双螺杆挤压优化东非高地香蕉粉中抗性淀粉RS3的工艺研究及其功能特性提升

本研究针对香蕉淀粉中抗性淀粉类型2（RS2）热稳定性差的问题，通过双螺杆挤压技术将其转化为热稳定型RS3。采用中心复合设计优化工艺参数，在Enyeru品种、18%喂料水分、90°C机筒温度、300 rpm螺杆转速条件下获得38%的RS含量。该技术显著提升了香蕉粉的溶解度、膨胀力等功能特性，为开发低血糖指数功能食品提供了新思路。

　　

随着全球糖尿病和肥胖等代谢性疾病发病率攀升，精制碳水化合物摄入过多引发的健康问题日益突出。世界卫生组织2022年报告显示，高血糖指数加工食品与饮食相关非传染性疾病密切相关。在这一背景下，具有低消化特性的抗性淀粉（Resistant Starch, RS）成为研究热点。香蕉淀粉富含天然抗性淀粉类型2（RS2），但其热不稳定性限制了食品工业应用——在加热过程中RS2易分解丧失生理功效。如何将RS2转化为热稳定的抗性淀粉类型3（RS3）成为突破瓶颈的关键。

乌干达香蕉工业与研究发展中心等机构的研究人员创新性地采用双螺杆挤压技术，对东非高地烹饪香蕉（East African Highland Cooking Bananas, EAHCB）进行改性研究。通过中心复合设计优化四个关键变量（香蕉品种、喂料水分、机筒温度和螺杆转速），成功将RS2转化为RS3，最高含量达38%。相关成果发表在《Measurement: Food》期刊。

研究主要采用响应面分析法优化挤压参数，通过差示扫描量热仪（DSC）分析热特性，X射线衍射仪测定结晶度，扫描电镜观察微观结构，并系统评估了溶解度、膨胀力等功能特性。选用四种EAHCB品种（Enyeru、Bukumu、Mbwazirume和Mpologoma）面粉为原料，使用同向旋转啮合式双螺杆挤压机进行加工。

在"抗性淀粉含量"部分，研究发现原生EAHCB面粉含50.8-72.6%的RS2，其中Enyeru品种含量最高（72.57%）。挤压后RS3最优产量达39.9%，关键影响因素为螺杆速度（300 rpm）和香蕉品种。机筒温度与喂料水分的交互作用表明，适度参数可实现部分糊化，既保证直链淀粉溶出又避免过度糊精化。

"烹饪对性质影响"部分显示，挤压面粉烹饪后RS保留率达33%（原生面粉仅6.2%），热稳定性显著提升。DSC分析表明，挤压面粉的糊化起始温度（To）、峰值温度（Tp）和终止温度（Tc）分别提高至66.13°C、74.50°C和78.83°C，焓值（ΔH）增加至11.15 J/g，证实了更好的热稳定性。X射线衍射显示挤压后结晶度降低，但烹饪冷却后通过回生重建了部分晶体结构。

"形态与理化特性"部分通过扫描电镜观察到，挤压使淀粉颗粒从完整光滑变为结构破损、边缘锐利的形态。粒径增大4-6倍（0.9 μm粒径从151.3增至486.3），堆积密度降低44%。颜色分析显示亮度（L值）降低，红度（a值）和黄度（b*值）增加，这与美拉德反应和糖类焦糖化有关。值得注意的是，挤压使可溶性膳食纤维从3.37%增至8.20%，单糖含量显著上升，而单宁等抗营养因子减少32-46%。

"功能特性"部分表明，挤压面粉的吸油能力从7.42%降至5.17%，乳化能力降低45%。但在90°C时吸水指数显著提高，膨胀力和溶解度分别提升2-3倍。糊化特性分析显示，挤压面粉的峰值粘度从3810 cP降至2044 cP，但糊液热稳定性提高，崩解值从1036增至1327 cP。

这项研究证实双螺杆挤压可有效转化EAHCB面粉中的RS2为热稳定型RS3，最佳工艺参数组合为Enyeru品种、18%喂料水分、90°C机筒温度和300 rpm螺杆转速。改性后的面粉具有更优的热稳定性、功能特性和营养品质，其降低的堆积密度和提升的速溶性特别适合婴幼儿辅食和即食食品开发。该技术为香蕉这一重要经济作物开辟了高附加值利用途径，对改善热带地区居民营养状况和开发功能性食品具有重要意义。研究同时指出，未来需进一步优化工艺以平衡RS产量与产品色泽等感官品质，并探索在实际食品体系中的应用效果。