不同物理改性对淀粉特性影响的研究进展_沈莎莎

子溶出以及颗粒不发生明显膨胀[3]。

不同种类的淀粉受压力的影响程度不同，如室温下小麦淀粉在压力超过300MPa时开始糊化,压力达600MPa 时完全糊化；马铃薯淀粉在600MPa 下没变化, 压力达到800MPa时才能完全糊化[2]。

经超高压处理的马铃薯淀粉结晶结构的降解导致凝胶焓变和重凝胶焓变，重凝胶焓变依赖于淀粉含量、压力、温度的高低，与淀粉含量正相关，与超高压温度负相关；当压力、温度一定时，淀粉的凝胶焓变与水分含量有关[4]。

1.2超高压对淀粉结晶结构的影响近年来,国内外的学者采用各种方法对经高压处理的各种淀粉的结晶结构进行了研究,结果表明压力对淀粉颗粒结晶结构的影响与淀粉结晶类型有关，对A-形淀粉影响最大，超过200Mpa 时遭到破坏，并有B-型结构出现；对B-型淀粉影响较小，结晶度稍有加强；对C-型淀粉影响介于A-型和B-型之间[5]。

淀粉颗粒形貌的变化与压力相关，如师学文指出超高压处理能够改变荞麦淀粉颗粒结构，直接影响淀粉的理化性质，对淀粉颗粒造成不同程度的损伤[6]。

朱秀梅指出经超高压处理的大米直链淀粉颗粒结构破坏，粒度减小，比表面积增大，直链淀粉含量增加等结构变化导致了淀粉理化性质的变化[7]。

刘延奇指出脱脂马铃薯淀粉的结晶结构与压力大小及淀粉乳悬浮液浓度有关[8]。

高静压处理对存在于支链淀粉中的远距离有序支链的破坏比对破坏淀粉中的典型的、非支链的直链淀粉更有效[9]。

1.3超高压对淀粉糊特性的影响淀粉的种类不同，淀粉糊特性受压力的影响也不相同，如夏远景指出经超高压处理的玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉、小麦淀粉的溶解度均随压力增大而增大,由高到低依次为小麦、红薯、马铃薯、玉米；淀粉溶液的透明度随处理压力的升高显著增加,由高到低依次为小麦、红薯、马铃薯、玉米；淀粉溶液的粘度随处理压力的升高明显下降,由高到低依次为小麦、红薯、马铃薯、玉米[2]。

超高压处理可改善荞麦淀粉的热稳定性、冷稳定性及凝沉性。

超高压处理的温度及压力对大米直链淀粉的膨胀度、冻融稳定性的影响不大，但压力与大米直链淀粉的吸湿性、碘兰值、酶解率正相关性，与直链淀粉的凝沉性呈负相关，即直链淀粉的稳定性增加[7]。

当压力增大到使淀粉颗粒的晶体结构完全消失时，淀粉发生完全糊化，DSC检测不到淀粉的各项热力学特征参数[10] 。

超高压处理技术具有低能耗、高效率、无毒素产生，且处理过程中不破坏食品的营养价值及风味等优点，但是处理量低，不能连续化生产，设备昂贵，导致产品成本高。

2 超声波处理对淀粉特性的影响超声波是用于淀粉改性的一种新型的物理方法，超声波能降解淀粉等大分子物质，主要原理是机械性断键作用及自由基氧化还原反应。

胡爱军在超声波处理对淀粉分子量、表面结构、结晶结构与凝胶质构特性的影响做了全方面的综述[11]。

陈海明指出玉米淀粉颗粒经超声波处理后，淀粉分子量分布变化、直链淀粉与支链淀粉组分变化；随着超声波时间延长，淀粉水解率逐渐增加，支链淀粉分子量显著降低，直链淀粉含量升高，形成新的直链淀粉脂质复合物[12]。

经超声波处理的糊化玉米淀粉乳液，黏度急剧降低，溶解性明显增大；随着处理时间的延长，其成膜分散性加强，并且改善了膜的透明度、耐水性、结构强度等[13]。

JennyYueZuo等指出，超声波波长和溶液温度对5%糯米淀粉溶液糊化特性有很大的影响，经超声波处理后糊化峰值黏度和最终黏度都有所降低[14]。

王尚慈指出经超声波处理的马铃薯淀粉，可提高其相变起始温度、糊化焓和回生焓，降低了相变峰值温度和相变终止温度[15]。

由扫描电镜分析得出，超声波处理使得马铃薯淀粉颗粒表面有凹坑和凹槽出现；随着超声波功率的增大，淀粉质量分子结构逐渐得到破坏，使得淀粉颗粒逐渐的膨胀；影响淀粉的结晶区，与支链淀粉无定形区相比直链淀粉更易受影响[16]。

