《食品科学》：安徽农业大学周裔彬教授、余振宇讲师等：冷冻球磨处理对糯米淀粉结构、特性及消化性的影响

糯米淀粉是糯米的主要成分，含有98%以上的支链淀粉，由于其黏性、多孔结构和良好的水稳定性，被认为是一种优良的食品加工原料。然而，天然淀粉因低溶解性和较强的回生性限制了其功能特性，通常会对天然淀粉进行物理、化学或生物改性。物理改性方法具备环境友好、安全性和简单高效等优点，被不断应用于食品加工中。

安徽农业大学茶与食品科技学院郝宗围、余振宇*、周裔彬*等利用冷冻球磨处理糯米淀粉，研究处理时间对糯米淀粉的结构、性能和消化率的影响。旨在阐明球磨对糯米淀粉结构、性能和消化率的影响机制，以及淀粉消化性与淀粉多尺度结构间的联系，以提高糯米淀粉的加工性能并开发新型结构和特性的改性淀粉，扩大其应用范围，为糯米淀粉的深加工提供一些理论依据，促进其产业发展。

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冷冻球磨处理对糯米淀粉结构的影响

1.1 冷冻球磨处理对糯米淀粉粒径分布的影响

由图1可知，未经处理的天然淀粉粒径呈多峰分布，经冷冻球磨处理后，其粒径分布出现右移趋势。如表1所示，球磨处理时间20～80 min，粒径分布跨度从2.59减小到2.00，呈下降的趋势，表明冷冻球磨处理后淀粉的粒径分布更加均一，而D0.1、D0.5、D0.9分别从3.13、8.32、24.64 μm增加到4.51、11.52、27.53 μm，表明粒径逐渐增大。

1.2 冷冻球磨处理对糯米淀粉微观结构的影响

从图2可以看出，天然糯米淀粉颗粒呈现多面体状，边缘清晰、表面光滑，没有可见的裂纹和孔隙。随着球磨时间的延长，淀粉颗粒的表面被破坏，这可能是球磨处理过程中对淀粉颗粒的挤压和摩擦作用造成的。同时，一些破碎的淀粉颗粒由于单位质量具有更大的比表面积，从而发生了聚集现象，这导致尺寸分布向大粒径范围转移，这一结果与粒度分析结果一致。

1.3 冷冻球磨处理对糯米淀粉X射线衍射图谱的影响

由图3可知，原淀粉和球磨处理后的糯米淀粉均在衍射角2θ为15.5°、17.0°、18.0°和23.5°处出现4 个较强的衍射峰，其结构属于典型的A型淀粉。由表2可知，天然淀粉的相对结晶度为28.52%，经过球磨处理20～80 min后，糯米淀粉的相对结晶度分别为19.59%、15.71%、12.66%和7.23%，说明糯米淀粉的结晶度随着球磨时间的延长而降低。

1.4 冷冻球磨处理对糯米淀粉红外光谱的影响

如图4A所示，各样品组吸收峰没有明显的变化，无新的吸收峰产生，表明球磨改性没有引起淀粉分子中新的化学键或官能团形成，只是改变了糯米淀粉分子的结构。如图4B所示，对傅里叶变换红外光谱进行去卷积化，利用Origin 2021软件分别计算出1 047 cm-1 和1 022 cm-1 处的吸光度，由表2可知，随着球磨时间的延长（0～80 min）， R 1047cm-1/1 022 cm-1 从0.762下降到0.612，表明在球磨处理过程中，冷冻球磨机产生的机械力打破了淀粉分子链之间或内部原有的氢键，导致淀粉分子中的双螺旋结构解体，淀粉的短程有序结构被破坏。

1.5 冷冻球磨处理对糯米淀粉拉曼光谱的影响

拉曼光谱中480 cm -1 处的峰与碳骨架的振动有关，这个峰的半峰宽度受到淀粉晶体结构的影响。480 cm-1 处的半峰宽度越小，淀粉的晶体结构就越完整，或者结晶度越高。如图5所示，球磨处理淀粉较原淀粉的光谱图没有出现新峰，说明球磨过程中没有发生化学反应，没有新键的形成。通过Peakfit 4.12软件进一步分析480 cm-1 处的FWHM，由表2可知，随着球磨时间的延长（0～80 min），480 cm-1 处的FWHM从16.796增加到20.801，表明球磨处理使糯米淀粉的短程有序结构遭到破坏。这与XRD图谱和红外光谱的分析结果一致。

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冷冻球磨处理对糯米淀粉特性的影响

2.1 冷冻球磨处理对糯米淀粉吸水指数的影响

吸水指数能够反映淀粉颗粒与水的结合程度。由图6可知，经冷冻球磨处理后，糯米淀粉的吸水指数随着处理时间的延长而增加。当球磨处理80 min时，糯米淀粉的吸水指数从2.15 g/g上升到7.31 g/g，这可能是因为糯米淀粉被机械力破坏，随着球磨时间的延长，淀粉的完整性破坏越严重，导致比表面积和空隙率增加，增大了与水的接触面积，有效地提高了水结合能 力。此外，机械活化过程导致淀粉颗粒分子间和分子内氢键的破坏，产生更多游离羟基，使其淀粉具有更好的吸水性，吸水指数显著增加。

2.2 冷冻球磨处理对糯米淀粉冷水溶解度、膨胀度的影响

由图7可知，经处理的糯米淀粉与原淀粉相比，冷水溶解度和膨胀度均显著增加。糯米淀粉的冷水溶解度从2.97%增加到46.33%，膨胀度从3.25%增加至15.50%。其原因可能是球磨产生的巨大机械作用力使淀粉颗粒破损，导致糯米淀粉的刚性网络结构和结晶区被破坏，在低于糊化温度下，水分子更容易进入淀粉颗粒内部，最终使淀粉的冷水溶解度增加，即可溶性大幅提高。另一方面，球磨可能破坏淀粉颗粒中的氢键，导致双螺旋结构中更多的羟基暴露，从而使淀粉和水分子之间的键合官能团数量增加。

