影响淀粉热膨化效果的因素

　　淀粉热膨化效果取决于很多因素，内在因素主要包括淀粉来源、结构及组成等;外在因素包括共存成分、热膨化方法以及工艺因素等。

　　1.淀粉的来源

　　根据结构决定功能原理，淀粉的组成结构是影响其热膨化效果的重要因素。关于淀粉来源对其热膨化性能的影响，下面从直链淀粉含量、支链淀粉结构、结晶度等组成结构参数进行讨论。

　　为考察直链淀粉含量对大米淀粉热膨化的影响，JIAMJARIYATAM等从糯米和非糯性稻米中提取淀粉，将两种淀粉按照不同比例复配后(直链淀粉含量0.12%~19.00%，w/w)，经熟化成型、冷却、干燥等工序制成料坯，棕榈油油炸处理，结果发现大米淀粉的膨化率随直链淀粉含量增加而减小。研究还指出，即使是直链淀粉含量非常接近的稻米品种，加工的炒米在感官品质上也存在显著差异。为探讨稻米原料与膨化米饼品质之间的关系，谭汝成等研究了21种稻米制作膨化米饼的效果，结果表明，稻米的直链淀粉(0.21%~26.02%)、粗脂肪(0.43%~1.77%)、粗蛋白(4.51%~9.44%)的含量与膨化米饼的感官品质存在相关性，直链淀粉含量中低(10.72%~12.63%)、粗脂肪含量高(1.42%~1.77%)、蛋白质含量低(4.70%~5.25%)的品种适于加工膨化米饼。由此可见，淀粉热膨化不完全取决于加工原料中直链淀粉含量。

　　早期的一项研究表明，Keropok (一种马来西亚淀粉基膨化食品)的膨化品质与受试淀粉原料中支链淀粉含量正相关。张立彦等的研究也发现，含支链淀粉较多的混合物料(糯米粉及马铃薯淀粉)的膨化产品组织结构好，优于木薯、玉米及小麦的淀粉。

　　淀粉的热膨化不仅仅是由物质组成决定的，还包括结构因素。JIAMARIYATAM等研究报道淀粉的相对结晶度与产品膨化品质密切相关，直链淀粉含量9%、相对结晶度为2.8%-3.7%的大米淀粉干凝胶具有良好的热膨化性能，随着相对结晶度增高，膨化率下降，孔隙变密、尺寸变小。根据目前的研究，淀粉热膨化加工特性的原料学因素未完全明晰。

　　2.淀粉的糊化度

　　在热膨化前，将淀粉原料进行适度的糊化处理有利于提升膨化制品的品质。未经糊化的大米无法加工出符合期望的米花。在糊化过程中，淀粉粒发生膨胀并吸收水分，淀粉结晶结构破坏，水分子进入结晶簇发生水合作用。糊化破坏了淀粉粒原本的结构，降低了淀粉的相对结晶度，创造了淀粉与水分子相互作用的条件，为热膨化奠定了物质结构基础。

　　GURAYA 和TOLEDO报道由木薯淀粉和甘薯淀粉复配制作的料坯油炸膨化，其膨化率随糊化度(低于80%时)增大而增大。LEE等研究发现，为取得最佳热膨化效果，料坯的糊化度应在50%左右，当糊化度低于50%时或高于66%时，均无法进行充分的热膨化。这表明，适当的糊化度有利于料坯生成充足的气相成核位点。

　　3.淀粉的老化度

　　淀粉老化在糊化冷却时即发生。在料坯制备过程中，老化不可避免发生，因此老化是影响淀粉热膨化特性的重要因素。孙翠霞等通过将糊化的淀粉在4℃冰箱中储藏4~72h来探究不同老化时间对淀粉热膨化特性的影响，结果表明，对马铃薯淀粉及豌豆淀粉适度老化(<12h)可改善热膨化性能(膨化率最高达3.5)，但是过度老化(>12h)则使之降低。有研究指出，老化使淀粉分子有序性提高，内部形成网络结构，将水分均匀分布其中，受热后蒸发外逸，形成均匀的气室，但同时结晶结构形成，当结晶过多时，打破物料原有的结构所需要的能量值升高，从而水分难以外逸，膨胀率降低。

