影響淀粉熱膨化效果的因素

　　淀粉熱膨化效果取決于很多因素，內在因素主要包括淀粉來源、結構及組成等;外在因素包括共存成分、熱膨化方法以及工藝因素等。

　　1.淀粉的來源

　　根據結構決定功能原理，淀粉的組成結構是影響其熱膨化效果的重要因素。關于淀粉來源對其熱膨化性能的影響，下面從直鏈淀粉含量、支鏈淀粉結構、結晶度等組成結構參數進行討論。

　　為考察直鏈淀粉含量對大米淀粉熱膨化的影響，JIAMJARIYATAM等從糯米和非糯性稻米中提取淀粉，將兩種淀粉按照不同比例復配后(直鏈淀粉含量0.12%~19.00%，w/w)，經熟化成型、冷卻、干燥等工序制成料坯，棕櫚油油炸處理，結果發現大米淀粉的膨化率隨直鏈淀粉含量增加而減小。研究還指出，即使是直鏈淀粉含量非常接近的稻米品種，加工的炒米在感官品質上也存在顯著差異。為探討稻米原料與膨化米餅品質之間的關系，譚汝成等研究了21種稻米制作膨化米餅的效果，結果表明，稻米的直鏈淀粉(0.21%~26.02%)、粗脂肪(0.43%~1.77%)、粗蛋白(4.51%~9.44%)的含量與膨化米餅的感官品質存在相關性，直鏈淀粉含量中低(10.72%~12.63%)、粗脂肪含量高(1.42%~1.77%)、蛋白質含量低(4.70%~5.25%)的品種適于加工膨化米餅。由此可見，淀粉熱膨化不完全取決于加工原料中直鏈淀粉含量。

　　早期的一項研究表明，Keropok (一種馬來西亞淀粉基膨化食品)的膨化品質與受試淀粉原料中支鏈淀粉含量正相關。張立彥等的研究也發現，含支鏈淀粉較多的混合物料(糯米粉及馬鈴薯淀粉)的膨化產品組織結構好，優于木薯、玉米及小麥的淀粉。

　　淀粉的熱膨化不僅僅是由物質組成決定的，還包括結構因素。JIAMARIYATAM等研究報道淀粉的相對結晶度與產品膨化品質密切相關，直鏈淀粉含量9%、相對結晶度為2.8%-3.7%的大米淀粉干凝膠具有良好的熱膨化性能，隨著相對結晶度增高，膨化率下降，孔隙變密、尺寸變小。根據目前的研究，淀粉熱膨化加工特性的原料學因素未完全明晰。

　　2.淀粉的糊化度

　　在熱膨化前，將淀粉原料進行適度的糊化處理有利于提升膨化制品的品質。未經糊化的大米無法加工出符合期望的米花。在糊化過程中，淀粉粒發生膨脹并吸收水分，淀粉結晶結構破壞，水分子進入結晶簇發生水合作用。糊化破壞了淀粉粒原本的結構，降低了淀粉的相對結晶度，創造了淀粉與水分子相互作用的條件，為熱膨化奠定了物質結構基礎。

　　GURAYA 和TOLEDO報道由木薯淀粉和甘薯淀粉復配制作的料坯油炸膨化，其膨化率隨糊化度(低于80%時)增大而增大。LEE等研究發現，為取得最佳熱膨化效果，料坯的糊化度應在50%左右，當糊化度低于50%時或高于66%時，均無法進行充分的熱膨化。這表明，適當的糊化度有利于料坯生成充足的氣相成核位點。

　　3.淀粉的老化度

　　淀粉老化在糊化冷卻時即發生。在料坯制備過程中，老化不可避免發生，因此老化是影響淀粉熱膨化特性的重要因素。孫翠霞等通過將糊化的淀粉在4℃冰箱中儲藏4~72h來探究不同老化時間對淀粉熱膨化特性的影響，結果表明，對馬鈴薯淀粉及豌豆淀粉適度老化(<12h)可改善熱膨化性能(膨化率最高達3.5)，但是過度老化(>12h)則使之降低。有研究指出，老化使淀粉分子有序性提高，內部形成網絡結構，將水分均勻分布其中，受熱后蒸發外逸，形成均勻的氣室，但同時結晶結構形成，當結晶過多時，打破物料原有的結構所需要的能量值升高，從而水分難以外逸，膨脹率降低。

