《食品科学》：北方民族大学韩立宏副教授等：超声波结合冻融循环处理对豌豆淀粉糊化特性的影响及其机理

豌豆淀粉因其来源广泛、成本低廉且可再生以及热黏度高、成膜性佳和凝胶强度好等优良特性，在工业领域应用广泛。然而，天然豌豆淀粉存在易老化、热糊稳定性差及抗剪切能力弱等不足，导致其在食品加工中的应用受到限制。糊化特性作为评价淀粉理化性质的关键指标，直接影响淀粉的加工性能及最终产品的品质。因此，采用有效的改性技术调控淀粉的糊化特性，是优化其加工性能及提升产品品质的重要途径。

淀粉糊化是指淀粉在水热作用下其颗粒吸水膨胀，内部氢键断裂及颗粒崩解，形成黏稠糊状胶体的不可逆过程。淀粉颗粒内部直链淀粉与支链淀粉的比例及其分子结构是影响淀粉糊化行为的主要因素，其中，直链淀粉含量是影响淀粉糊化特性的关键因子。Huong等对不同直链淀粉含量的绿豆淀粉糊化特性进行分析，发现高直链淀粉含量样品的终止黏度和回生值显著高于低直链淀粉含量样品。Ren Liuyang等采用热风辅助射频干燥技术对玉米淀粉进行处理，研究改性后淀粉的结构与功能特性，发现该处理显著增加了直链淀粉含量，并促进了淀粉糊化过程中直链淀粉的溶出与聚集，进而提高了玉米淀粉的终止黏度和回生值。淀粉分子摩尔质量的变化也会显著影响淀粉的糊化特性。Xie Jiating等研究发现，采用α-淀粉酶和β-淀粉酶分别对糯米淀粉进行水解处理，均可显著降低支链淀粉分子质量，进而有效延缓糯米淀粉的回生进程；Zheng Jiayu等通过研究电子束辐照处理对红小豆淀粉形貌、结构及理化性质的影响，发现该处理可显著引起淀粉分子的降解，不仅降低了淀粉的膨胀度，还减弱了淀粉与究表明，超声空化效应产生的高剪切力可引起淀粉中支链淀粉的侧链断裂，产生更多的线性分子，降低淀粉分子摩尔质量，并促使链长分布向短链方向移动。冻融处理则通过反复冷冻-解冻过程中的冰晶与水分子之间相变产生的机械力，改变淀粉的分子摩尔质量与链段长度；Garg等发现冻融过程中对淀粉的改性取决于多种因素，包括淀粉类型、悬浮液浓度、冷冻温度以及冻融循环次数。近期也有研究将超声与冻融相结合对淀粉进行改性处理，如Tagrida等通过先UT后冻融处理显著改善了木薯淀粉的热稳定性与凝胶性能，有效增强了其作为3D打印材料的适用性；韩蕊等则以先冻融后UT改变了玉米淀粉凝胶的分子结构，显著提高了其冻融稳定性。然而，超声与冻融循环双向结合处理对同一种淀粉糊化特性的影响及其作用机理的研究鲜见报道。

因此，北方民族大学生物科学与工程学院的王雨婷、纪斯颖、韩立宏*等以豌豆淀粉为原料，对比分析先超声后冻融循环及先冻融循环后超声两种处理模式对豌豆淀粉糊化特性的影响，并通过系统考察处理前后淀粉多层级结构的变化，深入探究两种不同处理模式调控淀粉糊化特性的内在机理，旨在为超声波和冻融技术在淀粉研究中的深入应用提供理论参考。

