《食品科学》：青岛农业大学食品科学与工程学院陈海华教授：海藻酸钠结合超低温冷冻处理对甘薯淀粉颗粒结构和性质的影响

近年来，随着生活节奏的加快，冷冻食品因方便储存而越来越受消费者欢迎。在中国，冷冻食品作为朝阳产业发展非常迅速，一些传统速冻食品，如汤圆、水饺等年产量已超过1 500万 t。然而冷冻过程中，冰晶生长和水分迁移会影响食品组分的结构和性质，从而影响食品的品质。

青岛农业大学食品科学与工程学院的李 鑫、王雨生、陈海华*以甘薯淀粉（SPS）为原料，从淀粉颗粒大小、微观形貌、结晶结构、热力学特性等方面探究冷冻处理对淀粉颗粒结构和性质的影响，并通过超低温冷冻处理和添加海藻酸钠（AG）的方法来降低冷冻处理对SPS的影响，提高淀粉的耐热和抗剪切稳定性，为改善冷冻淀粉基食品加工品质提供理论参考。

1、SPS颗粒粒度分布分析结果

如图1所示，冷冻处理以及添加AG均能显著影响SPS颗粒尺寸。天然SPS颗粒的粒度分布范围为5～50 μm，中值粒径D50为15.32 μm（表1）。与天然SPS颗粒相比，冷冻处理使SPS的粒度分布曲线明显右移，D50和D90升高，淀粉颗粒粒径明显增加。

冷冻处理温度会影响SPS颗粒的尺寸。降低冷冻温度，SPS颗粒尺寸减小，与SPS -20 相比，SPS -80 的粒度分布曲线向左偏移，说明-80 ℃的快速冷冻对淀粉颗粒结构的影响小于-20 ℃的缓慢冷冻，Yu Shifeng等也得出快速冷冻对淀粉结构的影响小于缓慢冷冻的结果，这可能是因为冰晶形成的数量和尺寸与冷冻速率有关。缓慢冷冻时（-20 ℃）形成的冰晶大，产生的机械膨胀力较强，可严重破坏淀粉颗粒结构，使部分颗粒破碎为较小颗粒；而快速冷冻时（-80 ℃），水分处于玻璃态，形成的冰晶小，产生的机械膨胀力较弱，使淀粉颗粒膨胀而未破碎。与天然SPS相比，添加AG后的SPS及其冷冻样品的粒度分布曲线均向右偏移，D 90 显著升高，说明淀粉颗粒粒径增大，而粒度分布曲线峰值和D 10 显著降低、D 90 显著升高，表明粒径范围增大。

2、SPS颗粒微观结构观察结果

不同冷冻温度处理的SPS和SPSA所呈现的偏光十字如图2A1～F1所示，天然SPS有清晰的偏光十字，冷冻处理对SPS的双折射现象没有明显影响，SPS-20和SPS-80仍然具有清晰的偏光十字现象。

图2A2～F2为经冷冻及AG处理后SPS颗粒的微观形貌，可以看出，天然SPS颗粒呈多角形或圆形，表面较光滑。冷冻处理后SPS颗粒表面变得粗糙（图2B2、C2），出现许多大小不一的孔洞或塌坑，部分淀粉颗粒碎裂，出现较多小颗粒。冷冻温度对SPS颗粒表面形貌有显著影响，-20 ℃冷冻处理的SPS颗粒表面孔洞尺寸大、数量少，-80 ℃冷冻处理后的SPS颗粒表面孔洞消失，但出现大量塌坑。

由图2D 2 ～F 2 可以看出，添加AG后，SPS颗粒表面被AG包裹，颗粒间出现黏聚现象，冷冻处理后，淀粉颗粒因AG的包裹呈聚集状态，表面变得粗糙。与未添加AG的冷冻SPS颗粒相比，添加AG的冷冻SPS颗粒表面孔洞数量明显减少，当冷冻温度降至-80 ℃时，淀粉颗粒表面的孔洞和塌坑均消失。

3、SPS颗粒的结晶特性分析结果

由图3可知，天然SPS在2θ为15.26°和23.18°处有两个衍射峰，17.42°和18.06°处出现连续双峰，为典型的A型结晶结构。添加AG和冷冻处理均未改变衍射峰位置，表明处理后淀粉颗粒能保持A型结晶结构。这与Yu Shifeng等研究冻融处理对非蜡质玉米淀粉结晶晶型影响的结果一致。