　　4.初始水分含量

　　原料中的水分作為汽化劑，其在膨化過程中起著至關重要的作用。水分汽化可為熱膨化過程提供驅動力，同時對食品聚合物基質的相變和拉伸粘度產生影響。蒸汽壓力足夠大時，基質迅速膨脹孔隙擴張，膨化產品獲得期望的多孔結構和質地。

　　研究顯示，水分含量及其分布、水分子與淀粉分子之間的相互作用與熱膨化密切相關。水作為塑化劑，能影響料坯中淀粉的T，適宜的相變溫度有利于物料在進入橡膠態及膨化前累積蒸汽壓力，這要求原料具有合適的初始水分含量28.過低則基質硬且易碎，且因水分蒸發使累積壓力的水汽不足，難以在基質內部產生氣室結構;過高則使基質受熱后軟化，且由于大量水汽外逸形成裂紋，降低膨化率，甚至膨化不完全。

　　5.熱膨化溫度

　　加熱溫度是影響淀粉熱膨化的重要因素。溫度在熱膨化過程中發揮兩種作用：(1)在相變階段升溫使物料越過淀粉的Tg，從玻璃態進入橡膠態，增強密閉結構的韌性和膨脹性;(2)加熱物料中的水分使其越過沸點，迅速汽化形成氣壓推動膨化結構形成。當溫度不足以使淀粉發生相變時，加熱僅起到蒸發水分的作用，無法為熱膨化創造條件，當溫度過高，則導致表面水分快速蒸發，熱量來不及傳導至物料內部，造成膨化率低，甚至容易燒焦物料。

　　6.熱膨化時間

　　熱膨化發生的持續時間相對較短，但加熱時間仍然是需要考慮的因素。加熱時間不足，熱膨化不充分，但并非時間越長越好。BOISCHOT等對玻璃態支鏈淀粉擠出物進行微波膨化時發現，加熱30s可使 Aw=0.73的樣品達到最大膨化率，隨著加熱繼續，膨化率反而下降。長時間加熱的另一個問題是產品容易發生焦化。

　　淀粉熱膨化特性的調控技術

　　淀粉熱膨化受到多因素的影響。因此，調控其熱膨化特性就可以從多方面入手。主要策略包括原料前處理和熱膨化方式兩方面。在原料前處理中，控制淀粉的糊化或老化程度、控制物料水分含量等己在前面述及，下文主要從原輔料(包括對淀粉的改性和外源物添加)和熱膨化方式等的角度進行論述。

　　1.淀粉改性

　　（1）通過化學改性提升淀粉的熱膨化性能

　　在工業生產中，對淀粉進行化學改性是拓寬其使用范圍的常用手段。MATTA JUNIOR等將木薯淀粉經臭氧處理，研究發現其熱膨化性能的提升效果可與木薯淀粉經自然發酵的效果相當。DIAS等報道，對酸木薯淀粉采用次氯酸鈉進行適度氧化處理，可提升其熱膨化性能，但過度處理會使淀粉發生降解，不利于熱膨化。

　　有研究觀察到氧化改性并非對所有淀粉有效，如過氧化氫溶液處理對提升木薯淀粉和蠟質玉米淀粉的熱膨化性能有效，而對普通玉米淀粉無效。鑒于目前淀粉結構-熱膨化性能關系尚未明晰，通過對淀粉的改性，不僅是改善熱膨化的手段，而且是研究熱膨化機制的重要途徑。

　　（2）通過物理改性提升淀粉的熱膨化性能

　　淀粉的物理改性方法不涉及化學試劑，具有綠色、安全、經濟高效等特點，其機制在于通過對淀粉分子鏈的空間組織或聚集態結構的適度改變來調整淀粉的理化性質和加工特性。傳統物理改性方法主要包括擠壓、高壓、濕熱、干熱和韌化處理等，近年來，新型物理場包括超聲波、微波、電場、射頻或等離子體技術在淀粉改性方面也取得了可喜的進步。

　　蒸谷米加工是一個改善印度炒米的熱膨化效果的典型例子。蒸谷米以未脫殼的稻谷為原料，經浸泡、蒸制、干燥等處理后，再按照常規稻米加工方法生產的大米制品。在蒸制過程中，稻米中淀粉的相對結晶度和玻璃化轉變溫度下降，這些都對后續熱膨化有利。MAHANTA和 BHATTACHARYA的研究指出，蒸制是決定蒸谷米熱膨化效果的關鍵環節。適度蒸制促使米粒外層淀粉糊化和直鏈淀粉-脂質復合物形成，從而有利于熱膨化。