1 不同处理对淀粉颗粒形态结构的影响

如图1所示，天然豌豆淀粉颗粒呈不规则的椭圆形，表面光滑且无明显破损。UT豌豆淀粉未观察到淀粉颗粒形态发生显著变化，这与Han Lihong等研究UT豌豆淀粉的结果一致。经反复冷冻-解冻处理后，豌豆淀粉颗粒表面变得粗糙并出现凹痕，且随冻融循环次数增加，凹痕数量明显增多。这主要源于冻融过程中冰晶反复形成与融化所产生的机械力，不仅拓宽了淀粉颗粒内部通道，同时对其持续挤压，引起表面凹陷，最终导致颗粒结构变得松散。双向结合处理后，淀粉颗粒受到超声空化与冰晶机械力的双重破坏，表现为表面粗糙、部分颗粒破损。此外，在UT-FTT样品与FTT-UT样品间表面未观察到显著差异，但与单一超声或冻融处理相比，双向结合处理对淀粉颗粒结构的破坏程度明显增强。这与Wang Siyu等的报道一致，其研究了先UT后冻融处理对玉米淀粉的影响，发现双重处理后淀粉表面的粗糙与破损程度比单一处理更严重。

2 不同处理对淀粉结晶结构的影响

如图2所示，所有淀粉样品均在2θ为15.2°、17.1°和23.3°处具有强衍射峰，在5.6°和18.2°附近出现小峰，均呈典型的C型结晶结构。由表1可知，与NS样品相比，US样品的RC显著降低（P＜0.05）；FTT样品及UT和FTT双重改性样品的RC均显著低于NS样品（P＜0.05），且随冻融循环次数增加呈下降趋势；UT-FTT样品的RC显著低于相同冻融循环次数下的FTT-UT及FTT样品（P＜0.05）。

上述实验结果表明，所有处理均未引起豌豆淀粉结晶类型的改变。超声波的空化效应通过诱导双螺旋结构重新取向，致使致密的结晶区坍塌或弱化，显著降低了豌豆淀粉的RC，这与Han Lihong等的研究结果一致。冻融处理后，冰晶产生的机械力破坏了淀粉无定形区和结晶区内的分子内及分子间氢键，导致有序分子结构向无定形态转变或淀粉微晶的破坏，从而使RC显著下降。冻融循环次数越多，豌豆淀粉RC降低程度越大，这与Garg等采用冻融处理藜麦淀粉的研究结果一致，说明增加冻融循环次数能够增强对淀粉结晶结构的破坏作用。此外，豌豆淀粉经超声和冻融双向结合处理后RC进一步降低，且UT-FTT样品的RC均低于相同冻融循环次数下的FTT-UT及FTT样品，表明UT-FTT比其他两种处理方式对淀粉结晶区的破坏更严重。这可能源于超声波的空化效应对淀粉双螺旋结构的重排，强化了后续冻融过程中机械力对淀粉不稳定结晶区域的破坏，最终使RC下降更显著。

3 不同处理对淀粉短程有序结构的影响

如图3所示，所有淀粉样品均具有相似的拉曼光谱峰。拉曼光谱480cm-1处特征波段的FWHM值越低，表明淀粉的短程有序程度越高。由表1可知，与NS相比，US样品的FWHM值显著增大（P＜0.05）；FTT样品及UT和FTT双重改性样品的FWHM值均显著高于NS样品（P＜0.05），且随冻融循环次数增加呈增大趋势；UT-FTT样品的FWHM值显著高于相同冻融循环次数下的FTT-UT及FTT样品（P＜0.05）。

上述结果表明，所有处理过程中没有新的化学键形成。UT显著增大了豌豆淀粉的FWHM值，表明UT使豌豆淀粉的短程有序性降低，这与Xiao Liuyang等的研究发现超声破坏了淀粉颗粒的无定形区和结晶区，致使螺旋结构发生不规则排列的结果一致。冻融处理后淀粉样品的FWHM值显著增加，这是因为水分子的反复相变产生持续的机械应力，能够破坏螺旋结构的堆积或缠绕方式，进而使短程有序分子结构解体。随着冻融循环次数增加，结构破坏程度逐渐加剧，短程有序性进一步降低。此外，UT-FTT样品的FWHM值均高于相同冻融循环次数下的FTT-UT及FTT样品，表明相较于其他两种处理方式，UT-FTT更有效地破坏了豌豆淀粉的短程有序结构，这与XRD分析的结果相印证。

