小麥澱粉多級結構與麵條食用品質的關係

摘要：麵條的加工和食用品質受小麥粉中麵筋蛋白的質量與數量影響較大，然而澱粉對麵條品質的影響未被關注。小麥澱粉多級結構模型的最新研究進展為提升麵條加工和食用品質打開了新的視角。本文綜述了小麥澱粉的多級結構（分子，結晶和顆粒）與麵條的食用品質及理化性質的內在關聯。此外，還總結了小麥澱粉主要和次要結構特徵對麵條品質的影響，並用簡圖展示了澱粉結構對煮製麵條的品質影響。多級結構特徵從澱粉及麵筋對麵條品質影響的角度為科學界和工業界提供了新的理解。

Abstract: Although the processing and eating qualities of noodles are largely related to the quality and quantity of wheat protein (gluten), the importance of starch, a major ingredient of wheat flour, is often overlooked. Recent developments on the multilevel structural model of starch have brought new insights into the role of starch for better processing and noodle eating qualities.With critical analysis and discussion, this review outlines the comprehensive relationships between the multilevel (molecular, crystalline, and granular) starch structure, noodle eating qualities, and related physicochemical properties. Further, the major and minor structural features of wheat starch and their contributions toward noodle quality are summarized and presented as a schematic diagram, which shows the effects of starch structure on cooked noodles. These features provide new insights for the scientific community, as well as industry, into the role of starch, along with gluten, on the quality of noodles.

Keywords: multilevel structure, noodle, physicochemical property, sensory, wheat starch

1 引言

小麥（Triticum aestivum）是世界上最主要的穀物之一，人類食用小麥歷史悠久。在亞洲，約40%的食用麵粉被用於加工麵條（Hou等，1998）。作為世界性的主食，麵條可以按照水分含量，鹽的組成，加工及儲藏方法（Fu 2008； Hou 2011； Wei 2015），以及外形和特定輔料進行分類（見表1）。

蛋白和澱粉是麵粉的主要成分，對麵條的加工和食用品質均具有重要影響。現有研究主要認為小麥醇溶蛋白賦予了麵團粘性，而麥谷蛋白則與麵團的彈性有關（Veraverbeke和 Delcour 2002；Don等2005； Marchetti等，2012）。關於蛋白對麵團或麵條品質影響的綜述或研究文章比較多（Anjum等，1991；Uthayakumaran等，1999；Wang等，2004；Anjum等，2007；Zhang等，2011）。相比之下，關於澱粉對麵條品質影響的文獻較少。澱粉填充於麵筋蛋白網絡中，其較低的糊化溫度使得麵條易於煮熟，同時質構特性保留完好。直鏈澱粉（Park和 Baik，2004b； Heo等，2012）、破損澱粉（DS）含量（Zhang等，2011）和澱粉粒徑（Guo等，2014）均與麵條食用品質密切相關。然而，雖然已知澱粉結構是麵條某些功能性質的主要影響因素，但澱粉的微細結構怎樣影響麵條的理化、加工和感官性質，目前這方面的研究尚處於初級階段（Jane 等，1992；Jane等，1999；Srichuwong 等，2007）。

本文旨在闡述澱粉的分子，結晶和顆粒結構對麵條食用品質的影響及可能機制，以全面地揭示澱粉結構與麵條品質屬性的內在關係。這種內在聯繫是選擇合適的麥種和制粉工藝參數的科學依據，而獲得具有理想澱粉結構和理化性質的麵粉可能有助於提高麵條的加工和食用品質，基於此，本綜述將從以下三個角度展開：（1）闡述小麥澱粉多級結構；（2）介紹最先進的麵條食用品質的感官或儀器分析方法；（3）解釋澱粉結構和其它理化性質與麵條質量特性的關係。

1.1 澱粉的結構

澱粉佔小麥麵粉的78%-82%，它由葡萄糖殘基組成。當葡萄糖殘基排列成長度不一的高級結構和形成顆粒後，澱粉的結構變得更複雜。圖1為小麥澱粉的六種結構水平的典型示意圖。

Figure 1–The complex hierarchical structure of wheat starch. (Adapted from Li and others 2014.)

1級結構定義為由葡萄糖殘基通過α-1,4糖苷鍵連接形成的單獨分支。2級為大分子的分子結構，線性葡聚糖分支通過α-1,6糖苷鍵連接形成完全分支的直鏈澱粉和支鏈澱粉。直鏈澱粉是一種螺旋線型大分子，部分也具有少量支鏈結構，其分子量約為105-106，含約99%α-1,4糖苷鍵連接的葡萄糖殘基和約1%α-1,6糖苷鍵連接的D-葡萄糖殘基（Nilsson和 others，1996）。支鏈澱粉是一種高度分支化的聚合物，其分子量為107-109，含約5%α-1,6糖苷鍵連接的D-葡萄糖殘基（Gidley，1985）。3級為半結晶結構，它由直鏈澱粉和支鏈澱粉在分子水平上部分組裝而成，支鏈澱粉分支通過形成雙螺旋結構生成結晶薄片，直鏈澱粉存在於無定形區或分布在支鏈澱粉微晶中。（PérezandBertoft， 2010；Zhu等，2013； Gilbert等，2013； Vamadevan和Bertoft，2014）。4級為生長環結構，由澱粉的半結晶層和無定形層交替排列而成，重複間距約為9-10nm（Jenkins和Donald1998; Witt等2012）。5級為澱粉顆粒結構，由數個生長環構成。6級為小麥結構，澱粉顆粒往往嵌於蛋白和細胞壁中（Bancel等，2010）。為了理解澱粉結構、理化性質和麵條質量特性之間的關係，本文重點闡述了小麥澱粉的團粒結構，結晶結構和分子結構。

1.2 澱粉團粒結構

小麥澱粉粒徑分布呈雙峰型，包含大澱粉粒（A型）和小澱粉粒（B型）兩種（Raeker等，1998；Wilsonandothers，2006；AoandJane，2007）。A型澱粉粒呈透鏡狀，平均直徑為10-40μm；B型澱粉粒呈球形，平均直徑小於10μm（Evers和McDermott 1970；Meredith，1981）。A和B型澱粉粒形成於不同的時間和位置上，因而二者的粒徑和形狀存在顯著差異（Evers，1971；Baruch等，1979；Meredith，1981）。小麥澱粉粒徑還可能呈三峰分布（Meredith，1981；Raeker等，1998），額外的粒徑峰可能是未完全生長或發育停止於早期階段的A型澱粉粒（可能是B型澱粉粒的發育初期），或反映了A型澱粉粒的盲目發育（Dengate 和 Meredith，1984）。