　　有趣的是，太陽光也是改善淀粉熱膨化性能的重要因素。盡管這一積極結果的實現有賴于氣象條件，但是有學者指出太陽光輻照應適量，否則淀粉在陽光中紫外線等因素長時間作用發生組分或分子結構改變，反而會損害其熱膨化性能。QI等報道太陽光或紫外燈照射可進一步提升發酵木薯淀粉的熱膨化性能，研究指出輻照引起淀粉結晶區的破壞并使支鏈淀粉降解形成低分子量的產物，這有利于形成蒸汽壓力和熱膨化結構。

　　（3）通過生物改性提升淀粉的熱膨化性能

　　用于制作酸面包的木薯淀粉的生產，是生物法提升淀粉熱膨化性能的一個經典案例。傳統上木薯淀粉采用濕法工藝提取，經晾曬得到干木薯淀粉，這不可避免地導致了微生物生長和自然發酵。在引入工業化設備和技術后卻發現，烘干得到的木薯淀粉的熱膨化加工性能不及經傳統的自然發酵后曬干得到的木薯淀粉。這被解釋為發酵-曬干組合工藝使木薯淀粉分子結構發生適度改變，并形成了有利于熱膨化的結構，但相關機制尚仍未明確。按照同樣的自然發酵方式處理馬鈴薯淀粉，其熱膨化性能卻未得到改善，令人頗感意外。

　　2.外源物添加

　　在淀粉基膨化食品加工中，淀粉以外的組分不可避免地引入，從而對其熱膨化性能和產品品質產生影響。在過去研究中，出于從成本、風味或口感等方面的考慮，基于配方優化開展了大量工作。

　　（1）糖類

　　糖類能影響淀粉的糊化和老化。在加工料坯時，添加糖類物質必將對其結構產生影響，并最終影響熱膨化效果。KRAUS等采用擠壓工藝加工料坯，在配方中添加蔗糖，研究發現蔗糖可誘導形成更多的氣相成核區，且隨添加量增加而增多，料坯的膨化率增大，孔隙更加均勻細膩;研究還發現蔗糖通過塑化作用來影響膨化制品的外觀，蔗糖無添加時，產品枕形率為92%，蔗糖添加量10%、20%時，產品枕形率下降至57%、0%。

　　此外，蔗糖促進了淀粉的糊化(20%蔗糖使淀粉糊化度增加27.8%)，同時改變了料坯中淀粉老化進程，這些都是與改善熱膨化效果有關的因素。研究表明，多糖類物質也可以起著改善熱膨化的作用。

　　（2）蛋白質和油脂

　　蛋白質是淀粉基膨化食品中頻繁出現的配料或組分，如蝦片、米花、米餅中就含有蛋白質。雖然蛋白質對其熱膨化的影響機制尚未明晰，但已有研究表明適度添加食品蛋白質對熱膨化有利。WANG等將木薯淀粉和白鮭魚糜按1：1 制備混合凝膠，干燥至水分含量7%后進行微波真空膨化，研究發現其膨化效果優于木薯淀粉凝膠，孔隙均勻、感官評分更高。

　　油脂對淀粉熱膨化的影響與其種類和添加量有關。NGUYEN等研究油脂(添加量0%~21%)對蝦片微波膨化的影響時，結果發現蝦片硬度隨著油脂添加量增加而降低，膨化率在添加量3%時達最大值，繼續添加則膨化率降低。研究認為低熔點油脂容易與直鏈淀粉形成復合物，這不利于料坯加工時淀粉的糊化老化以及凝膠結構形成。

　　（3）鹽類和食品添加劑

　　研究表明，鹽類在改善淀粉熱膨化性能上可發揮積極作用。在印度炒米加工前通常進行調溫處理，即將食鹽水與蒸谷米混在一起，密封保溫一段時間。蒸谷米中添加2%食鹽，其膨化率可提高15%。

　　添加鹽對淀粉基質的熱膨化作用雖然不是必須的，但可提高膨化率和膨化速度，其機制可能在于適度降低玻璃化轉變溫度以及提高傳熱速率，從而使熱膨化更早發生。VAN DER SMAN 和 BROEZE2研究指出，NaCl可降低淀粉的Tg，可使料坯在更低水分含量(與未添加NaCL組進行對照)條件下具有良好的熱膨化效果，這意味著適度增加初始水分含量也可以有相同熱膨化效果同時實現減鹽的目的。