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采用常规蒸煮方式可以使饲料原料的糊化度达到标准吗?

摘要:糊化度是指淀粉中糊化淀粉与全部淀粉量之比的百分数。淀粉的糊化度越高,越容易被酶水解,有利于消化吸收。

一、 有关糊化的概念

 

1、 糊化度

 

糊化度是指淀粉中糊化淀粉与全部淀粉量之比的百分数。淀粉的糊化度越高,越容易被酶水解,有利于消化吸收。

 

2、 糊化特征指标(来源于GBT 24852-2010 大米及米粉糊化特性测定 快速粘度仪法)

 

1) 糊化温度:试样加热后,试样粘度开始增大时的温度。

 

2) 峰值粘度规定条件下,加热使式样开始糊化至冷却前达到的最大粘度值。

 

3) 峰值时间:规定条件下,试样开始加热至达到峰值粘度的时间。

 

4) 最低粘度:规定条件下,试样达到峰值粘度后,在冷却器间的最小粘度值。

 

5) 最终粘度:规定条件下,测试结束时的试样粘度值。

 

6) 衰减值:峰值粘度和最低粘度的差值。

 

7) 回升值:最终粘度与最低粘度的差值。

 

二、 淀粉糊化的影响因素

 

1、 水分

 

1) 水分含量对大米淀粉的糊化有较大影响,水分含量越低,大米淀粉越难糊化。水分含量低于50%时,常压下难以使大米淀粉完全糊化。

 

2) 含水量为50%时,米粉糊化困难,显微镜视野中有大量未糊化的淀粉颗粒存在;水分含量为80%时,仍可见到部分未糊化的淀粉颗粒,但较50%水分含量的样品有明显的减少;水分含量达到100%时,基本没有未糊化的淀粉颗粒;水分含量为150%和200%时,米粉采用抹片方式观察到米粉已完全糊化。

 

3) 使用膨化等高压条件,水分可以降低至23%

 

2、 温度

 

温度是对糊化程度影响最大的因素,温度较低时分子的热运动强度不大。温度高时淀粉迅速熔融。分子热运动剧烈,糊化度增加。

 

大多数谷物粉在水分充足时的糊化温度在6O8O℃(见下表),温度越高,淀粉糊化速度越快,程度越深。


丁文平(2002)报道,大米直链淀粉的最终糊化温度为5879℃ ,大米直链淀粉的糊化和回生与脂质含量有很大关系。Morrison等人测定直链淀粉含量高的大米(19.5-28.3)中直链与脂质的复台率达到194~302% ,其结晶融化温度在80120℃之间。

 

3、 直链淀粉含量

 

随着糊化时间越长,糊化程度加深。直链淀粉含量将影响淀粉糊化特性。其主要原因为:

 

(1)玉米淀粉中直链、支链比影响淀粉结晶结构;同时直链淀粉含量增加会导致支链淀粉侧链增长,使淀粉结晶结构从A型转为B型,而不同结晶结构淀粉糊化特性也不同 。

 

(2)直链淀粉主要分布在颗粒表面,与支链淀粉相互缠绕贯穿到结晶区和无定形区;直链淀粉对支链淀粉具有“束缚”作用,随直链淀粉含量增加,“束缚”作用也会增大,使支链淀粉不能得到充分舒展,从而抑制淀粉膨胀和糊化,同时粘度也会降低。

 

(3)直链淀粉易与脂质形成复合物,此复合物将抑制淀粉膨胀和糊化吸引。

 

Brabender报道,各种玉米的糊化温度,高直链淀粉玉米(90度)>普通玉米(74度)>蜡质玉米淀粉(69度)。蜡质玉米淀粉支链淀粉含量在95%以上;普通玉米淀粉直链淀粉含量在22~28% 之间,高直链玉米淀粉直链淀粉含量在55% 以上。

 

4、 其他

 

对于膨化挤压,挤压机γ段长度、模孔长度、螺杆转速也直接相关,这些其实间接和温度、时间有关系。

 

三、 淀粉糊化的意义及对消化性能的影响

 

1、淀粉糊化的意义

 

糊化的结果是淀粉颗粒膨胀,晶体熔融,淀粉结晶区的水分流动性增加,直链淀粉从颗粒中溶出,成为柔顺性较好的无定型线形体,使凝胶的黏度上升,物料的柔软性上升。重要的是糊化的淀粉易受酶作用,易消化,进而影响食品品质、感官品质和营养价值。

 

2、淀粉糊化对消化性能和其他性能的影响

 

四、 回生的原理和影响因素

 

1、原理

 