穀物澱粉的表面孔隙和內部孔道結構是其形態學的典型特徵。在小麥中，A型和B型澱粉粒的孔隙（0.1-0.3μm）和孔道（0.07-0.1μm）分布不同。A型澱粉粒中大孔道主要源於赤道槽區，小孔道則源自其它區域；而B型澱粉粒中則主要存在一些較大的洞狀孔道，且有蛋白質鑲嵌於孔道中（KimandHuber2008）。由於孔道結構為水、化學物質和酶提供了進入澱粉顆粒的通道。因此，某種程度上澱粉表面形態與其消化、糊化及部分理化性質有關（Gallant等，1997； Kim和Huber ，2008；Dhital等，2010a）。

除了具有不同粒徑和表面形態，A型和B型澱粉粒的化學組成，如直鏈澱粉（Soulaka和Morrison，1985；Peng等，1999； Peng等，2000；Ao 和 Jane ，2007），直鏈澱粉-脂質複合物，蛋白質和磷含量也略有差異（Raeker等，1998；Bertolini等，2003；Shinde等，2003；Geera等，2006）。澱粉粒之間不同的化學組成導致糊化、膨脹和 凝膠特性存在差異（Geera等，2006；Ao和Jane ，2007）。

1.3 半晶體結構

澱粉顆粒是由生長環構成，生長環厚度約100nm（Yuryev等，2004），它由澱粉的結晶層和無定形層交替排列而成（Robin1974）。通過X射線衍射可對澱粉的晶型結構進行表徵，不同品種的蠟質小麥和普通小麥澱粉的晶體結構均為A型，2θ角15°、17°、18°和23°處分化為四個衍射峰，分別對應了5.8、5.2、4.8和3.8Å的間距，結晶度為9%-30%（Ao和Jane ，2007；VanHung 和 others，2007）。高直鏈小麥澱粉的晶型結構一般呈A型，但部分直鏈澱粉含量為28.0%-36.9%的小麥澱粉的晶型結構呈C型，其衍射特徵與A 型結晶相似，但2θ角5.2°處有一個不明顯的衍射峰，對應間距為3.8Å。

澱粉的晶型結構及結晶度與小麥的品種有關，低級結構如分子內的鏈長分布（Vandeputte等，2003）和環境（Hizukuri，1969）均可影響半晶體結構在澱粉顆粒中的積累。高溫或高速剪切（研磨）會明顯降低澱粉顆粒的結晶度（Li等，2014），破壞澱粉的分子序列從而對其結構造成更大損傷。現有研究表明澱粉結晶度與破損澱粉的比重負相關，當澱粉結晶度由35.5%降至24.8%時，破損澱粉的比重由4.6%增至24.9%（Morrison等，1994；Dhital等，2010b）。

1.4 直鏈澱粉和支鏈澱粉

直鏈澱粉與支鏈澱粉的排列方式導致澱粉顆粒中出現半結晶結構（Hizukuri，1985）。普通小麥的直鏈澱粉含量為1%-37.5%（Van Hung等，2007），而通過抑制澱粉分支酶SBEIIa和SBEIIb的表達可將其直鏈澱粉含量提升至70% 以上（Regina and others 2006）。不同小麥澱粉粒的直鏈澱粉含量存在一定差異，A型澱粉粒的直鏈澱粉含量比B型高約4% -10%（Peng等，1999；Shinde等，2003； Geera等，2006；Ao等，2007；Liu等，2007）。這可能是因為直鏈澱粉主要分布在澱粉顆粒的無定形區域內，所以與粒徑較小的B型澱粉粒相比，A型澱粉粒相對結晶度更低（Ao和Jane 2007）。然而，一些研究人員指出在部分品種小麥中，A型和B型澱粉粒的直鏈澱粉含量之間並無顯著性差異（Salman and others 2009）。

蠟質小麥中支鏈澱粉的分子量及分散分子密度較其它品種小麥更大，這一點與其它穀物澱粉較為相似。研究人員利用多種技術測定了不同小麥澱粉的平均分子量，結果表明小麥支鏈澱粉的平均分子量為3.10-5.24×10 8 g / mol（Yoo andJane 2002），直鏈澱粉的平均分子量為1.88× 105 g / mol（Mukerjeaand Robyt 2010）至3.90×10 6 g / mol（Ong等，1994）。與B型小麥澱粉粒相比，A型澱粉粒中澱粉分子擁有更多的長鏈，同時短鏈更少 (Liu等 2007；Sahlström等，2003)，而長鏈的鏈長和數量對澱粉的老化有重要影響（Jane and others 1999）。

2 麵條的品質特性及其評價

麵條品質，尤其是其食用品質對小麥育種和產品開發工作具有重要的導向作用。有證據表明，消費者能夠由食用品質判斷出麵條是由哪種小麥加工成的（Toyokawa等，1989）。麵條品質受諸多因素影響，例如加工工藝，烹製參數（烹製時間，烹製損失，吸水量）以及熟麵條的感官和質構參數。而本文的後續章節將重點介紹麵條的感官評價和質構分析（TPA）。

2.1 麵條的感官特性和食用品質

麵條感官特性中色澤是關鍵性指標，而色澤是一個決定性的品質參數。消費者能否在第一眼吸引消費者眼球，取決於麵條是否色澤鮮豔均勻且無褪色斑點。麵條的色澤分析可以藉助人眼或色度計，其色澤可通過L（亮度），A（紅度和綠度）和B（黃度和藍度）值定量表徵（Zhang等，2005； Ito等，2007；Agama-Acevedo等，2009）。

不同地區和不同文化背景的消費者對麵條色澤的需求存在一定差異。比如，中國人更喜歡亮乳白色或亮黃色麵條，而日本人則更喜歡乳白色麵條。可通過添加澱粉以及調整烹製配方如鹽和水的添加量改善麵條的色澤（Zhang等，2005）。添加澱粉後，麵條色澤往往更加明亮（Toyokawa and others 1989）。高澱粉含量（低蛋白含量）麵粉製成的麵條色澤更亮，表面更加光滑。而其它參數如灰分含量、出粉率、粒徑以及芽損傷或酶活性也均可影響麵條的色澤（Oh and others 1985a; Wang and others 2004）。