超声波处理后的小麦和马铃薯淀粉颗粒表面有裂痕出现；尤其把样品悬浮在水里进行超声波处理时，淀粉的功能特性受到影响导致脂肪含量、吸水率、溶解度、凝胶浓度、彭润力增加和糊化粘度降低；木薯淀粉反应性能增强，淀粉的变性化学反应主要发生在非结晶区[17]。

与其它淀粉改性方法相比，超声波处理技术具有作用时间短、降解非随机性、操作简单易控制、能耗较低、处理后淀粉链长趋于一致等优点，具有广阔应用前景。

3 不同热液处理对淀粉特性的影响热液处理是一种采用物理方法对淀粉进行改性处理的手段，淀粉只在水分和热量的作用下产生结构的变化，从而对淀粉的相关特性带来相应变化。

热液处理根据所需水分和温度的不同一般分为湿热处理、韧化处理2种方式。

湿热处理是在低水分含量（小于35%）、较高温度（通常在100℃以上）对淀粉进行的热处理过程；韧化处理是指在过量水分含量(质量分数大于60%)或平衡水分含量(质量分数40%～55%)下，以高于玻璃化转变温度而低于糊化起始温度对淀粉进行的热处理过程[18]。

湿热处理和韧化处理都是只改变了淀粉的理化特性，而没有破坏淀粉的颗粒结构[19]。

3.1湿热处理对淀粉特性的影响我国湿热处理的原料多以玉米淀粉为主，国内外学者对湿热处理后淀粉颗粒形貌、颗粒特性、热力学性质等方面做了较全面的研究，如经处理过的普通玉米淀粉和高直连淀粉的抗性淀粉含量和直链淀粉含量、糊化温度和糊化焓均有所提高，膨胀度、消化性降低，偏光十字没有消失[20-21]；赵佳指出湿热处理温度、时间和水分对普通玉米淀粉特性有影响。

通过湿热处理，不同淀粉糊的性质发生了变化，表现为溶解度、膨胀度和透明度下降，起糊温度升高等[22]。

汪树生等人指出经湿热处理后小麦淀粉颗粒表面出现凹坑，小麦淀粉对酸和酶敏感性增加，更易被酸和酶水解，且初始水分含量增加能够导致淀粉颗粒表面凹坑数量增加，糊化温度升高，同时粘结现象变得严重。

当湿热时间处理适当时，粉质、拉伸各参数均有所改善，糊化参数也有所改善[23]。

湿热处理对大米淀粉的糊化特性、凝胶硬度影响不大[24]。

因此淀粉种类不同，其特性受湿热处理的影响程度不同。

湿热处理淀粉最大的特点就是对热稳定，这是一种纯粹的物理变性过程，所以可以将其用于高温加工食品中作填料。

湿热处理可以改善淀粉的物理特性，从而拓宽其用途，它最主要的应用是作为制备抗性淀粉的重要工艺。

湿热处理淀粉对酸性、抗机械剪切以及淀粉酶易受性的提高，拓宽了淀粉在食品调味料、焙烤制品以及老年食品和儿童食品中的应用。

3.2 韧化处理对淀粉理化特性的影响杜双奎[25]指出在不同韧化处理温度下，玉米淀粉颗粒形貌有较小变化。

韧化处理后，淀粉的溶解度和膨胀度随着处理温度的升高而降低；所有韧化处理过的玉米淀粉黏度降低，起始糊化温度升高，热焓变化不大。

Kiseleva等人指出韧化处理使淀粉结晶体厚度有微小增长，支链淀粉外围侧链长度的变化导致糊化温度变化[26]。

赵凯指出韧化处理温度、时间和水分对普通玉米淀粉特性有影响。

与原淀粉相比，不同来源淀粉经过韧化处理后，其淀粉溶解度、膨胀度和透明度降低，抗性淀粉含量增加。

韧化处理淀粉的起始糊化温度升高，峰值黏度、低谷黏度、破损值和最终黏度下降，韧化处理中的水分含量、处理温度、贮存条件（温度和时间）、干燥温度、粉碎目数等对SDS（缓慢消化淀粉）含量有不同程度的影响[27]。