4 不同处理对淀粉层状结构的影响

采用SAXS研究淀粉颗粒中无定形层与结晶层交替排列的有序结构，所得图谱如图4A所示。NS样品在q为0.571 nm-1处出现散射峰，根据布拉格定律（dBragg＝2π/q），表明天然豌豆淀粉具有11.00 nm的半结晶层状结构。散射峰强度反映淀粉颗粒内有序半结晶结构的比例，和/或结晶层与无定形层之间的电子密度差异。与NS样品相比，US样品的散射峰强度增强，这与Hu Rong等研究UT豌豆淀粉的结果一致，表明UT淀粉颗粒的无定形层与结晶层之间具有更大的电子密度差异。这可能归因于UT破坏了半结晶区，同时基质区域内伴随有新晶体和不完整晶体的分子重组。然而，经FTT以及UT和FTT双重改性后，豌豆淀粉的散射峰强度均出现下降，表明其半结晶层状结构被破坏。这与Wang Hongwei等对冻融处理小麦淀粉的报道一致。这可能是由于冰晶的机械力破坏了淀粉分子及超分子结构的有序堆叠与排列。

为了继续研究淀粉样品半结晶层状结构的变化，使用一维相关函数计算出d、d a 、d c ，结果见图4B、表1。与NS样品相比，所有改性样品的d a 显著升高（P＜0.05）， d c 显著降低（P＜0.05），表明所有处理均导致结晶区域的减少与无定形区域的增多。在UT和FTT双向改性的样品中，随冻融循环次数增加，d a 呈增大趋势，d c 则呈减小趋势，反映出淀粉结构由有序结晶态向无序无定形态转变的趋势。相同冻融循环次数下，UT-FTT样品的d a 均高于FTT-UT及FTT样品，表明UT-FTT更显著地促进了淀粉的无定形化。

为进一步验证上述发现，根据SAXS实验结果通过幂律方程I（q）∝q α 计算得到幂指数α值，该指数可用于反映淀粉颗粒的分形结构，当—4＜α＜—3时，淀粉结构为表面分形，表面分形维数为6+α；当—3＜α＜—1时，淀粉结构为质量分形，质量分形维数为—α。由表1可知，天然和改性淀粉的α值介于—2.06～—1.80之间，表明所有处理条件下的豌豆淀粉均呈现质量分形结构。α值越大，代表淀粉的结构越致密。与NS相比，除US样品无显著差异外，FTT样品及UT和FTT双向改性样品的α值均显著降低（P＜0.05），表明冻融处理及超声和冻融的双重改性使豌豆淀粉结构变得更松散。随着冻融循环次数从1 次增加至8 次，FTT样品及UT和FTT双向改性样品的α值 呈现下降趋势，说明反复冻融处理可持续削弱淀粉结构的致密性。此外，相同冻融循环次数下，UT-FTT样品的α值低于FTT-UT及FTT样品，进一步证实UT-FTT相较其他两种方式对淀粉有序结构的破坏作用更显著。

5 不同处理对淀粉直链淀粉含量的影响

由表2可知，与NS相比，US样品的直链淀粉含量显著增加（P＜0.05）；FTT样品及UT和FTT双重改性样品直链淀粉含量均显著低于NS样品（P＜0.05），且随冻融循环次数增加，直链淀粉含量呈增大趋势；UT-FTT样品的直链淀粉含量显著低于相同冻融循环次数下的FTT-UT及FTT样品（P＜0.05）。

UT显著增加了豌豆淀粉的直链淀粉含量，这与Han Lihong等的研究结果一致，超声的空化效应导致豌豆淀粉的支链淀粉侧链解聚，生成更多的短链线性分子，进而提高直链淀粉含量。冻融处理后直链淀粉含量的降低，可能归因于冻融循环中水分状态的变化引起的部分直链淀粉双螺旋结构的破坏及糖苷键断裂。随着冻融循环次数增加，反复冻融对结晶网络产生压力，导致较长支链淀粉链中的α-1,6-糖苷键断裂，形成类似于直链淀粉的短链，从而使直链淀粉含量呈上升趋势。此外，在超声和冻融双向结合处理下，直链淀粉含量进一步下降，且在相同冻融循环次数下，UT-FTT样品中直链淀粉含量显著低于FTT-UT及FTT样品，这可能归因于超声促使淀粉链解聚及结构稳定性的降低，加剧了冻融过程中冷冻压力对直链淀粉螺旋结构的破坏，或削弱碘与直链淀粉螺旋结构之间的结合力，最终使直链淀粉含量下降更显著。