除了外觀，不同麵條的質構特性之間也有明顯差異。以最暢銷和研究最多的兩種麵條為例，加鹽的白麵條（WSN）硬度適中，黏彈性良好，口感爽滑；而加鹼的黃麵條（YAN）則表現為高硬度和高彈性（Crosbieand others 1999）。Tang等（1999），Szczesniak（2002）和Zhang等（2012）對麵條的食用品質評價方法進行了改進（見表2），該表列舉了不同麵條食用品質特性的物理定義，感官特性的描述性評價和儀器分析的計算方法。

2.2 麵條食用品質評價

麵條的食用品質特性評價採用感官評定和儀器分析法，主要的評價指標包括硬度/硬度，彈性和光滑度等（Crosbie，1991）。表3列舉了白麵條的感官特性和評分標準。

通過專業的感官評定小組對樣品的質構和風味特性進行描述性評估是最常見，最有效的食品感官分析方法。識別潛在的錯誤源並降低誤差是完善感官測定方法及操作的關鍵（Kim和O'Mahony，1998；Lawless和Heymann，2010；Stone 等，2012）。組建感官評定小組之前，應該先對參與感官評定的成員進行篩選，以感官能力作為測試內容，同時測試過程中還應將情緒，健康狀況及環境等幹擾因素降至最低。此外，研究人員還開發了一些精確的感官評定方法，包括定量描述法（QDA）和光譜分析法（Murray等，2001）。在不同時間內的進行比較研究中對樣品進行檢查和調整有助於進一步減小誤差。然而光譜分析法需要每周培訓6-8小時，培訓周期可達14周，可見該法存在培訓周期長，培訓成本高的缺點（Meilgaard等，2006）。因此，現有的儀器測定法僅可作為分析麵條感官特性的備選方法。

質構儀（TPA）廣泛用於分析麵條的質構特性，其測定參數包括麵條硬度，粘聚性，粘著性，彈性，咀嚼性，回復性和斷裂強度等（Baik等，1994；Tang等，1999；Szczesniak，2002；Heo等，2012）。與感官評價相比，TPA用於分析麵條的食用品質特性則更加量化、更精確、重現性更好，可用於快速篩選所需的小麥品種，同時樣本需求量很小。 TPA特徵曲線如圖2所示。

Figure 2–Typical diagram of noodle textural measurement using TPA (quality characteristics being calculated in Table 2). (Adapted from Friedman and others 1963.)

因為能夠準確反映麵條感官特徵的TPA參數需要自主選擇，所以明確儀器測定參數與麵條的感官特徵之間的聯繫是至關重要。研究人員發現，感官評價所得的麵條咀嚼性、硬度和彈性與儀器測定參數顯著相關（Oh等，1985b；Yun等，1997；Tang等，1999；Son和Kim 2014）。例如，麵條咀嚼性與TPA測得的黏附性和彈性顯著（p<0.05）正相關（Ross，2006）。因此，麵條的部分感官品質可通過TPA參數進行表徵，如TPA測得的硬度、膠著性和回復性與麵條感官評價所得咀嚼性顯著正相關（p<0.01），因而可用於表徵麵條的咀嚼性（Lu和Wang，2004）。

不同麵條中，TPA參數與感官特性之間關係也存在差異。黃麵條的硬度與其彈性正相關（Konik等，1994；Ross等，1997）；而白麵條的硬度則與其彈性負相關（Crosbie，1991；Konik等，1992；Noda等，2001）。這種差異可歸因於白麵條和黃麵條之間的質地差異，黃麵條的硬度更高。然而，麵條的一些感官特性過於寬泛，無法通過儀器精確評定。例如，麵條口感「有彈性」需要通過諸多機械信號綜合表達，如表觀模量，剛性，粘聚性，斷裂性能（脆性或韌性）和相對硬度（Ross，2006）。而麵條口感「粘」則是粘著性、粘聚性和摩擦力的組合。由此可見，開發具有充分的理論基礎的麵條基本性質分析方法取代推拉試驗或主觀的力學參數，仍然是勢在必行的（Wu等，2015）。

TPA參數與質地感官特性的差異也可能與兩者之間不同的測量程序有關。大多數食品的感官分析過程包括四個階段：表觀分析、咬第一口、第一次咀嚼和吞咽後的感覺。雖然TPA執行的是兩次壓縮測試，但其僅僅模仿了咬第一口。而質地感官評定中，人在吞咽之前需要咬兩次以上方能感知到食品的咀嚼性和膠著性。

總而言之，質構特徵可視為多維感官特性，感官評價仍然是獲取食品感官特性的最有效方法。因為麵條的品質特性均受到同樣內在結構的影響，所以各品質特性之間存在千絲萬縷的聯繫也就不足為怪了。因此，有必要全面地剖析澱粉結構與麵條食用品質特性之間的關係。

3 麵條品質特性與澱粉結構的關係

澱粉與麵條的使用品質休戚相關。儘管未破裂的糊化澱粉顆粒本質上仍屬於多聚體，但鑑於它在麵條或麵團核心區域具有離散性，因此可將其視作顆粒包裹體（Dexter等，1978，1979）。這些包裹體的體積分數大於周圍的蛋白聚合物網絡，因而澱粉可能會是麵條質構特性的主要影響因素。另一方面，游離出來的支鏈澱粉分子充當了澱粉顆粒與麵筋的粘合劑。相同的烹製條件下，直鏈澱粉-支鏈澱粉比率（Guo等，2003；Park和Baik，2004b）、破損澱粉含量、粒徑不同的澱粉具有不同的膨脹度和糊化度，這可能與麵條硬度，彈性和凝聚力的差異有關。

3.1 直鏈澱粉和支鏈澱粉

關於小麥澱粉的直鏈澱粉含量與麵條食用品質之間的因果關係已有文獻報導。直鏈澱粉含量與麵條的硬度、膠著性和咀嚼性正相關（Baik和Lee，2003；Guoandothers，2003），與粘聚性、彈性（Kaur等，2016）和韌性負相關（Baik和Lee 2003；Guo等，2003）。值得注意的是低直鏈澱粉含量的熟麵條硬度較低，這表明儘管高蛋白含量趨於增加麵條的硬度，低直鏈澱粉含量的澱粉仍可用於改善麵條的品質（Baik和Lee，2003）。然而，直鏈澱粉和支鏈澱粉的細微結構是如何促進麵條質地特性提高，目前這方面的尚未形成明確的研究結論。