　　4.初始水分含量

　　原料中的水分作为汽化剂，其在膨化过程中起着至关重要的作用。水分汽化可为热膨化过程提供驱动力，同时对食品聚合物基质的相变和拉伸粘度产生影响。蒸汽压力足够大时，基质迅速膨胀孔隙扩张，膨化产品获得期望的多孔结构和质地。

　　研究显示，水分含量及其分布、水分子与淀粉分子之间的相互作用与热膨化密切相关。水作为塑化剂，能影响料坯中淀粉的T，适宜的相变温度有利于物料在进入橡胶态及膨化前累积蒸汽压力，这要求原料具有合适的初始水分含量28.过低则基质硬且易碎，且因水分蒸发使累积压力的水汽不足，难以在基质内部产生气室结构;过高则使基质受热后软化，且由于大量水汽外逸形成裂纹，降低膨化率，甚至膨化不完全。

　　5.热膨化温度

　　加热温度是影响淀粉热膨化的重要因素。温度在热膨化过程中发挥两种作用：(1)在相变阶段升温使物料越过淀粉的Tg，从玻璃态进入橡胶态，增强密闭结构的韧性和膨胀性;(2)加热物料中的水分使其越过沸点，迅速汽化形成气压推动膨化结构形成。当温度不足以使淀粉发生相变时，加热仅起到蒸发水分的作用，无法为热膨化创造条件，当温度过高，则导致表面水分快速蒸发，热量来不及传导至物料内部，造成膨化率低，甚至容易烧焦物料。

　　6.热膨化时间

　　热膨化发生的持续时间相对较短，但加热时间仍然是需要考虑的因素。加热时间不足，热膨化不充分，但并非时间越长越好。BOISCHOT等对玻璃态支链淀粉挤出物进行微波膨化时发现，加热30s可使 Aw=0.73的样品达到最大膨化率，随着加热继续，膨化率反而下降。长时间加热的另一个问题是产品容易发生焦化。

　　淀粉热膨化特性的调控技术

　　淀粉热膨化受到多因素的影响。因此，调控其热膨化特性就可以从多方面入手。主要策略包括原料前处理和热膨化方式两方面。在原料前处理中，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，下文主要从原辅料(包括对淀粉的改性和外源物添加)和热膨化方式等的角度进行论述。

　　1.淀粉改性

　　（1）通过化学改性提升淀粉的热膨化性能

　　在工业生产中，对淀粉进行化学改性是拓宽其使用范围的常用手段。MATTA JUNIOR等将木薯淀粉经臭氧处理，研究发现其热膨化性能的提升效果可与木薯淀粉经自然发酵的效果相当。DIAS等报道，对酸木薯淀粉采用次氯酸钠进行适度氧化处理，可提升其热膨化性能，但过度处理会使淀粉发生降解，不利于热膨化。

　　有研究观察到氧化改性并非对所有淀粉有效，如过氧化氢溶液处理对提升木薯淀粉和蜡质玉米淀粉的热膨化性能有效，而对普通玉米淀粉无效。鉴于目前淀粉结构-热膨化性能关系尚未明晰，通过对淀粉的改性，不仅是改善热膨化的手段，而且是研究热膨化机制的重要途径。

　　（2）通过物理改性提升淀粉的热膨化性能

　　淀粉的物理改性方法不涉及化学试剂，具有绿色、安全、经济高效等特点，其机制在于通过对淀粉分子链的空间组织或聚集态结构的适度改变来调整淀粉的理化性质和加工特性。传统物理改性方法主要包括挤压、高压、湿热、干热和韧化处理等，近年来，新型物理场包括超声波、微波、电场、射频或等离子体技术在淀粉改性方面也取得了可喜的进步。

　　蒸谷米加工是一个改善印度炒米的热膨化效果的典型例子。蒸谷米以未脱壳的稻谷为原料，经浸泡、蒸制、干燥等处理后，再按照常规稻米加工方法生产的大米制品。在蒸制过程中，稻米中淀粉的相对结晶度和玻璃化转变温度下降，这些都对后续热膨化有利。MAHANTA和 BHATTACHARYA的研究指出，蒸制是决定蒸谷米热膨化效果的关键环节。适度蒸制促使米粒外层淀粉糊化和直链淀粉-脂质复合物形成，从而有利于热膨化。