6 不同处理对淀粉链长分布的影响

不同处理后淀粉样品的链长分布如图5、表2所示。支链淀粉的单位链长分布根据DP可分为4 个组分：DP 6～12（A链）、DP 13～24（B1链）、DP 25～36（B2链）和DP＞37（B3链）。与NS相比，所有样品的A链和B1链比例均显著增加（P＜0.05），而B2链和B3链比例均显著降低（P＜0.05）；随冻融循环次数增加，FTT样品及UT和FTT双重改性样品的A链比例呈下降趋势，B3链比例呈上升趋势；相同冻融循环次数下，与FTT及FTT-UT样品相比，UT-FTT样品的A链和B1链比例显著更高（P＜0.05），B2链和B3链比例则显著更低（P＜0.05）。

A链为较短的外侧支链，是豌豆淀粉结晶区的主要成分；B链长度更长，可连接不同的簇，主要存在于无定形区，在簇状结构的构建中发挥支架作用。UT后淀粉中A链和B1链比例的增加可能是B2和B3链的降解导致，这与Shen Huishan等采用UT处理绿豆淀粉的结果一致。此外，冻融过程（悬浮液质量分数40%，冷冻温度—18 ℃，冻融循环1、4、8 次）中不可逆地破坏了分子内和分子间的氢键，导致长链双螺旋的解离，从而降低了B2和B3链的比例；然而，Gu Lingbiao等研究发现，冻融处理（悬浮液质量分数10%，冷冻温度—20 ℃，冻融循环1、3、5 次）导致山药淀粉分子发生重排，促使淀粉分子链向更长链方向转变。这些结果的差异可归因于淀粉种类、悬浮液浓度、冷冻温度以及冻融循环次数的不同。随着冻融循环次数增加，冰晶持续的机械力对长链分子的降解能力逐渐减弱，短链比例呈下降趋势。此外，相同冻融循环次数下，UT-FTT样品的A链和B1链比例显著高于FTT-UT及FTT样品，而其B2链和B3链比例则显著低于后两者，这表明UT-FTT较其他两种方式更能有效促进较长支链（B2、B3链）降解，并增加支链淀粉中A链及、B1链的比例。

7 不同处理对淀粉摩尔质量的影响

不同处理后淀粉样品的摩尔质量如图6、表3所示。峰1和峰2分别代表淀粉的支链淀粉分子和直链淀粉分子及其他低摩尔质量分子。与NS样品相比，US样品的支链淀粉摩尔质量显著降低（P＜0.05），而直链淀粉摩尔质量显著升高（P＜0.05）；FTT样品及UT和FTT双重改性样品的支链淀粉和直链淀粉摩尔质量均显著低于NS样品（P＜0.05）；UT-FTT样品的支链淀粉和直链淀粉摩尔质量显著低于相同冻融循环次数下的FTT-UT及FTT样品（P＜0.05）；所有处理均未引起淀粉样品的摩尔质量分布系数发生显著变化（P＞0.05）。

UT降解了支链淀粉分子，同时生成了直链淀粉和低摩尔质量链段，这与Han Lihong等的研究结果一致，归因于UT（频率20 kHz、功率300 W、时间20 min）会优先或选择降解聚合物中DP较大的分子；但是，也有研究表明，UT（频率211 kHz，功率2.5、4.1 W，时间30 min）未使糯米淀粉摩尔质量发生显著变化，这些结果说明UT对淀粉摩尔质量的影响与淀粉来源及超声条件（频率、功率、处理时间）密切相关。冻融处理显著降低了支链淀粉和直链淀粉摩尔质量，这与Niu Li等研究的冻融处理甘薯淀粉的结果一致，这可能源于反复冻融导致淀粉链解聚以及糖苷键的断裂，破坏了淀粉的结晶区和无定形区。经UT和FTT双重改性后，淀粉样品的支链淀粉和直链淀粉摩尔质量均显著低于NS样品，这些结果进一步证实了UT和FTT导致支链淀粉和直链淀粉分子结构遭到破坏。此外，UT-FTT样品的支链淀粉和直链淀粉摩尔质量低于相同冻融循环次数下的FTT-UT及FTT样品，这表明UT-FTT相较FTT-UT及FTT能更有效地促进支链淀粉和直链淀粉分子的解聚。