如图3所示，SPS经-20 ℃冷冻处理后，相对结晶度从25.7%下降到22.3%，这与Szymońska等在研究冷冻处理马铃薯淀粉时的结果一致，说明冷冻处理能破坏维持淀粉颗粒双螺旋结构的氢键，导致淀粉颗粒由晶态转向非晶态的不可逆变化。然而SPS-80的相对结晶度比SPS-20增加了5.1 个百分点，说明降低冷冻温度可以提高SPS的相对结晶度。

由图3可知，AG的添加可以提高SPS颗粒相对结晶度3.4 个百分点，这与Su Han等的研究结果一致。这可能是由于淀粉和AG的衍射峰存在重叠，使相对结晶度升高。添加AG的SPS经冷冻处理后，相对结晶度从29.1%（SPSA）分别增加到32.3%（SPSA -20 ）和33.7%（SPSA -80 ），但-20 ℃和-80 ℃冷冻处理对相对结晶度的影响差异较小，这可能是因为冷冻过程促进了淀粉分子链的重排，结晶区域增多；另外，AG富含的羟基基团与淀粉颗粒竞争水分子，还可以减轻冷冻对淀粉颗粒中氢键的破坏。

4、SPS颗粒的热力学性质分析结果

如图4所示，所有样品均有一个明显的吸热峰，其峰值温度在69.01～73.67 ℃之间，这应该是淀粉糊化过程中形成的吸热峰。

由表2可以看出，冷冻处理显著降低了SPS的T c 和ΔH。与天然SPS相比，冷冻温度为-80 ℃时，T c 和ΔH分别降低了1.25 ℃和2.71 J/g，这表明冷冻处理后部分淀粉颗粒结晶破碎，颗粒稳定性变差。Zhang Yanjun等研究发现冷冻处理能够降低菠萝蜜淀粉的T p 、T c 和ΔH，这可能是因为冷冻处理引起淀粉颗粒中水分的重新分布，导致淀粉结构的变化和淀粉链的重排。

5、SPS颗粒的糊化特性分析结果

由表3可知，冷冻处理还显著降低了SPS的糊化峰值黏度（PV），-20 ℃和-80 ℃冷冻后，PV分别降低了420 cP和1 144 cP，Liu Yu等同样发现冷冻处理可以降低蜡质玉米淀粉的PV，这可能是因为冷冻处理破坏了淀粉颗粒的结构，使淀粉链断裂，产生损伤淀粉，因此黏度降低。天然SPS经冷冻处理后，衰减值（BD）和回生值（SB）分别降低了156～510 cP和13～160 cP，Su Han等的研究也得到类似结果，这可能是因为冷冻处理过程中冰晶的形成使淀粉产生膨胀，引起淀粉颗粒表面和内部淀粉链的重新排列，从而提高了淀粉糊对热和剪切的稳定性，延缓了淀粉的回生。

与SPS -20 相比，SPS -80 的PT降低0.3 ℃（表3），这可能是因为较快的冷冻速率使淀粉颗粒表面产生数量较多的塌坑（图2C 2 ），增加了淀粉颗粒与水的接触位点。另外，快速冷冻形成更多细小空隙，淀粉颗粒结晶结构更为松散，淀粉更容易糊化，这与DSC分析结果一致。与SPS -20 相比，SPS -80 的PV、BD和SB分别降低了724、354 cP和147 cP。

结 论

本实验研究了不同冷冻温度下AG处理对冷冻SPS粒径、结构、糊化性质、热力学性质等的影响。结果表明，降低冷冻温度和添加AG处理均可减轻低温冷冻对淀粉颗粒结构的破坏，超低温冷冻处理结合AG的添加可以有效提高冷冻SPS颗粒的耐低温能力，提高淀粉糊耐热、抗剪切稳定性和抗回生能力。本研究结果可为AG在冷冻SPS基食品中的应用提供理论参考。

本文《海藻酸钠结合超低温冷冻处理对甘薯淀粉颗粒结构和性质的影响》来源于《食品科学》2022年43卷3期47-53页，作者：李鑫，王雨生，陈海华。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210112-135。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网。

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