4 电场处理对淀粉的影响电场技术在食品加工处理中具有杀菌、解冻、漂烫及糊化等作用，采用电场处理对淀粉进行改性，制备时间短，大大短于化学法所需要的化学反应时间，生产效率大大提高，节约能源。

同时，避免了加入大量的化学试剂对环境造成污染，产品安全性高，属于清洁生产和绿色食品生产，为变性淀粉开拓了新的发展方向，以满足日益增长的市场需求。

Zhonghan指出经过电场处理的玉米淀粉，颗粒表层被破坏，随着脉冲处理强度和时间的增加，淀粉颗粒表面逐渐变得粗糙，淀粉的平均粒径增大，分子量降低、溶解度、相对结晶度和膨胀度及玉米淀粉糊的粘弹性均有所减小。

脉冲电场和直流电场处理均具有提高普通玉米淀粉的酶解率的作用[28]。

通过改变淀粉颗粒内部的静电平衡也可以引起淀粉的糊化特性发生改变，在此作用下淀粉峰值黏度降低、糊化温度增高[29-30]。

5 球磨（微细化法）处理对淀粉特性的影响球磨处理是一种对淀粉进行物理改性的有效手段，其原理是利用研磨体的冲击作用以及研磨体与球磨内壁的研磨作用对淀粉进行机械粉碎、活化等[31]。

Huang等人采用搅拌球磨机对木薯淀粉、玉米淀粉进行机械预处理。

研究发现机械预处理使木薯淀粉颗粒结晶结构受到破坏，结晶程度降低，冷水溶解度提高，糊粘度下降，淀粉糊的触变性和剪切稀化现象降低，透明度提高，冻融稳定性下降，直链淀粉含量增加，抗性淀粉含量提高[32]。

球磨处理后大米淀粉晶体结构降解，使得其焓变与其结构有很大的相关性。

大米淀粉分子链发生断裂，使得还原糖含量增加，使大米淀粉的成糊温度、峰值黏度和最终黏度降低，淀粉糊的稳定性提高[33]。

球磨处理后淀粉理化性质的改变与球磨时间及淀粉种类有关，如俞弘指出以木薯淀粉、玉米淀粉、籼米淀粉为材料，调节水分含量至6%左右，采用行星式球磨机对淀粉进行球磨处理，结果表明：随着球磨时间的增加，淀粉颗粒逐渐破碎，淀粉粒度逐渐减小，3种淀粉的还原力、冷水溶解度、透明度均逐渐增加，淀粉的表观黏度、结晶度逐渐减小；在同样的球磨时间下，3 种淀粉的冷水溶解度、透明度、表观黏度存在显著性差异。

在75h以前，玉米淀粉和籼米淀粉的还原力无显著性差异，100h时，玉米淀粉和籼米淀粉的还原力存在显著性差异。

其中，球磨处理对籼米淀粉的各项理化指标影响最大[34]。

球磨处理后淀粉理化性质的改变与淀粉水分含量和球磨转数有关，如Zhang等人指出球磨处理淀粉含水量在6%～8%时，球磨对淀粉的机械活化效果最明显[35]。

李雯雯指出大米淀粉颗粒形态被破坏的程度及冷水溶解度与球磨转速正相关，转速越大颗粒形态破坏程度也就越大，冷水溶解度也就越大[36]。

由扫描电镜和反电子显微镜分析得出，经球磨处理后的玉米淀粉，淀粉颗粒表面结构改变，颗粒形态破坏，如有穿孔现象；淀粉的结晶度和双螺旋含量降低，淀粉的比表面积、平均直径、总体积等参数先快速增大，后逐渐减小[37]。

与原淀粉相比，球磨淀粉具有分散性好、水溶性高、生物反应活性高等特点，因此，食品微细化对于传统工艺配方的改进、新产品的开发尤其是保健食品、速溶食品的开发将产生巨大的推动作用，应用前景广阔。

6 结束语物理改性方法中，无需使用化学试剂，工艺过程较化学改性简单，通过改性改变淀粉的分子结构，使淀粉产生降解或提高反应活性，相对经济、有效，并且保证了食品的安全性，避免了存在反应速率低、环境污染或反应过程复杂等问题。

虽然物理改性相对于化学改性具有快速、有效、安全、无污染等优点，但个别改性方法存在一些问题，如超高压科学的理论体系尚不完善、设备昂贵，这导致加工产品成本偏高、设备处理量小，达不到连续化大批量生产；可能由于受到实际操作条件的限制，热液处理用于变性淀粉的制备也还没有完全工业化。