糊化可带来消化率的提升,然后,糊化的淀粉会发生逆过程,称为回生,也称作老化。回生后淀粉是抗性淀粉消化率低,不容易溶解消化。

 

糊化和回生的实质是晶体的融化和重新形成。大米淀粉中的晶体,从严格意义上讲是一种半结晶体。它所表现出的晶体融化崩溃等现象,其实质是在自由水分子的作用下氢键大量断裂,半晶体解体的过程。糊化后的淀粉,分子处于无序的高能态,由于分子间势能的作用,淀粉分子趋于有序重排结晶,即回生。

 

短期回生(以小时计)主要是由直链淀粉的缠绕有序所引起,长期回生(以天计)则主要归于支链淀粉的重结晶。

 

2、影响因素

 

1)水分

 

水分含量越低,短期回生速度越慢,糊化后的大米淀粉凝胶达到稳定的时间越长。当含水量在60-75%时,淀粉最易发生老化。但含有大量的水或含水量低于10%时,淀粉也不易回生。

 

2)温度

 

淀粉凝沉作用的最适温度为2℃~4℃,大于60℃或小于-20度都不易回生。淀粉糊在低温下保藏,随着时间的延长,淀粉老化程度加深。

 

温度对直链淀粉回生特性影响显著。Lu T发现,对于3.5 mgmL直链淀粉水溶液,在温度545℃,当温度提高时回生速率降低,且不同分子量级分回生速率也不同。在温度5℃保存100 d,大多数直链淀粉回生沉淀;在温度45℃保存100 d时,只有较少小分子级分淀粉回生并沉淀。

 

3)直链淀粉和支链淀粉含量

 

发生短期回生主要指由直链淀粉的有序运动形成凝胶和重新形成晶体的过程,一般在数小时或十几个小时较短的时间内完成。而发生长期的回生主要是由支链淀粉外侧短链的运动发生重结晶的有序过程 ,一般是在数天或几十天缓慢长期的过程中完成的。短期回生在整个淀粉回生以及回生延缓过程中起着重要的作用。长期回生的支链淀粉运动较直链淀粉相比不易发生,可能原因是溶解的支链淀粉分子间发生结合,使得高度支叉结构受到较强的相互抑制,因此在一般条件下难以形成胶体。若是在温度很高或冰点温度的极端条件下,支链淀粉分子侧链间才会结合使支链淀粉重结晶发生回生现象。

 

大米淀粉的回生主要是由支链淀粉的重结晶所引起,直链脂质复合物的含量在储藏过程中没有发生变化,直链淀粉之间没有结晶的形成.但直链淀粉的含量对支链淀粉的重结晶过程有显著的影响:直链淀粉含量越高,晶核形成越快,越密集;晶核越多,重结晶速度越快.但直链淀粉含量对支链淀粉的最终结晶程度没有显著影响.因此,直链淀粉通过参与支链淀粉晶核的形成来影响支链的重结晶过程,但不参与支链淀粉后期晶体的生长和稳定。

 

丁文平报道,后期储藏过程中,支链淀粉重结晶是引起淀粉回生的根本原因,直链淀粉含量越高,其回生速率越高。直链淀粉的存在只加速了支链淀粉的重结晶,但不影响支链淀粉的最终结晶度。

 

4)冷却速度

 

冷却速度慢有利于增加分子内羟基形成氢键缔合的机会,加大回生的程度,冷却速度快,回生的程度低。

 

五、 不同工艺对淀粉糊化度的影响

 

不同工艺操作的糊化度依次为,挤压80-95%,膨胀80%左右,蒸煮70%-80%,压缩60-70%,加工成本依次递减。

 

1、 膨化

 

膨化是米糠稳定化应用最广泛的技术,调质工段中调质机转速与物料水分及挤压工段中螺杆转速与机筒温度对糊化度的影响,李红玲(2012)通过单因素与响应面试验,确定调质机转速14r/min,物料水分22%,挤压螺杆转速210r/min,机筒温度138度,得到稳定化全脂米糠粉中淀粉糊化度为92.28%

 

句延军(1996)报道,在8O℃以前,膨化导致淀粉的糊化度很小,随温度提高,糊化程度的提高仍较小,在8O℃以后,淀粉的糊化程度随温度的提高有十分明显的提高。糊化度随水分含量的提高也有比较明显的变化,15O℃时,水分含量从13提高到23 ,糊化度提高了18%


淀粉的糊化受温度和水分的相互影响。在高温低水分条件下,淀粉无法充分熔融,不利于淀粉的糊化。随着水分含量的增加,淀粉分子吸水膨胀程度增大,糊化度提高。水分含量过高,减弱饲料与螺杆之间的剪切作用,饲料在膨化腔内的停留时间变短,阻碍淀粉糊化度的提高。

