近日，食品科学与工程学院代养勇团队在《Food Research International》在线发表了题为“Influences of high hydrostatic pressure on structures and properties of mung bean starch and quality of cationic starch”的研究论文。王宁硕士、董营硕士为该论文的第一作者，代养勇副教授为该论文的通讯作者。
淀粉分子是多羟基化合物，通过氢键相互连接，因此淀粉颗粒具有紧凑的结构。天然淀粉存在凝沉、溶解度低等缺陷，这导致淀粉产品在储存期间质量下降。因此，对天然淀粉进行改性对改善其应用特性具有重要意义。天然淀粉颗粒的最外层“壳”主要由含有直链淀粉的小块组成，因此具有较强的耐酸碱性。外壳严重阻碍了水和变性剂进入淀粉颗粒内部，导致淀粉的化学反应效率较低。显然，简单的化学改性淀粉已不能满足工业生产的需要，这已成为改性淀粉生产的关键技术瓶颈。
该研究发现高静压（HHP）不仅可以使水和醚化剂通过孔隙进入淀粉颗粒，而且可以使淀粉的结构发生三种类似于机械化学效应的阶段，即受力、团聚和聚集阶段。在500 MPa的高静压处理5分钟和20分钟后，阳离子淀粉的取代度、反应效率和其他品质显著提高。
图1 天然绿豆淀粉和高静压改性绿豆淀粉的CLSM（a-e）, SEM（f-j）和PLM（k-o）
图2 高静压处理后淀粉悬浊液图（a-e）和在高静压处理期间淀粉分子变化的示意图（A-D）
当HHP处理5分钟时，HHP破坏了NMS分子的双螺旋结构和NMS颗粒中的晶体结构，并且HHP-MS分子从有序变为无序。HHP-MS颗粒的结构从致密变为疏松，糊化温度、糊化晗和热稳定性降低。当HHP处理时间稍长（15分钟）时，HHP-MS颗粒的结晶区排列更加有序，结晶度增加，并且在HHP-MS颗粒的表面上有一些凸起。HHP-MS分子振动的振幅降低，它们纠缠成更稳定的球形结构。因此，HHP-MS分子排列更紧密，结构更稳定，糊化温度、糊化晗和热稳定性增加。经过长时间的HHP处理后，HHP-MS颗粒的结晶区严重受损，一些HHP-MS颗粒吸水并破裂，外壳被破坏。可以看出，HHP对NMS的影响符合机械化学理论的三个阶段。因此，HHP对NMS具有显著的机械化学作用。在这一过程中淀粉晶体在HHP作用下容易发生位错，使淀粉变得更亲核，并增加了淀粉颗粒的活性位点。因此，阳离子淀粉的反应效率和取代度在HHP处理后有所改善。此外，许多醚化剂和水可以在HHP下通过孔隙进入NMS颗粒，显著提高了醚化剂和NMS分子之间反应的均匀性。因此，HHP-CS5和HHP-CS20的取代度、反应效率、溶解度、膨胀度和峰值粘度显著改善。
适当的HHP处理对提高淀粉的化学活性和阳离子淀粉的质量具有重要意义。
该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodres.2023.112532