　　有趣的是，太阳光也是改善淀粉热膨化性能的重要因素。尽管这一积极结果的实现有赖于气象条件，但是有学者指出太阳光辐照应适量，否则淀粉在阳光中紫外线等因素长时间作用发生组分或分子结构改变，反而会损害其热膨化性能。QI等报道太阳光或紫外灯照射可进一步提升发酵木薯淀粉的热膨化性能，研究指出辐照引起淀粉结晶区的破坏并使支链淀粉降解形成低分子量的产物，这有利于形成蒸汽压力和热膨化结构。

　　（3）通过生物改性提升淀粉的热膨化性能

　　用于制作酸面包的木薯淀粉的生产，是生物法提升淀粉热膨化性能的一个经典案例。传统上木薯淀粉采用湿法工艺提取，经晾晒得到干木薯淀粉，这不可避免地导致了微生物生长和自然发酵。在引入工业化设备和技术后却发现，烘干得到的木薯淀粉的热膨化加工性能不及经传统的自然发酵后晒干得到的木薯淀粉。这被解释为发酵-晒干组合工艺使木薯淀粉分子结构发生适度改变，并形成了有利于热膨化的结构，但相关机制尚仍未明确。按照同样的自然发酵方式处理马铃薯淀粉，其热膨化性能却未得到改善，令人颇感意外。

　　2.外源物添加

　　在淀粉基膨化食品加工中，淀粉以外的组分不可避免地引入，从而对其热膨化性能和产品品质产生影响。在过去研究中，出于从成本、风味或口感等方面的考虑，基于配方优化开展了大量工作。

　　（1）糖类

　　糖类能影响淀粉的糊化和老化。在加工料坯时，添加糖类物质必将对其结构产生影响，并最终影响热膨化效果。KRAUS等采用挤压工艺加工料坯，在配方中添加蔗糖，研究发现蔗糖可诱导形成更多的气相成核区，且随添加量增加而增多，料坯的膨化率增大，孔隙更加均匀细腻;研究还发现蔗糖通过塑化作用来影响膨化制品的外观，蔗糖无添加时，产品枕形率为92%，蔗糖添加量10%、20%时，产品枕形率下降至57%、0%。

　　此外，蔗糖促进了淀粉的糊化(20%蔗糖使淀粉糊化度增加27.8%)，同时改变了料坯中淀粉老化进程，这些都是与改善热膨化效果有关的因素。研究表明，多糖类物质也可以起着改善热膨化的作用。

　　（2）蛋白质和油脂

　　蛋白质是淀粉基膨化食品中频繁出现的配料或组分，如虾片、米花、米饼中就含有蛋白质。虽然蛋白质对其热膨化的影响机制尚未明晰，但已有研究表明适度添加食品蛋白质对热膨化有利。WANG等将木薯淀粉和白鲑鱼糜按1：1 制备混合凝胶，干燥至水分含量7%后进行微波真空膨化，研究发现其膨化效果优于木薯淀粉凝胶，孔隙均匀、感官评分更高。

　　油脂对淀粉热膨化的影响与其种类和添加量有关。NGUYEN等研究油脂(添加量0%~21%)对虾片微波膨化的影响时，结果发现虾片硬度随着油脂添加量增加而降低，膨化率在添加量3%时达最大值，继续添加则膨化率降低。研究认为低熔点油脂容易与直链淀粉形成复合物，这不利于料坯加工时淀粉的糊化老化以及凝胶结构形成。

　　（3）盐类和食品添加剂

　　研究表明，盐类在改善淀粉热膨化性能上可发挥积极作用。在印度炒米加工前通常进行调温处理，即将食盐水与蒸谷米混在一起，密封保温一段时间。蒸谷米中添加2%食盐，其膨化率可提高15%。

　　添加盐对淀粉基质的热膨化作用虽然不是必须的，但可提高膨化率和膨化速度，其机制可能在于适度降低玻璃化转变温度以及提高传热速率，从而使热膨化更早发生。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(与未添加NaCL组进行对照)条件下具有良好的热膨化效果，这意味着适度增加初始水分含量也可以有相同热膨化效果同时实现减盐的目的。