2016年，有學者研究了澱粉（直鏈澱粉和支鏈澱粉）的微結構與熟米飯硬度關係，該研究有助於揭示澱粉影響麵條質地特性的分子機理（Li等，2016）。該研究發現高直鏈澱粉（聚合度為100-20000）以及長支鏈澱粉（聚合度為70-100）大米的硬度較高。對於直鏈澱粉含量接近的大米，澱粉的微結構對其硬度具有重要影響，尤其是聚合度為1000-2000直鏈澱粉的含量與其硬度正相關。

此外，澱粉的微結構（直鏈澱粉和支鏈澱粉）還與大米感官特性中的「粘性」和「彈性」有關。粘性是澱粉的一個重要特性。烹製過程中從澱粉顆粒中溶出的直鏈澱粉和支鏈澱粉分子增加了熟米飯的粘性，短支鏈澱粉含量越高，跨片層支鏈澱粉含量越低，大米煮製後越粘稠（Li等人，2016）。雖然小麥麵粉中的蛋白質可能有助於提高麵條的彈性（Veraverbeke等，2002；Don等，2005；Marchetti等，2012），但加工過程中從澱粉顆粒中溶出的直鏈澱粉和小顆粒支鏈澱粉卻可在白麵條中形成連續相，這為麵條獲得高彈性奠定了基礎（Wang等，1996; Heo 等，2012）。此外，直鏈澱粉易老化，並與蛋白聚合體形成纏繞的空間結構，從而有助於提高麵條的剛性和彈性（Ross等，1997）。其它質地特性的分子基礎尚不明確，建立恰當的分析方法以研究質地特性志在必行。

不同麵條的質構需求多變，低直鏈澱粉和高直鏈澱粉含量的小麥可用於加工高質構品質的麵條。為了讓麵條更加柔軟，可通過添加蠟質小麥澱粉或蠟質小麥粉的方法降低其直鏈澱粉含量，例如生成高品質的日本烏龍麵、方便麵和白麵條（Guo等，2003；Heo等，2012）。方便麵中添加蠟質小麥澱粉或蠟質小麥粉後烹製溫度降低，時間縮短。然而，直鏈澱粉含量低於12.4%的復配麵粉色澤和吸油率明顯增加，感官品質不佳，因而不再適合用於生產方便麵（Park等，2004b）。白麵條或中國拉麵需要堅實，光滑，有彈性的質感（Son等，2014），因此需要選擇高直鏈澱粉含量的麵粉作為原料（Fu，2008）。麵條的質構對澱粉的需求對小麥育種家和遺傳學家具有重要意義（Graybosch，1998；Regina等，2006）。此外，還應考慮到低或高直鏈澱粉含量麵條的消化特性。

3.2 晶體結構

人們普遍認為當小麥澱粉的烹製溫度超過其糊化溫度後，大部分澱粉的晶體結構都遭到破壞（Sozer等，2007）。烹製過程中，單根麵條不同區域的澱粉顆粒的膨脹和糊化程度存在一定的差異，內部澱粉顆粒較為完整，且其膨脹和凝膠化程度遠低於表面澱粉顆粒（Dexter等，1978,1979；Zou等，2015）。膨脹和糊化程度的區域性差異賦予了麵條適度的粘性，以及彈性和咀嚼性。有研究表明，由於澱粉顆粒深嵌於麵筋蛋白網絡中或澱粉顆粒的緊密堆積增加了區域密度，麵條核心區域仍然存在雙折射現象（Moss等，1987）。此外，在蒸面和冷的凍熟面（需要通過蒸汽和控制溼度降低澱粉顆粒的膨脹度）中，部分澱粉顆粒糊化不完全，通過掃描電鏡可觀察到這些部分膨脹的澱粉顆粒（Luo等，2015）。殘留的晶體結構（與烹飪時間有限或澱粉老化有關）讓我們不得不面對一個難題，即澱粉的晶體結構到底如何能夠影響麵條的品質。在食用過程中，殘留的晶體結構將會進一步導致的麵條質地發生改變。澱粉晶體結構的破壞及其對麵條品質的影響目前仍未完全明確。

大量研究發現，貯藏過程中麵包瓤變硬主要與雙螺旋結構和結晶區域中的直鏈澱粉老化有關（Schoch，1942；Kulp，1981；Gray，2003）。澱粉晶體結構變化影響麵包老化的研究對於麵條的研究非常具有借鑑價值。而澱粉晶體結構可能通過以下兩種方式影響麵條品質：（a）麵團製作；（b）煮熟後回生。破損澱粉含量越高的澱粉，其水分吸收率越高（Oh等，1985a）。水難以滲入剛性、緊密的澱粉晶體結構中，因而結晶度不同的澱粉吸水率之間存在差異（Greer，1959），澱粉可與麵筋爭奪水分並減少含水合麵筋的含量。破損澱粉吸水結構更加腫脹，對麵筋蛋白形成了一個物理屏障，阻礙了其網絡的全面延伸，並影響了麵筋網絡結構的構建。不同組分之間水分吸附相互作用和形成的物理屏障可能會對麵筋蛋白網絡的構建造成不同程度的影響。麵筋蛋白網絡構建程度可通過粉質儀進行分析，以麵團穩定時間作為評價指標。當破損澱粉含量為6.54%-9.66%時，麵團穩定時間未發生變化；而當破損澱粉含量增至12.06%時，麵團穩定時間開始降低（Liu等，2014）。其次，麵條煮熟後澱粉隨即開始老化，生成兩種澱粉多晶體：1）殘留澱粉形成澱粉重結晶；2）老化的直鏈和直鏈澱粉（糊化的）。直鏈澱粉通過分子間氫鍵形成雙螺旋結構而快速老化，支鏈澱粉則可緩慢生成螺旋-螺旋聚集體。

殘留的澱粉晶體作為晶核，可進一步結晶。低溫下澱粉顆粒中的殘留晶體增長速率明顯快於高溫下的部分糊化澱粉，而高溫下成核及晶體生長速率更快（Fu，2013）。然而，不同類型和數量的重結晶結構對麵條食用品質的影響仍有待進一步研究。

