超高压处理提升大米淀粉-葡萄糖酸钙复合物的结构特性、流变性能及体外消化性研究

《Food Chemistry: X》：Ultra-high pressure processing enhances structural, rheological and in vitro digestibility properties of rice starch?calcium gluconate complexes

本研究针对大米淀粉在食品工业中应用受限的问题（如易糊化、冻融稳定性差、抗性淀粉含量低等），创新性地采用超高压（UHP）技术联合葡萄糖酸钙（CG）修饰淀粉，系统探究了复合物的结构、流变及消化特性。结果表明，UHP（尤其500?MPa）可显著降低淀粉糊化粘度、提升凝胶流动性，适用于需控水半固态食品；而200?MPa处理使抗性淀粉（RS）含量升至36.00%，优于传统水热法（H），为低消化性功能食品开发提供新策略。该研究为淀粉精准改性及功能性食品设计提供了理论依据。

　　

在食品工业中，大米淀粉作为重要的增稠剂、稳定剂和凝胶剂被广泛应用，但其天然形态存在诸多局限性：冻融稳定性差、易糊化、冷水中溶解度低、耐热耐剪切能力不足，尤其是抗性淀粉（RS）含量低，限制了其在高端功能性食品中的应用。传统的水热（H）改性方法虽能改善部分性能，但过程能耗高、对热敏感成分破坏大，且难以实现功能的精准调控。与此同时，钙盐作为营养强化剂和淀粉改性剂备受关注，其中葡萄糖酸钙（CG）因成本低、水溶性好、生物利用度高而表现出独特优势。然而，现有研究多集中于传统热加工技术，利用非热加工技术（如超高压处理）制备淀粉-钙离子复合物的探索尚属空白。

在此背景下，甘肃农业大学食品科学与工程学院的赵思萱、何新华和王越团队在《Food Chemistry: X》上发表研究，系统比较了超高压（UHP）与水热（H）处理对大米淀粉-CG复合物的结构、流变及消化特性的影响，为淀粉精准改性和功能性食品开发提供了新思路。

研究采用扫描电子显微镜（SEM）、激光粒度分析、差示扫描量热法（DSC）、X射线衍射（XRD）等技术表征复合物结构；通过流变仪和质构分析仪测定凝胶流变特性与强度；通过体外模拟消化模型评估淀粉消化组分（RDS、SDS、RS）及钙离子释放率。

3.1. SEM分析

通过SEM观察发现，未经处理的天然大米淀粉颗粒呈多面体状、表面光滑。200?MPa和400?MPa压力下淀粉颗粒形态基本保持完整，而500?MPa压力或H处理则导致颗粒完全凝胶化，表面出现孔洞结构，说明高压或高温均能破坏淀粉颗粒完整性。

3.2. 粒度分布

CG的添加使淀粉颗粒尺寸减小，尤其在500?MPa和H处理后，颗粒因凝胶化及Ca²⁺交联作用发生显著团聚与破碎，粒度分布呈现压力依赖性变化。

3.3. DSC热特性分析

200?MPa-CG组的起始糊化温度（T_O）和焓值（ΔH）最高，表明Ca²⁺与淀粉羟基的相互作用增强了分子有序性；而500?MPa和H处理组未检测到热转变峰，说明结晶结构已完全破坏。

3.4. XRD晶体结构

天然淀粉呈A型结晶，200?MPa-CG组相对结晶度（RC）最高（27.54%），而500?MPa和H处理使结晶峰消失，RC骤降，证实高压或高温均能彻底破坏淀粉晶体秩序。

3.5–3.6. 吸水/吸油性与溶胀特性

CG的引入显著提升淀粉的水合能力，500?MPa-CG组的吸水性和溶胀度达最高值，归因于高压促使淀粉分子链暴露更多亲水位点。

3.7–3.9. 流变与凝胶性能

所有样品均表现为弱凝胶特性（G′?>?G″）。CG的添加降低了储能模量（G′）和损耗模量（G″），且随压力升高，凝胶强度进一步下降，500?MPa-CG组凝胶流动性最强，适用于流质食品设计。

3.10. 冻融稳定性

CG加剧了淀粉凝胶在冻融过程中的脱水收缩现象，500?MPa-CG组析水率最高（54.29%），表明高压处理虽提升流动性但牺牲了凝胶网络稳定性。

3.11. 体外消化性

200?MPa-CG组的RS含量高达36.00%，显著高于其他组别，说明低压处理与Ca²⁺的复合作用可有效抑制酶解；而500?MPa和H处理则因结构破坏导致消化率升高。

3.12. 钙离子释放率

UHP处理（尤其500?MPa）能促进CG中Ca²⁺的释放，释放量随压力上升而增加，高于H处理组，表明高压处理有助于提升钙的生物可及性。

本研究明确显示，UHP处理可通过压力参数精确调控大米淀粉-CG复合物的功能特性：500?MPa适用于开发高流动性、易消化的半固态食品；200?MPa则能显著提升RS含量，适合低血糖指数食品设计。相较于传统水热法，UHP技术具有能耗低、过程清洁、功能调控精准等优势，为淀粉基功能性食品的绿色制造提供了重要技术支撑。未来研究可进一步解析淀粉与CG在分子水平的相互作用机制，推动该技术在特医食品、老年营养等领域的应用。