马铃薯淀粉能吸收比自身的质量多400倍~600倍的水分。

2.4 马铃薯淀粉糊浆透明度高 马铃薯糊浆中几乎不存在能引起光线折射的未膨胀和糊化的颗粒状淀粉。马铃薯淀粉分子结构中结合的磷酸基及其不含有脂肪酸是其糊浆透明度高的重要原因。马铃薯淀粉的含磷量最高, 几乎百分之百以共价键结合于淀粉中, 每200~400个葡萄糖基中含1个磷酸基, 磷酸基上的平衡离子主要是K+,Na+,Ca2+, Mg2+,这些平衡离子在马铃薯胶化过程中起着重要作用。带负电荷的磷酸基在水溶液中排斥带有相同电荷的物质, 对胶化过程有利, 表现在可快速水合和吸水膨胀, 增强水黏合性能, 形成淀粉糊（于天峰,等，2005）。

2.5 马铃薯淀粉的蛋白质含量低 马铃薯淀粉不具有玉米淀粉和小麦淀粉那样典型的谷物口味。马铃薯淀粉中的蛋白残留量通常低于0.1%。因此它颜色洁白, 口味温和, 无刺激。

3 马铃薯变性淀粉的特点 马铃薯原淀粉也存在一些缺陷, 如耐剪切能力不强等, 这往往需要通过变性来解决问题。变性淀粉是指利用物理方法、化学方法和酶法, 改变淀粉的天然性质, 增加其性能或引进新的特性而制备的淀粉衍生物。一些常见的马铃薯变性淀粉有: 预糊化淀粉、酸转化淀粉、双醛氧化淀粉、交联淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉和接枝淀粉等（赵燕等，2004）。 马铃薯预糊化淀粉与其他预糊化淀粉( 如甘薯、小麦和玉米等预糊化淀粉) 比较, 由于其支链分子量比较大, 因而具有很强的粘结性; 马铃薯酸转化淀粉具有良好的成膜性能；马铃薯羟烷基淀粉在低温下具有持水性，是( 仅次于羟丙基木薯淀粉) 制作冷冻布丁的良好辅料；马铃薯氧化淀粉成膜性好, 透明度高, 用作食品被膜剂很有优势；马铃薯交联淀粉是利用马铃薯原淀粉吸水性强和增稠效果好的特点, 通过交联提高淀粉的耐剪切能力，从而增强其稳定性。国外对马铃薯变性淀粉的研究开发已取得长足的进步，如荷兰艾维贝公司开发出预煮淀粉56 种, 其中马铃薯淀粉型为29 种; 速溶淀粉为32 种，其中马铃薯淀粉糖12 种。如此众多的马铃薯淀粉, 很多是国内尚未生产的品种，这就需要我国的淀粉科研人员努力攻关，早日缩小差距。

4 马铃薯淀粉的应用

4.1 在糖果生产中的应用 在糖果中, 马铃薯淀粉主要用作填充剂, 参与糖体组织结构的形成。在奶糖的生产上, 可增加糖果的体积, 可改善产品的口感和咀嚼性, 增加弹性和细腻度, 而且能有效防止糖体变形和变色, 延长产品货架期; 在明胶糖果中, 马铃薯变淀粉因其良好的透明度和较强的持水作用, 在一定的比例下能够和明胶很好地配合, 形成韧而不硬, 滑而不粘, 具有良好口感和弹性的凝胶, 同时可大幅度降低成本。采用生物工程方法用马铃薯淀粉生产的葡萄糖果、葡萄糖浆等, 可以作为饮料等的调味料, 也可以用来制作糖衣。

4.2 在面食中的应用 马铃薯淀粉蛋白质含量低, 颜色洁白, 具有天然的磷光, 能有效改善面团的色泽。同时它具有黏度高、弹性好和抗老化性强等特点, 能显著地改善面条的复水性, 提高面团的弹性和筋韧度, 改变面团的流变性, 降低面块的含油率。用马铃薯淀粉制作的面条和粉丝等产品, 不仅颜色好, 而且不易断条。国外有人在方便面中添加马铃薯淀粉, 生产的面条不会形成白色的硬芯, 而且弹性好（王善荣等，2004）。王成军等人以马铃薯淀粉作为主要原料, 生产出一种韧性好、不浑汤、复水性好的朝鲜冷面。俞峥怿认为, 马铃薯淀粉是勾芡的首选, 因为它吸水性好, 溶胀程度大, 糊化温度低, 糊透明度高。把马铃薯淀粉和变性淀粉添加在糕点面包中,既可增加营养成分, 还可防止面包变硬, 从而延长保质期。艾维贝公司开发的蜡质马铃薯淀粉中, 支链淀粉含量高达99%以上, 不易产生老化现象, 因此是一种优良的裹粉原材料。

4.3 在肉制品中的应用 在肉制品的生产中, 马铃薯淀粉也发挥着重要作用。马铃薯淀粉糊化后的透明度非常高, 所以可使制品的肉色鲜亮, 外观悦目, 能够防止产品颜色发生变化, 减少亚硝酸盐和色素的使用量, 同时对于改善产品的保水性、组织状态均有明显的效果。在灌肠产品中, 将添加的玉米淀粉改为马铃薯淀粉, 可大大减少淀粉的用量, 提高主料肉的用量, 这样既提高了灌肠的口味及口感,又提高了产品的档次[20, 21]。这是因为新鲜肉在受热时会失去部分水分,而淀粉能够吸收部分这些水分并与其发生糊化反应。因此选择吸水性好、膨胀率高的淀粉, 对肉制品的影响是非常大的。孔保华[22]在鱼丸中添加了马铃薯淀粉, 改善了鱼丸的流变学特性和感官品质。还有人在鸡肉火腿中加入了马铃薯淀粉, 也制成了弹性和切片性好的产品。

4.4 在乳制品中的应用 酸奶是马铃薯变性淀粉在乳制品中最典型的应用范例。在酸奶生产过程中, 一般要经过高压均质、高温杀菌工序, 处理后会使蛋白质变性, 从而失去对水分的控制能力, 也丧失了其优良的乳化功能, 易产生析水分离现象。经过交联酯化处理的马铃薯淀粉具有很好的抗高温、强剪切和降低pH 值的能力, 同时能防止产品脱水分层。此外, 马铃薯变性淀粉还能增加酸奶的黏度, 使其口感更加稠厚、浓郁。因马铃薯变性淀粉糊的透明度较佳, 因此不会影响酸奶的色泽。此外, 由于马铃薯淀粉的口味温和, 可使酸奶保持清淡风味和细腻的口感。在奶酪制品中, 马铃薯淀粉可部分替代酪蛋白, 并能改善产品的成型性和熔融性。艾维贝公司开发的蜡质马铃薯淀粉的直链淀粉含量极低, 由于其极佳的增稠性、耐高温焙烤性及优良的冻融稳定性, 使用适宜的改性蜡质马铃薯淀粉可将配方中昂贵的海藻酸盐的使用量降低20% , 而且不会影响产品的稠度、稳定性和冻融稳定性。邬应龙等人通过实验证明，高黏度辛烯基琥珀酸马铃薯淀粉酯，可以部分或全部替代冰淇淋中的奶油。随着奶油替代量的增加, 冰淇膨胀率明显提高,冰淇淋的硬度也略有增加。