據推測，麵條中的澱粉晶體結構及其煮製後的變化，影響了麵條的食用品質，但具體有何影響無法一概而論，這是因為不同質量特性的變化情況不一。一項食用品質特性的劣變可能與另一項品質特性的提高有關。例如，破損澱粉含量由6.54%增至8.86%後，麵條質地特性並未降低，這可能是因為雖然麵條硬度稍有降低，但其彈性和粘聚性卻顯著增強（Liu，2014）。

3.3 顆粒結構

澱粉顆粒結構對麵條加工及食用品質的影響研究較少。澱粉顆粒是麵團中麵筋蛋白網絡的填充物。

據報導，小顆粒澱粉含量與麵條的色澤、彈性和光滑度顯著正相關，當復配麵粉中小顆粒澱粉含量達到30%-40%時，該麵粉製得的白麵條軟硬適中（Guo等，2014）。雖然煮製後澱粉的顆粒形態遭到破壞，澱粉顆粒可能通過改變加工過程中麵團的吸水性而影響麵條的食用品質。有研究表明中等粒徑（6.5-19.5μm）的澱粉顆粒對麵團的形成及其穩定性具有顯著性影響（Sebeci'c，1996）。中等澱粉粒雖然相對粒徑較小，但卻是麵粉中最具代表性的澱粉粒，其比表面積最大，且易於水化以及與麵粉中的蛋白，脂質和其它組分相互作用。而當麵筋結構開始遭到破壞時，較大澱粉粒對麵團具有主要影響，且大澱粉粒越多，麵團的穩定性越好。此外，大澱粉粒理化性質的變化也可能會影響麵條的食用品質。A型和B型小麥澱粉粒（Chiotelli，2002；Bertolini，2003；Ao，2007）的吸水能力的差異會導致麵團內發生區域性水分遷移，從而導致其凝膠結構發生改變。另一方面，澱粉老化也可能不同程度地受到膨脹顆粒，水分分布和溶出澱粉粒間相互作用的影響。

除了粒徑，小麥澱粉粒的表面結構對麵團的流變特性也有潛在的影響。當麵粉中的澱粉被置換成熱處理澱粉或是吸附了小麥蛋白的澱粉後，麵團的儲能模量和損耗模量顯著增加（Larsson等，1997）。然而，當小麥蛋白吸附量較低時，麵團的流變特性未發生變化。這表明麵筋網絡與表面吸附了蛋白的蛋白顆粒之間存在較強的相互作用。

破損澱粉的晶體和顆粒結構均可影響麵條的質量。小麥加工過程中形成了約5%-8%的破損澱粉（Mok等，1991；Vander等，2005），一旦其含量超過9.49%，破損澱粉即可對麵條質量產生負面影響。因此，優化制粉工藝以控制破損澱粉含量，有利於後期提高麵條的質量特性。

綜上，澱粉的不同層級結構對麵條品質特性具有不同的影響。澱粉的分子及其它不同層級結構可影響麵條的同一品質特性，如硬度。目前，人類對澱粉結構與麵條品質特性之間關係的理解仍然非常有限。建立一個關於小麥澱粉結構所有信息的資料庫，且利用該資料庫可提高麵條的食用品質並實現工業化應用是不切實際的。相反，明確是否澱粉的某些理化性質（工業上常用的理化指標）可用於預測麵條的食用品質可行性更強。

4 與麵條品質特性相關的澱粉理化指標

有研究表明在所有的澱粉理化特性中，麵團的粘度和膨脹特性（膨脹力[SP]/膨脹體積）與熟麵條的食用品質高度相關（Crosbie，1991；McCormick等，1991）。含有高糊化粘度澱粉的麵粉可用於製作優質的日本白麵條（Miskelly和Moss，1985；Crosbie，1991；Batey等，1997）。澱粉膨脹力則是另一項絕佳的小麥品質預測指標（Crosbie，1991；McCormick等，1991），且它已用於快速篩選麥種（Batey等，1997）。這兩項理化特性與烹製過程中麵條內澱粉的結構變化高度相關。下文將對在麵條製作及煮製過程中，影響其澱粉理化性質的因素如結構變化進行剖析。

4.1 澱粉粘度

感官評價和儀器分析的結果均表明澱粉的峰值粘度（Crosbie，1991；Baikand Lee 2003）及其崩解粘度（Konik等，1994；Ross等，1997；Baik和Lee，2003）均與麵條的硬度負相關。而澱粉的消減粘度則與麵條的硬度正相關（Yun等，1997；Ross等，1997；Baik和Lee，2003）。澱粉的最終粘度與麵條其他食用特性間的相關性存在差異，這可能與儀器分析（Yun等，1997）或感官評定（Ross，1997）的誤差有關，還有可能是因為食用品質本身就很複雜，難以簡單描繪。在以上提及的麵條各品質特性關係中，粘度參數與其它品質特性間的關係仍待補充。

澱粉的糊化粘度可通過糊化溫度，峰值粘度，崩解粘度，最終粘度和消減粘度這五個參數進行表徵，而這些參數可在澱粉粘度儀或快速粘度分析儀（RVA）測定。加熱過程中，當澱粉顆粒開始糊化且直鏈澱粉分子溶出後，樣品的粘度開始增加。流變學中峰值粘度代表了分解前澱粉顆粒的自由膨脹能力，此後糊化的澱粉顆粒崩解，糊化粘度降低。在冷卻過程中，熱麵團中的澱粉組分（膨脹澱粉粒，膨脹澱粉粒碎片，膠體和分子形態的分散澱粉）趨於結合或老化，糊化粘度隨之略有增加。利用澱粉粘度儀或RVA分析麵團和小麥澱粉糊的糊化特性，雖然粘度變化趨勢相似，當粘度測定數據卻截然不同。相關係數的差異可能與剪切速率，傳熱速率和樣本尺寸的差異有關（Deffenbaugh等，1989）。

因為澱粉的糊化粘度與麵條食用品質之間相關度很高，所以可利用粘度改善麵條的品質。白麵條質地鬆軟，因而對澱粉的糊化粘度要求較高（Bhattacharya和Corke，1996）。添加0-52%蠟質小麥澱粉（Baik和Lee，2003）導致麵條的峰值粘度由210BU增至640BU，峰值溫度由70.0°C降至95.5°C。這是因為蠟質小麥澱粉主要成分為支鏈澱粉，其峰值粘度較高而最終粘度較低。除了蠟質澱粉之外，下文將進一步討論影響澱粉粘度的其它結構因素及其測量方法。