8 不同处理对淀粉膨胀度与溶解度的影响

如表4所示，天然淀粉和改性淀粉的膨胀度和溶解度均随着温度升高而增大；与NS样品相比，US样品在90 ℃条件下的膨胀度和溶解度均显著降低（P＜0.05）；FTT样品及UT和FTT双重改性样品在90 ℃条件下的膨胀度和溶解度也显著低于NS样品（P＜0.05），且随冻融循环次数增加，膨胀度和溶解度均呈增大趋势；UT-FTT样品的膨胀度和溶解度均显著低于相同冻融循环次数下的FTT-UT及FTT样品（P＜0.05）。

淀粉的膨胀度反映了淀粉链与水分子的结合能力。当温度从50 ℃升至90 ℃时，淀粉颗粒内部分子链段间的氢键作用力逐渐减弱，导致淀粉的膨胀度随着温度的升高而增大。除90 ℃外，UT在其余温度下对豌豆淀粉膨胀度的影响不显著（P＞0.05），而在90 ℃时，UT显著降低豌豆淀粉的膨胀度（P＜0.05）。已有多项研究表明，扁豆淀粉经γ辐照处理、红小豆淀粉经电子束辐射及板栗淀粉经UT引起的淀粉分子解聚，均会导致淀粉膨胀度下降。故本实验结果也可能归因于UT引起的淀粉分子解聚。冻融过程中冰晶的形成会破坏淀粉内部结构并促进其水合作用，这是冻融处理淀粉的常见机制；然而，本研究发现FTT使豌豆淀粉在90 ℃时的膨胀度降低，而后随冻融循环次数增加，膨胀度虽明显回升，但仍低于NS样品，这与Wang Shiyi等所研究冻融处理马铃薯淀粉的结果一致，冻融过程本质上属于淀粉颗粒的脱水收缩过程，该过程会压缩淀粉分子结构，进而在加热过程中部分抑制淀粉的水合能力，最终导致膨胀度降低。另外，冻融过程中豌豆淀粉-脂质复合物的形成也可能是淀粉膨胀度降低的原因。Liu Mei等的研究则表明FTT对小麦淀粉颗粒膨胀度的影响与冻融循环次数密切相关。此外，UT-FTT进一步降低了豌豆淀粉的膨胀度，并低于相同冻融循环次数下的FTT-UT及FTT样品，这是因为UT过程中淀粉链的解聚和结晶区的破坏先降低了膨胀颗粒的持水性，随后的冻融脱水收缩过程进一步阻碍了淀粉颗粒的膨胀。随着冻融循环次数增加，双螺旋结构解聚与氢键数量减少，降低了羟基通过氢键相互结合的程度，从而使膨胀度升高。

溶解度的变化归因于淀粉颗粒中存在的可溶性分子，如直链淀粉、糖类等。豌豆淀粉的溶解度随温度升高（50～90 ℃）显著增大，这可能是温度升高促使更多直链淀粉溶出所致。经UT、FTT及UT与FTT双重改性的豌豆淀粉，其溶解度变化趋势与膨胀度结果呈现一致性。UT降低了豌豆淀粉的溶解度，这与Bitik等研究的UT鹰嘴豆淀粉和扁豆淀粉的结果一致，可能归因于超声波空化效应引起的直链淀粉分子部分重排。FTT及UT与FTT双重改性均显著降低了豌豆淀粉的溶解度，但与FTT及FTT-UT相比，UT-FTT对豌豆淀粉溶解度降低作用更明显。已有研究表明，在热处理过程中，直链淀粉含量与溶解度呈正相关。UT-FTT相比其他两种方式更显著地降低了直链淀粉的含量（表2），导致淀粉颗粒内部与水分子的相互作用减弱，最终表现为溶解度的显著下降。