2.3冷冻球磨处理对糯米淀粉糊化特性的影响

从图8可以看出，所有样品RVA曲线均呈相同的变化趋势，但随着球磨处理时间的延长，各样品RVA曲线黏度均逐渐下降，且RVA曲线也越来越不明显，表明经冷冻球磨处理后的糯米淀粉DG逐渐升高。根据表3进一步分析可知，与原淀粉相比，处理80 min的糯米淀粉峰值黏度从1 396.00 cP下降到479.00 cP，即球磨处理后糯米淀粉的峰值黏度显著下降，同时，由表2的DG分析结果可知，球磨处理80 min时，DG为82.80%，表明冷冻球磨处理能够使糯米淀粉的DG增加。此外，糊化黏度和温度都随着淀粉损伤程度的增加而逐渐下降。糯米淀粉回生值从90.67 cP（WRS）下降到53.33 cP（WRS-80），下降了41.18%，表明球磨处理淀粉不易发生老化，可抑制短期回生。经冷冻球磨处理后，糯米淀粉糊化温度从68.83 ℃（WRS）下降到67.50 ℃（WRS-80），淀粉的糊化温度随球磨时间的延长而降低。由于球磨处理引起结晶结构破坏，淀粉颗粒在水介质中易膨胀，降低了淀粉颗粒的热稳定性，这与DSC分析结果一致。

2.4 冷冻球磨处理对糯米淀粉热力学特性的影响

DSC通常用于分析糊化性能，所得指标有 T o 、 T p 、 T c 和Δ H 。其中，Δ H 是反映结晶热稳定性的指标。如图9所示，在球磨60 min内，DSC图谱均有吸收峰出现，但吸收峰的强度逐渐降低，在处理80 min时，DSC图谱的吸收峰消失，表明淀粉大部分结晶束解体，结构破坏严重，这与XRD的分析结果一致。由表2可知，与天然糯米淀粉相比，经球磨处理80 min后，糯米淀粉的 T o 、 T p 、 和 T c 均显著下降，分别从64.99、70.69、78.04 ℃下降到43.02、47.41、52.93 ℃。此外，如表2所示，Δ H 从9.33 J/g（WRS）下降到1.79 J/g（WRS-80）。球磨处理显著降低了糯米淀粉的Δ H ，进一步说明冷冻球磨促进了糯米淀粉的糊化，这与RVA结果一致。另一方面，Δ H 与淀粉的双螺旋结构和结晶结构密切相关。

2.5 冷冻球磨处理对糯米淀粉偏光特性的影响

由图10可知，天然糯米淀粉颗粒的偏光十字比较清晰，表明其具有良好的淀粉结构和结晶结构。球磨20、40 min的样品偏光特征变化不明显，说明处理时间在40 min内对糯米淀粉颗粒、结晶结构的破坏相对较小。随着球磨处理时间的延长，由于机械作用力，到80 min时淀粉的偏光十字数量明显减少，少量的颗粒呈现微弱的亮点，淀粉颗粒中间部位出现裂痕。表明球磨严重破坏了淀粉结构和结晶结构，这与XRD分析结果相一致。

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冷冻球磨处理对糯米淀粉消化性的影响

由表4可知，原糯米淀粉的RDS相对含量为33.54%，SDS相对含量为8.02%，RS相对含量为58.45%。随着球磨时间的延长，糯米淀粉的RDS相对含量显著增加，SDS、RS相对含量显著下降。当冷冻球磨处理80 min时，RDS相对含量最高，为87.43%，SDS、RS相对含量最小，分别为2.18%和10.39%，表明冷冻球磨处理促进了糯米淀粉的酶解，大大提高了淀粉的消化特性。这可能是因为在球磨过程中，球磨带来的巨大机械作用力使淀粉颗粒表面出现裂痕，酶分子更容易进入淀粉颗粒内部，增加了与酶分子的接触面积，因此，显著提高了RDS的相对含量。此外，冷冻球磨还会破坏淀粉颗粒的螺旋结构、结晶结构，影响淀粉样品的消化率。这与XRD分析结果符合。

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结 论

本实验探究冷冻球磨处理对糯米淀粉特性、结构和消化性的影响，结果表明，随着球磨时间的延长，糯米淀粉的吸水指数、冷水溶解度和膨胀度显著提高。糯米淀粉的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、糊化温度等RVA相关参数和热焓值ΔH均下降，表明冷冻球磨处理能够促进糯米淀粉的糊化，提高糯米淀粉的DG。同时，回生值的下降表明淀粉糊的抗老化特性和冷糊稳定性提升。由于在球磨处理过程中的机械力作用，淀粉的结晶结构和短程有序结构含量下降，对其结构产生较大的破坏。长时间的球磨处理导致淀粉颗粒表面出现破裂、凹陷、团聚现象，进而引起粒径显著增加，淀粉偏光特性明显减弱。此外，由于结构的破坏有利于α-淀粉酶进入淀粉分子内部，增大了淀粉酶与淀粉的接触面积，大幅促进了糯米淀粉的消化性。综上，本研究有助于了解淀粉特性、结构和消化性的变化机制，为今后糯米淀粉的精深加工提供理论依据。

本文《冷冻球磨处理对糯米淀粉结构、特性及消化性的影响》来源于《食品科学》2023年44卷11期39-47页. 作者：郝宗围, 余振宇, 胡尧、王乃富，肖亚庆，刘英男，张强，刘抗，汪峰，韩嵊峻，周裔彬. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220423-298.点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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