最初澱粉的糊化特性受澱粉濃度，化學和物理性質（直鏈澱粉和支鏈澱粉的化學結構及澱粉結晶度），顆粒結構（Tester等，1990）以及體系中其它組分的影響（Bhattacharya等，1996）。澱粉含量越高，澱粉分子及鏈間相關作用越強，因而粘度與測定體系的澱粉濃度正相關。小麥澱粉的峰值粘度、崩解粘度和最終粘度隨其總直鏈澱粉含量增加而有所降低（Yoo等，2002；Blazek等，2008）。支鏈澱粉的精細結構也可影響糊化性質，聚合度大於100的長支鏈澱粉的比率與糊化澱粉的分解負相關（Han等，2002），這可能有助於維持糊化澱粉的顆粒結構。支鏈澱粉的外部分支可排列對齊並與捲曲的直鏈澱粉形成簡單連接。此外，當冷卻溫度低於線圈至螺旋的轉變溫度後，直鏈澱粉和支鏈澱粉聚合物通過氫鍵開始聚集，並在冷卻階段老化形成更廣泛的有序區域。當澱粉中直鏈或長支鏈澱粉的比重增加時，游離直鏈澱粉和交聯有助於形成網絡結構，因此其最終凝膠粘度傾於增加（Blazek等，2008）。研究表明在擁有不同直鏈澱粉結構的澱粉中，中等分子量的直鏈澱粉和長支鏈的支鏈澱粉對粘度的協同效應最明顯（Jane等，1992）。

除了分子結構，糊化特性也受澱粉粒大小及破損含量的影響。澱粉中大顆粒（A型澱粉粒）含量越高，其峰值粘度、崩解粘度和消減粘度越高；而小顆粒澱粉的含量則與其糊化特性負相關（Singh等，2010）。雖然澱粉的理化性質差異（支鏈澱粉的化學結構，結晶度等）會導致其流變行為存在差異，但是澱粉顆粒大小自身就會對其糊化特性產生顯著的影響（Shinde等，2003）。混合來自不同物種的澱粉在工業實踐中更常見。工業上常會對不同的澱粉進行復配以滿足各種需求。例如，與摻入中/大顆粒的馬鈴薯澱粉相比，混合了小顆粒馬鈴薯澱粉的糯米澱粉的峰值粘度、最低粘度和最終粘度更高，其粘度增加的主要原因在於小顆粒馬鈴薯澱粉的膨脹度及硬度更高（Waterschoot等，2016）。因此，膨脹澱粉粒（A型，B型澱粉粒和澱粉粒殘餘物的硬度）的硬度也有助於提高澱粉的粘合性能，但這仍有待進一步的探索。破損澱粉溶解性較完整顆粒更好（Morrison等，1994），因而其糊粘度有所降低，這與低澱粉濃度的澱粉糊較為相似（León等，2006）。

表4總結了麵條食用品質與澱粉粘度及結構的關係。

鹽濃度和pH也可影響麵團的粘度。例如，當pH 為11時澱粉峰值粘度最大，其次是在鹽溶液中，在水中時其峰值粘度最小（Bhattacharya等，1996）。這是因為鹼一般作用於澱粉粒的無定形區（Karim等，2008），導致直鏈澱粉溶出量增加。鹽溶液有助於延長澱粉粒的結構穩定時間，並增加其膨脹能力。麵條加工過程中向其中加鹽或加鹼後，在麵條煮製過程中澱粉顆粒結構更完整或更膨脹（但溶出的直鏈澱粉產生彈性質構），導致其粘度發生變化，白麵條和黃麵條獨特的質地和口感正是由此形成。

4.2 膨脹性能

澱粉顆粒的膨脹程度不同，使得麵條硬度、彈性和光滑度隨之發生變化，這與麵條品質顯著相關。膨脹特性比糊化粘度測定更能準確表徵麵條內澱粉顆粒的狀態，這是因為麵條中的多數澱粉顆粒發生膨脹，但並未完全破裂。此外，膨脹試驗是一個簡單、快速的測試，且可用實驗室傳統設備進行測定，即在特定溫度下定量的澱粉在水中糊化一段時間後離心。經膨脹特性的是SP，膨脹體積（Crosbie，1991）和膨脹因子。常用三個參數來表徵澱粉的膨脹特性：膨脹度、膨脹體積（Crosbie，1991）和膨脹因子（Tester等，1990）。其中，膨脹度使用頻率最高，該值可通過澱粉凝膠沉澱的重量與其乾重的比值計算而得，其取值範圍位於9-23g/g之間（McCormick等，1991；Blazek等，2008；Dennett等，2009）。

膨脹特性與麵條品質之間顯著相關，這很容易被大家所理解，因為當內部的澱粉顆粒膨脹後，麵條變軟。麵條煮製時間越長，麵粉膨脹程度越高，直鏈澱粉溶出量越大，麵條則越光滑。澱粉的膨脹度與麵條的硬度負相關（Konik等，1994； Yun等，1997），與麵條的表面光滑度（Ross等，1997；Liu等，2003）和總質地評分正相關（Crosbie，1991；Liu 等，2003）。澱粉的膨脹度與麵條彈性的相關性尚有爭議。一般情況下，澱粉的膨脹度和麵條的彈性負相關（Konik等，1994； Ross等，1997；Yun等，1997），但也有報導認為二者之間正相關（Crosbie，1991）。這可能與研究人員採用的麵條品質評價方法不同有關。