9 不同处理对淀粉热特性的影响

如表5所示，US样品的Tp显著低于NS样品（P＜0.05），而To、Tc与NS相比无显著差异 （P＞0.05）；FTT样品及UT和FTT双重改性样品中，除FTT1外，其余样品的To、Tp均显著高于NS样品 （P＜0.05），且随冻融循环次数增加，FTT样品及UT和FTT双重改性样品的Tp呈现增大趋势；与NS相比，所有样品的ΔHgel与FTT样品及UT和FTT双重改性样品的ΔHret均显著降低（P＜0.05），US样品的ΔHret与NS相比无显著差异（P＞0.05）。

UT导致豌豆淀粉的Tp降低，表明UT破坏了豌豆淀粉的有序结构，Zhang Biao等的研究也观察到UT木薯淀粉、马铃薯淀粉和豌豆淀粉的Tp均低于各自的原淀粉。FTT4、FTT8样品及UT和FTT双重改性样品的To、Tp显著高于NS样品，这是因为淀粉颗粒中的部分无定形区域和弱结晶结构遭到超声空化效应及冰晶机械力的破坏，导致淀粉糊化时需要更高的温度破坏其强结晶结构。冻融循环次数越多，经FTT及UT和FTT双重改性的豌豆淀粉的Tp越高，表明其糊化需要越高的热能，许可在研究FTT小麦淀粉时也得到了相似的结果。此外，所有样品的ΔHgel均低于NS，这与改性处理后淀粉结晶度的降低有关（图2），进一步证实了改性过程中豌豆淀粉结晶区的双螺旋结构均遭到了破坏。ΔHret表征淀粉在长期贮藏过程中形成的重结晶结构与分子双螺旋结构熔融所需的能量。FTT样品及UT和FTT双重改性样品的ΔHret均显著低于NS，这一结果可归因于其直链淀粉含量较低，以及支链淀粉长链（B2、B3）比例较低，而此类结构在长期贮藏过程中更易重排形成有序结构。相同冻融循环次数下，UT-FTT样品的ΔHret低于FTT及FTT-UT样品，这是因为前者的短支链（A链）比例显著高于后两者，这一结构特征使其在贮藏过程不易重结晶。

10 不同处理对淀粉糊化特性的影响

RVA常被用于分析淀粉的糊化特性，不同处理后淀粉样品的RVA曲线及特征参数分别如图7、表6所示。与NS样品相比，US样品的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、终止黏度、回生值均显著升高（P＜0.05）；对于FTT样品及UT和FTT双重改性样品，其峰值黏度、崩解值、终止黏度和回生值均显著低于NS样品（P＜0.05），且随冻融循环次数的增加总体呈增大趋势；UT-FTT样品的峰值黏度、崩解值、终止黏度和回生值均显著低于相同冻融循环次数下的FTT和FTT-UT样品（P＜0.05）。