 

程译锋(2009)报道,其试验所用饲料的适宜膨化条件是:物料水分含量26%~30%,喂料速度3060r/min,螺杆转速150250 r/min,机筒中间段和出料段温度分别为105120120135℃。此条件下饲料的淀粉糊化度在90%~92%。

 

2、 蒸煮工艺对淀粉糊化度的影响

 

淀粉的糊化程度主要取决于糊化时的含水量,含水量越低,淀粉越难糊化。通常情况下,原料是在充足水分含量情况下蒸煮。太多数谷物粉在水分充足时的糊化温度在6O8O℃,淀粉的糊化需一定的温度和水分。

 

Hoseney(1994)报道,当淀粉加水加热时,淀粉粒将吸收水分和轻度膨胀。当温度超过一定水平(约60℃),直链淀粉开始溶解、链断裂,由于支链开始脱落支链淀粉开始丧失其双折射特性。当双折射现象丧失98%时,淀粉就处于完全糊化状态。加水继续加热,导致更多的直链、支链淀粉溶解,至120℃所有淀粉粒均完全溶解,粘度提高。溶解、糊化的程度取决于蒸煮的最终温度。

 

淀粉糊化的好处是提高了消化率。相反,过度蒸煮则导致出现相反的结果,因为会出现回生。

 

当糊化的淀粉开始冷却时,淀粉开始变成明胶状,具体过程为溶解的淀粉活性较性,开始相互结合形成氢链,释放水分子。当明胶化进一步进行,连接更加紧密,最终形成晶体(回生)。回生后的淀粉(通常叫抗性淀粉)不易溶于水,消化率也下降。与直链淀粉相比,支链淀粉不易回生,但其一旦回生形成的链更加稳固。因此,回生更易发生于延长保存期内高度直链淀粉和加热糊化的淀粉。

 

为了确保终产品的最佳质量,尤其是产品中谷物原料不止一种时,为每种谷物选择最佳蒸煮条件是非常重要的。

 

张玉荣(2008)报道,对于所选品种,当加水量为米重的131.4(粳米)1617(籼米),浸泡时间为30 min,浸泡用水温度为25℃左右,焖制时间为20 min时米饭的食味品质最佳。

 

3、 湿磨工艺

 

110度的热水条件下湿磨,20分钟就可以使谷物糊化。

 

六、 蒸煮工艺对淀粉消化率的影响和建议的蒸煮工艺条件

 

1、 蒸煮工艺对淀粉消化率的影响

 

3种大米均以高压锅蒸煮(P3,120度)的米饭淀粉消化率高,其次为微压力锅(P4,110度),电脑煲(P2,50度短时间,快速105度),机械煲(P1,100度),表明温度越高,消化率越高。

 

高温下的抗性淀粉含量也低。


Yu-Ting Chiu MS2013)报道,三种蒸煮方式,常规蒸煮和烤箱对抗性淀粉的含量没有影响,但高压蒸煮能显著降低抗性淀粉的含量。


曾红华(2011)报道,80度湿热处理的锥栗原淀粉容易在4度条件下回生,但110-180度基本不发生回生。

 

2、 建议的蒸煮工艺条件

 

1,水分:23%-60%(研究结果表明,水分含量低于50%,不利于完全糊化)。然而,从经济角度,提高水分含量会增加大量烘干成本。所以,使用蒸煮工艺只能加工部分糊化,选择低含水量调制物料。水分的添加,可以考虑先拌入一定量热水,混合后进入蒸煮容器。

 

2,温度:传统蒸煮大米辅料采用100度蒸煮(啤酒生产),根据大米的最低糊化温度,建议的蒸煮温度至少高于73度,温度越高越有利于糊化,如能增加压力,温度到达100-120度最好;

 

3,蒸煮时间:根据句延军(1996)的结果,110度,23%水分的高压膨化条件下,大米淀粉的糊化率可达95%,膨化是时间一般在几十秒内,根据煮饭时间以及糊化的粘度法时间(周期在12分钟内),建议结合使用的蒸煮温度,在12分钟内设定梯度进行摸索。

 

4,物料粉碎粒度,30目以上。物料粒度越细,糊化效果越好,有条件做到60目最好。

 

5,冷却时间:建议快速冷却,防止回生。

 

6,建议的工艺:粉碎-浸泡-蒸煮-冷却。

 

注:S.S. Dhamija 报道,15磅的压力下,谷物淀粉在6分钟内就可以完成蒸煮。

 

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