影響澱粉膨脹特性測量結果的因素包括直鏈澱粉含量，直鏈和支鏈澱粉的鏈長，澱粉結晶度，顆粒結構（Tester等，1990；Sasaki等，1998）以及測定參數，包括加熱溫度（Kim等，1993），加熱時間和澱粉濃度（Bagley等，1982；Choi等，2004）。在75°C和83°C下小麥澱粉的膨脹度測定值越高，加工後的速食油炸麵條的食用品質越好（Kim等，1993）。膨脹性被視為支鏈澱粉的主要理化性質，而膨脹力與直鏈澱粉含量負相關（Tester等，1990；Sasaki等，1998；Blazek等，2008）。具有高度分支結構的支鏈澱粉分子更易吸收水分並發生膨脹。此外，澱粉膨脹及糊化行為很大程度上取決於其螺旋結構/結晶度（Tester等，1990）。而這種有序結構受直鏈/支鏈澱粉比率和支鏈澱粉鏈長的影響。分子量分布與支鏈澱粉的膨脹特性的差異有關，但該結論目前尚存爭議。據Sasaki和Matsuki（1998）報導，小麥澱粉中長支鏈澱粉（DP≥35）含量較高，但支鏈澱粉的鏈長越短則其膨脹度更高。然而，隨後的研究表明支鏈聚合度小於13的支鏈澱粉減少，其分子排列和顆粒結晶區的穩定性隨之增強；而支鏈聚合度為13-14的支鏈澱粉增加會導致其顆粒膨脹度受限（Singh等，2010），這與Srichuwong等（2005）和Chung等（2011）的研究結論較為相似。這種爭議可能與不同的鏈長測定方法或導致膨脹性降低的其它因素有關。顆粒大小與澱粉膨脹性的相關性還有待驗證。儘管有研究表明B型小麥澱粉粒或較小馬鈴薯澱粉粒的膨脹度較高（Kim等，2010；Waterschoot等，2016），這是因為B型澱粉粒的總直鏈澱粉含量較A型更低。為了更清楚地了解澱粉粒徑與其膨脹度的相關性，必須採用合理的澱粉粒分離方法（Kim等，2010；Waterschoot等，2016）。

某些物理/化學手段可影響澱粉的溶脹性，這與糊化性質的影響因素較為相似。例如，溼熱處理（Hoover等，1994）以及交聯引入分子內和分子間鍵提高了澱粉粒的穩定性和強度，從而導致澱粉的膨脹度降低（Tsai等，1997）。在鹼溶液中澱粉顆粒的膨脹度有所增加，而在鹽溶液中澱粉顆粒的膨脹度有所降低。加熱期間，澱粉還可能與脂質結合形成直鏈澱粉-脂質複合物，從而導致其膨脹受限並降低了澱粉的膨脹度（Tester等，1990）。

4.3 粘度、膨脹特性和測定可行性的比較

雖然現有研究已經發現澱粉的粘度和膨脹性質與麵條的食用品質密切相關，但是在很多方面這兩種理化特性存在較大差異。

首先，澱粉的膨脹測試更加簡單且樣品量更低，因而在食品工業中將得到廣泛應用。值得一提的是，在糊化（高剪切和高溫）分析過程中峰值粘度是澱粉膨脹的拐點，隨後澱粉粒逐漸崩解。在熟麵條中大部分澱粉顆粒發生膨脹（Wang等，1996），澱粉膨脹特性的表觀特徵與其峰值粘度較為相似，因而可更好地用於預測麵條的食用品質（Konik等，1994；Blazek等，2008）。換言之，在表徵麵條的食用品質方面，澱粉的膨脹特性可能是峰值粘度的實用替代指標。

其次，澱粉粘度和膨脹特性測定方法不同，它們代表了澱粉的不同階段（流變學和糊化）。然而，澱粉的粘度與其膨脹度顯著相關（Crosbie，1991；McCormick等，1991）。粘度屬於流變性質，與澱粉濃度有關，其結構特徵隨著濃度改變而發生變化（Steeneken，1989）。稀釋後，澱粉粘度取決於膨脹顆粒的體積分數；而濃縮後，其粘度則取決於澱粉粒的硬度。麵條是一個高濃度體系，但溶出分子間的交聯有限。膨脹性最易受澱粉糊化和顆粒大小影響。澱粉粒尺寸對粘度和膨脹影響存在差異，在測定過程中大澱粉粒趨於更粘稠；而澱粉粒越小，則其硬度越大，越利於達到峰值粘度。就此而言，粒徑對澱粉粘度和膨脹性質具有相似的影響。然而，膨脹試驗測定參數（靜態系統測量）無法簡單的與粘度參數（動態系統測量）進行數值轉換，這是因為粘度測定更加複雜。例如，鑑於在冷卻過程中直鏈澱粉開始老化或直鏈澱粉與支鏈澱粉發生相互作用，澱粉的消減粘度有時會增加，這就解釋了為什麼熟麵條冷卻後硬度會增加。而這些變化無法僅憑膨脹試驗所得的某個簡單參數來解釋以及計算。

第三，澱粉粘度和膨脹特性的影響因素重要性並不相同。正如所討論的那樣，粘度和膨脹特性均受到澱粉精細結構的影響，例如直鏈澱粉含量，支鏈澱粉的鏈長，顆粒結構和顆粒內部成分（如脂質）。但是這些因素均包含於澱粉粒中，每種結構特徵的影響可能因不同因素而異。例如，與較小溶脹顆粒的情況相比，低濃度條件下較大膨脹澱粉粒之間的碰撞比高濃度條件下的較小膨脹澱粉粒更多，因而前者粘度更易增加（Dhital等，2011）。但通常A型澱粉粒的直鏈澱粉更高，與小澱粉粒相比，其糊化溫度更高，膨脹體積更小，粘度更低。據Dhital等人（2011）的報導，脂質和直鏈澱粉的作用也是可變的，分離澱粉峰值粘度增加與脂質含量降低有關，而非反映表觀直鏈澱粉含量，雖然表觀直鏈澱粉含量趨於增加（導致峰值粘度降低）。澱粉粒和脂質效應克服了直鏈澱粉的影響，並影響了澱粉糊的粘度發展。這是澱粉多級結構綜合的作用賦予了麵條獨一無二的食用品質。