UT（频率20 kHz、功率300 W、时间20 min）显著提高了豌豆淀粉的所有黏度参数，这与Han Lihong等的研究结果一致；但是，Li Mei等研究表明UT降低了玉米淀粉（频率40 kHz；功率420、480 W和540 W；时间40、30 min和20 min）的所有黏度参数，这些结果说明，UT对淀粉糊化特性的影响与淀粉类型、超声频率、处理功率及作用时间相关。峰值黏度能够反映淀粉颗粒在糊化过程中的膨胀能力。FTT显著降低了豌豆淀粉的峰值黏度，说明冻融处理抑制了淀粉颗粒的膨胀能力，这与膨胀度的研究结果相印证（表4）。相同冻融循环次数下，UT-FTT样品的峰值黏度显著低于FTT及FTT-UT样品 （P＜0.05）。这是因为UT-FTT样品的结晶区较FTT及FTT-UT样品破坏更为严重，颗粒的致密性下降（表1），部分糖苷键断裂，因此其峰值黏度相对后两者更低。随着冻融循环次数增加，豌豆淀粉的峰值黏度呈现增大趋势，这一变化与Wang Shiyi等在冻融处理马铃薯淀粉研究中观察到的结果一致，反复冻融引起的淀粉形态结构损伤有助于恢复水分向其颗粒内部的渗透能力，促进颗粒溶胀与黏度回升。崩解值反映淀粉糊在高温下的热稳定性和抗剪切性。FTT及UT和FTT双重改性均降低了豌豆淀粉的崩解值，豌豆淀粉经US-FTT1后崩解值与回生值分别由原淀粉的1 300.0 cP与3 622.0 cP显著降至952.3 cP与2 913.7 cP（P＜0.05），但UT-FTT样品在相同冻融循环次数下的崩解值显著低于FTT-UT及FTT样品（P＜0.05），表明UT-FTT样品相较其他两个样品在高温下糊体具有更强的耐剪切能力与更高的热稳定性。已有研究表明淀粉中短支链比长支链具有更强的抗剪切能力。UT-FTT相比其他两种处理更有效地促进长支链降解，并增加线性短支链的比例（表2），这种链长分布的变化显著增强了淀粉体系在糊化过程中的热稳定性和耐剪切能力。但增加冻融循环次数，膨胀淀粉颗粒的热糊稳定性逐渐降低，糊体耐剪切能力减弱，在Liu Yu等研究的冻融处理糯玉米淀粉中观察到一致的变化趋势，这是因为增加冻融循环次数导致短支链比例逐渐降低（表2）。终止黏度与回生值分别表征冷却后淀粉糊的稳定性及淀粉的短期回生程度。FTT及US和FTT的双重改性均降低了豌豆淀粉的终止黏度和回生值，且UT-FTT样品在相同冻融循环次数下的终止黏度和回生值显著低于FTT-UT及FTT样品（P＜0.05），表明UT-FTT样品相较其他两种样品糊体在冷却后更不易回生，这与DSC结果相印证（表5）。终止黏度与回生值的降低主要源于直链淀粉含量的减少。UT-FTT相较于FTT及FTT-UT能更显著地降低直链淀粉的含量（表2），进而减少淀粉在糊化过程中的直链淀粉溶出，显著抑制了豌豆淀粉的回生进程。终止黏度和回生值随着冻融循环次数增加呈现上升趋势，这是由于冻融循环次数增加导致直链淀粉含量的升高（表2），这表明增加冻融循环次数可促进淀粉回生能力的恢复。

11 超声结合冻融对淀粉糊化特性调控的机制探讨

淀粉颗粒中直链淀粉含量及淀粉分子结构的变化显著影响其糊化行为及淀粉糊冷却阶段的回生能力。本研究结果表明，超声结合冻融处理（UT-FTT、FTT-UT）均能通过改变直链淀粉含量及淀粉分子结构调控豌豆淀粉的糊化特性，但调控效果存在显著差异。其中，UT-FTT相较于FTT-UT能够更显著地提高豌豆淀粉热糊稳定性及延缓其老化趋势。图8展示了UT-FTT调控豌豆淀粉糊化特性的机理。超声波的空化效应使支链淀粉链段解聚并重排，这一预处理显著增强了后续冻融循环过程中因反复膨胀收缩产生的冰晶机械力导致淀粉链段从颗粒无定形区到结晶区的有序断裂，促进长链降解及分子摩尔质量降低，进而抑制淀粉颗粒在糊化过程中的吸水膨胀与分子缠结行为。当FTT过程中产生的机械力压缩了经超声重排的链段结构，促使淀粉在糊化过程中的颗粒溶胀受到阻碍及淀粉与水分子的相互作用减少，表现为峰值黏度显著下降。超声波优先断裂无定形区的长支链，有助于后续冰晶机械力更有效地降解淀粉分子内部链段，显著提高了短支链比例（表2），使淀粉体系在持续加热与剪切作用下，耐高温和抗剪切能力增强。此外，UT引起的淀粉链解聚，增强了冰晶机械力对线性分子链段螺旋结构的破坏，显著降低了淀粉中直链淀粉的含量 （表2），导致淀粉糊化过程中直链淀粉的溶出减少，最终延缓了淀粉糊在冷却阶段的回生进程。然而，对于FTT-UT，由于冻融预处理这一脱水收缩过程直接压缩了淀粉颗粒原本致密的结构，使得后续UT的协同效应 减弱，故FTT-UT对直链淀粉含量及淀粉分子结构的改变程度低于UT-FTT，最终导致各项糊化参数的调控效果弱于后者。因此，UT-FTT相对于FTT-UT是调控淀粉糊化特性更有效的处理方式。

