近日，食品科學(xué)與工程學(xué)院代養(yǎng)勇團(tuán)隊在《Food Research International》在線發(fā)表了題為“Influences of high hydrostatic pressure on structures and properties of mung bean starch and quality of cationic starch”的研究論文。王寧碩士、董營碩士為該論文的第一作者，代養(yǎng)勇副教授為該論文的通訊作者。

淀粉分子是多羥基化合物，通過氫鍵相互連接，因此淀粉顆粒具有緊湊的結(jié)構(gòu)。天然淀粉存在凝沉、溶解度低等缺陷，這導(dǎo)致淀粉產(chǎn)品在儲存期間質(zhì)量下降。因此，對天然淀粉進(jìn)行改性對改善其應(yīng)用特性具有重要意義。天然淀粉顆粒的最外層“殼”主要由含有直鏈淀粉的小塊組成，因此具有較強(qiáng)的耐酸堿性。外殼嚴(yán)重阻礙了水和變性劑進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，導(dǎo)致淀粉的化學(xué)反應(yīng)效率較低。顯然，簡單的化學(xué)改性淀粉已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，這已成為改性淀粉生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

該研究發(fā)現(xiàn)高靜壓（HHP）不僅可以使水和醚化劑通過孔隙進(jìn)入淀粉顆粒，而且可以使淀粉的結(jié)構(gòu)發(fā)生三種類似于機(jī)械化學(xué)效應(yīng)的階段，即受力、團(tuán)聚和聚集階段。在500 MPa的高靜壓處理5分鐘和20分鐘后，陽離子淀粉的取代度、反應(yīng)效率和其他品質(zhì)顯著提高。

圖1 天然綠豆淀粉和高靜壓改性綠豆淀粉的CLSM（a-e）, SEM（f-j）和PLM（k-o）

圖2 高靜壓處理后淀粉懸濁液圖（a-e）和在高靜壓處理期間淀粉分子變化的示意圖（A-D）

當(dāng)HHP處理5分鐘時，HHP破壞了NMS分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)和NMS顆粒中的晶體結(jié)構(gòu)，并且HHP-MS分子從有序變?yōu)闊o序。HHP-MS顆粒的結(jié)構(gòu)從致密變?yōu)槭杷桑瘻囟取⒑虾蜔岱€(wěn)定性降低。當(dāng)HHP處理時間稍長（15分鐘）時，HHP-MS顆粒的結(jié)晶區(qū)排列更加有序，結(jié)晶度增加，并且在HHP-MS顆粒的表面上有一些凸起。HHP-MS分子振動的振幅降低，它們糾纏成更穩(wěn)定的球形結(jié)構(gòu)。因此，HHP-MS分子排列更緊密，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，糊化溫度、糊化晗和熱穩(wěn)定性增加。經(jīng)過長時間的HHP處理后，HHP-MS顆粒的結(jié)晶區(qū)嚴(yán)重受損，一些HHP-MS顆粒吸水并破裂，外殼被破壞。可以看出，HHP對NMS的影響符合機(jī)械化學(xué)理論的三個階段。因此，HHP對NMS具有顯著的機(jī)械化學(xué)作用。在這一過程中淀粉晶體在HHP作用下容易發(fā)生位錯，使淀粉變得更親核，并增加了淀粉顆粒的活性位點。因此，陽離子淀粉的反應(yīng)效率和取代度在HHP處理后有所改善。此外，許多醚化劑和水可以在HHP下通過孔隙進(jìn)入NMS顆粒，顯著提高了醚化劑和NMS分子之間反應(yīng)的均勻性。因此，HHP-CS5和HHP-CS20的取代度、反應(yīng)效率、溶解度、膨脹度和峰值粘度顯著改善。

適當(dāng)?shù)腍HP處理對提高淀粉的化學(xué)活性和陽離子淀粉的質(zhì)量具有重要意義。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.112532