與小麥粉或全麥粉的食用品質相比（Crosbie，1991；Batey等，1997；Blazek等，2008），澱粉的糊化和膨脹特性用於預測麵條的食用品質（Crosbie，1991；McCormick等，1991；Konik等，1994）則更加準確。麵粉/全麥粉與麵條品質之間的相關性差，可能與穀物和麵粉中的α-澱粉酶有關，也可能與貯藏過程中蛋白的存在及變化有關。分離澱粉粒可降低細胞壁和蛋白的幹擾。研究表明蛋白通過結合水影響米粉的粘度曲線，這導致了糊化澱粉分散相和粘稠相的濃度增加，並有助於通過二硫鍵形成網絡（Martin等，2002）。在糊化粘度試驗中，麵粉中的蛋白對粘度形成的作用較為相似，這有助於理解麵粉粘度和麵條食用品質間的關係。而使用麵粉或全麥粉更節約時間，因為分離澱粉是一個繁瑣的過程。鑑於麵粉粘度和麵條食用品質之間具有良好的相關性，研究人員嘗試通過添加硝酸銀（澱粉酶抑制劑）來測定麵粉或全麥粉的粘度（Bhattacharya等，1996；Batey等，1997）。加之蛋白對粘度的影響以及對α-澱粉酶活性抑制效應，因此僅需測定麵粉和全麥粉就可更好地預測麵條的食用品質。雖然有研究發現在澱粉提取過程中脫除蛋白和脂質影響了澱粉的膨脹性質（Blazek等，2008），可蛋白對澱粉膨脹特性的影響尚未完全明確。

5 麵條熟化過程模型

Wang和Seib（1996）提出了一種麵條蒸煮過程中的澱粉結構變化模型，該模型突出了蛋白含量（鬆散或緊密的麵筋蛋白網絡）和澱粉膨脹特性對麵條食用品質的影響。

麵條表面/附近和核心中澱粉的膨脹程度不同，從而導致麵條表面光滑，質地上有彈性，耐咀嚼。Ross等（1997年）建立了一種熟麵條核心區中澱粉和麵筋的分子結構示意圖，該模型進步之處在於加入了溶出的直鏈澱粉和麵筋蛋白纖維的相互作用。本文建立了一個煮製前後麵條澱粉和麵筋網絡的示意圖（見圖3），圖中還描述了澱粉多級結構對熟麵條品質的影響。

Figure 3–Schematic diagram of raw and cooked noodles: (A) before cooking; (B) initial stage of noodle cooking with limited water or cooking time or noodles with more amylose; (C) readily cooked noodle or noodles with more damaged starch granules; (D) noodles cooked for longer time and during storage.

如上文所述，在麵團加工過程中蛋白具有重要作用，這正是小麥的獨特之處（Veraverbeke等，2002）。麵筋蛋白網絡（圖3A）使得離散的麵團碎片在壓面，切條，乃至煮製過程中仍能保持完整性。熟麵條可看作是由兩個不同但又相互連接的相組成的複合材料。一相是由聚合物和麵筋蛋白和糊化澱粉粒擠出的直鏈澱粉形成連續的三維體系。另一相則是由三維體系中殘留的膨脹澱粉粒構成的分散顆粒相。圖3B到3D呈現了煮製和貯藏（老化）期間麵條中澱粉的顆粒變化情況，建立了不同相之間的聯繫。在麵條煮製的初始階段，由於吸水量有限以及煮製時間較短，澱粉顆粒膨脹程度有限（圖3B），而溶出的直鏈澱粉分子像膠水一樣將澱粉顆粒與麵筋粘合在一起。隨著煮製時間延長以及煮製溫度升高，澱粉顆粒越來越膨脹（圖3C），導致更多直鏈澱粉從顆粒中溶出。膨脹澱粉顆粒越多的麵條內部的凝膠結構更加分散，這導致麵條更加柔軟。煮製後，連續相中殘留的直鏈澱粉趨於快速老化，支鏈澱粉則緩慢老化（圖3D）。隨後直鏈澱粉分子和蛋白質聚合物之間形成纏繞。老化的直鏈澱粉和纏繞均有助於提高聚合物網絡的硬度。

從圖3B至3D還可理解澱粉的不同結構對麵條品質的影響。高直鏈含量或具有更多天然晶體結構的澱粉難以糊化且膨脹體積有限（圖3B），這導致麵條的硬度增加。直鏈澱粉-脂質複合物也對澱粉膨脹特性和麵條硬度有影響（Larsson等，1997）。支鏈澱粉含量或破損澱粉含量越高，澱粉越容易吸收水分，其膨脹程度越高（圖3C），這導致麵條更加鬆軟。圖3D推測了澱粉晶體結構的物理/化學性質的變化是如何影響麵條的加工和食用品質。

一些非晶態組分如預糊化澱粉或破損澱粉在麵團形成過程中可能會與麵筋競爭水分，這可能會影響蒸煮損失。無定形結構較天然的完整小麥澱粉老化速率得快（數據尚未發表）。當人們食用大量即食麵/麵製品或預糊化澱粉含量高的方便麵時這種現象更加明顯。這些產品煮製後若不即時食用，由於澱粉老化其晶體結構發生變化，並最終會影響麵條的食用品質。因為在麵條加工過程中麵筋蛋白網絡可能隨著非晶態組分的添加量變化而發生改變，所以無定形/晶體結構如何與蛋白發生相互作用仍有待研究。

圖3中的熟麵條模型是已有模型的3.0版，而進一步建立4.0模型對於生產功能性或營養麵條仍然是十分必要的。這可以通過添加更優質的蛋白組分，多分散性的聚合物以及麵條中各組分間的相互作用來實現，甚至通過更深入理解已知處理對蛋白和澱粉的改變（如黃麵條製作期間向其中添加鹼溶液）。因為麵條製作期間麵筋網絡中的蛋白纖維的厚度，長度和完整性對於麵條加工和食用品質均是十分重要的。此外，根據現有的模型很容易理解麵條的硬度。然而，要解釋結構如何作用於「彈性」和「粘聚性」還需要我們更深入地掌握熟麵條中聚合物組分的結構，這就只能依賴於4.0模型來解決這個難題了。

6 結論

過去，小麥育種和種植研究主要考慮因素是產量。然而，人們逐漸對小麥麵筋及澱粉質量和數量效應有了更深入的了解，這些特性現在被視為小麥製品的重要品質參數。人們發現麵粉的主要成分澱粉對於製作優質麵條具有舉足輕重的作用。本文綜述了小麥澱粉多級結構的相關知識及其與麵條品質和麵條理化性質的關係，旨在為小麥育種人員和麵條製造廠家篩選理想的小麥品種和優化麵條品質的加工方法提供理論指導。比較分析麵條品質的評價方法，深入探討與麵條品質相關的澱粉理化性質對所有相關人員均是有益的，而不僅僅局限於小麥育種人員，種植人員，麵製品生產廠家和研究人員。