12 结论

本研究探讨了UT、FTT及两者双向结合处理对豌豆淀粉糊化特性的影响及其调控的机理。结果表明，所有处理均可破坏淀粉结晶区、降低分子短程有序性及损伤片层结构。超声空化效应引起的支链淀粉链段解聚与重排，强化了后续冻融循环过程中因冰晶机械力导致淀粉链段从颗粒无定形区到结晶区的有序断裂，从而导致UT-FTT比其余处理更显著降低了淀粉中直链淀粉的含量和分子摩尔质量，促进支链淀粉长链降解、增加短链比例。上述变化促使UT-FTT样品在糊化过程中短支链相互缠绕增强及直链淀粉溶出减少，表明UT-FTT提高了淀粉糊的热稳定性、抗剪切性并延缓了淀粉的回生。但多次冻融循环引起淀粉颗粒形态结构的损伤恢复了其部分水合能力，并作用于结晶网络解聚支链淀粉侧链，增加了直链淀粉含量，使膨胀颗粒更易被破坏，并表现出回生倾向恢复的趋势。可见，UT-FTT是调控淀粉糊化特性的有效处理方法。

作者简介

通信作者：

韩立宏，2012年博士毕业于中国农业大学食品科学与营养工程食品科学专业，现为北方民族大学生物科学与工程学院专任教师，副教授、硕士生导师。宁夏回族自治区青年拔尖人才。先后主持国家自然科学基金、宁夏自然基金重点项目、企业横向项目等科研项目20余项。以第一或者通信作者在Carbohydrate Polymers、Food Chemistry、《食品科学》等杂志上发表高水平论文30余篇。研究方向为谷物深加工理论及应用。

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王雨婷, 纪斯颖, 唐肖, 等. 超声波结合冻融循环处理对豌豆淀粉糊化特性的影响及其机理[J]. 食品科学, 2026, 47(10): 258-270. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251028-218.

WANG Yuting, JI Siying, TANG Xiao, et al. Effect of ultrasound combined with freeze-thaw cycles on the pasting properties of pea starch and its mechanism[J]. Food Science, 2026, 47(10): 258-270. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251028-218.

实习编辑：甘冬娜；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

为对标农业农村部2035年科技规划及“十四五”“十五五”发展方向，推动农产品加工与储运的工程化、智能化、绿色化升级，由湖南省农业科学院、湖南农业大学、北京食品科学研究院、国际食品科技联盟（IUFoST）、中国农业大学、岳麓山工业创新中心、湖南欧美同学会主办，湖南大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湖南中医药大学、湘潭大学、岳麓山实验室、木本油料资源利用全国重点实验室协办，中国食品杂志社、洞庭实验室、湖南省食品科学技术学会、湖南省农产品加工与质量安全研究所、湖南农业大学食品科学技术学院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》杂志承办的“第二届农产品加工与食品制造国际学术研讨会—创新引领绿色智造，AI赋能科技进步”，将于2026年9月19-20日（9月18日会议报到）在中国 湖南 长沙召开。

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北京食品科学研究院、中国食品杂志社和全国糖酒会组委会将于2026年10月15-17日在江苏省南京市南京国际博览中心举办第115届全国糖酒会食品科技成果交流会。食品科技成果交流会期间举办食品科技成果展，本届科技成果展以我国当前食品产业科技需求为导向，重点邀请“十四五”以来获得国家和省部级重要科研项目支持产出的食品科技新成果、新技术、新产品参展，并针对企业技术需要开展精准对接服务。扫描下方二维码即可申请展位。

为进一步促进动物源食品科学理论的完善与创新，加速科研成果向实际生产力的转化，助力产业实现高质量、可持续发展，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、中国食品杂志社与海南大学、海南热带海洋学院、江西农业大学共同举办的“2026年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”，将于2026年11月14-15日（11月13日报到）在中国 海南 海口召开。

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