热水处理对非洲山豆（Sphenostylis stenocarpa）和木薯（Manihot esculenta）淀粉混合物的功能及理化性质的影响

《Legume Science》：Effect of Hydrothermal Treatment on the Functional and Physicochemical Properties of African Yam Bean (Sphenostylis stenocarpa) and Cassava (Manihot esculenta) Starch Blend

淀粉改性技术在食品工业中的应用研究。本研究通过湿热处理非洲木薯豆与木薯淀粉的混合体系，系统考察了其结构、结晶特性及流变学行为的变化规律。实验表明湿热处理显著提高了混合淀粉的结晶度（从31.2%增至35.8%），形成稳定的A+V型结晶结构，同时降低溶胀指数和溶解度，使峰值黏度下降但热糊黏度提升，显著提高了热稳定性和抗剪切能力。该改性技术为开发天然复合淀粉提供了新途径。

　　本研究探讨了通过水热处理（HTT）对非洲木豆淀粉与木薯淀粉混合物的结构、物理化学性质及功能特性的影响。随着天然产品需求的不断增长，将不同来源的淀粉进行混合处理成为一种有效的方法，不仅能够提升其应用价值，还能减少对环境的负担。非洲木豆和木薯是两种具有广泛应用前景的淀粉资源，前者富含淀粉，占其干物质的约60%，后者则因其良好的加工性能而被广泛用于食品工业。然而，这两种淀粉在未经过处理时存在一定的局限性，例如对剪切力和热处理的敏感性，以及容易发生回凝和失水等现象。为了改善这些问题，研究者采用了一种温和的物理处理方式——水热处理，通过调整水分和温度条件来改变淀粉的结构，从而提升其功能特性。

水热处理的基本原理是通过控制湿度和温度来诱导淀粉分子结构的变化。通常情况下，处理温度设定在80°C至120°C之间，湿度则维持在10%至35%的范围内。在本研究中，选择了120°C和30%的湿度作为处理参数，并将非洲木豆和木薯淀粉按等比例混合，形成原始淀粉混合物（NSB）。随后，对混合物进行12小时的水热处理，以观察其结构和性能的变化。这种处理方式不涉及化学试剂，因此被认为是一种更加环保和安全的淀粉改性手段。同时，水热处理能够在不破坏淀粉主要成分的前提下，显著改变其分子排列方式，进而影响其在食品体系中的行为。

通过X射线衍射（XRD）分析发现，水热处理后的淀粉混合物结晶度明显提高，从原始混合物的31.2%上升至35.8%。这表明在水热处理过程中，淀粉分子之间的相互作用增强了其结构的有序性，从而提高了整体的结晶能力。XRD图谱显示，原始淀粉混合物呈现A型和V型混合结构，而水热处理后，V型结构特征更加明显，这可能与淀粉分子内部形成新的有序区域有关。这种结构的变化不仅影响了淀粉的物理特性，还可能对其功能特性产生深远影响，例如热稳定性和粘弹性等。

为了进一步研究水热处理对淀粉分子结构的影响，研究者还采用了傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析。FTIR结果显示，水热处理后的淀粉混合物在1610 cm?1处出现了新的吸收峰，这与淀粉分子中氢键的形成有关。氢键的增强意味着淀粉分子之间的相互作用更加紧密，从而影响其在水中的分散能力和溶胀行为。此外，水热处理还改变了淀粉中羟基（–OH）的分布，使其在不同温度下的行为发生变化。这些变化可能是由于淀粉分子内部结构的重组，或者是由于水分的蒸发导致分子间距离的改变。

扫描电子显微镜（SEM）分析进一步揭示了水热处理对淀粉颗粒形态的影响。原始淀粉混合物的颗粒表面较为光滑，呈现出规则的形状，如圆形或椭圆形。而经过水热处理后，颗粒表面变得粗糙，出现了裂纹、空洞和团聚现象。这些表面变化可能是由于水分蒸发过程中，淀粉颗粒发生收缩和变形，从而导致内部结构的改变。此外，水热处理还促使淀粉颗粒之间形成更紧密的聚集，使得整体的颗粒尺寸变大。这种变化可能影响淀粉在食品体系中的流动性和稳定性，从而提升其作为增稠剂或稳定剂的应用潜力。

在物理化学性质方面，水热处理对淀粉的粒径分布产生了显著影响。原始淀粉混合物的粒径分布呈现双峰特征，表明其颗粒大小存在较大的差异。而经过水热处理后，粒径分布变得更加集中，但同时聚散指数（PDI）显著增加，从0.6提升至0.8。PDI的增加意味着淀粉颗粒的大小分布更加不均匀，这可能是由于水热处理过程中形成的团聚结构所致。粒径分布的变化不仅影响了淀粉的加工性能，还可能对其在食品体系中的分散性和稳定性产生影响。

在热特性方面，水热处理显著提高了淀粉混合物的凝胶化温度，同时降低了其凝胶化焓值（ΔH）。凝胶化温度的升高表明，淀粉分子在加热过程中需要更高的能量才能开始凝胶化，这可能与淀粉分子间形成的更强相互作用有关。而凝胶化焓值的降低则意味着在凝胶化过程中，淀粉分子释放的热量减少，这可能与淀粉分子结构的重组有关。这些变化表明，水热处理能够增强淀粉的热稳定性，使其在高温环境下表现得更加稳健。此外，水热处理还显著降低了淀粉的破胶粘度，这表明其在剪切力作用下的稳定性得到了提升。这种稳定性对于食品加工过程中的搅拌和成型具有重要意义。

在粘度特性方面，水热处理对淀粉混合物的粘度行为产生了显著影响。通过快速粘度分析仪（RVA）测试发现，水热处理后的淀粉混合物在凝胶化过程中表现出更低的峰值粘度和最终粘度，同时其破胶粘度也显著降低。峰值粘度的降低可能与淀粉分子结构的重组有关，而最终粘度的下降则表明其在冷却过程中的回凝能力减弱。这些变化对于食品加工中的凝胶形成和质地控制具有重要意义。此外，水热处理还显著提高了淀粉的凝胶化温度，这表明其在高温环境下的稳定性得到了增强，这可能对食品的储存和运输条件产生积极影响。

在功能特性方面，水热处理对淀粉的溶胀能力和溶解度产生了显著影响。溶胀能力的降低可能与淀粉分子结构的重组有关，而溶解度的下降则可能是因为淀粉颗粒变得更加紧密，减少了水分的渗透能力。这些变化可能会影响淀粉在食品体系中的分散性和持水能力，从而改变其在加工过程中的表现。此外，水热处理还降低了淀粉的回凝粘度，表明其在冷却过程中更容易保持稳定的结构，这对于某些需要长时间储存的食品产品具有重要意义。

综上所述，水热处理作为一种温和的物理改性手段，能够显著改变非洲木豆和木薯淀粉混合物的结构、物理化学性质和功能特性。通过提升结晶度、增强热稳定性、降低粘度和改善颗粒形态，水热处理为淀粉的进一步应用提供了新的可能性。研究结果表明，经过水热处理的淀粉混合物在食品工业中具有更广泛的应用前景，尤其是在需要增强稳定性和改善质地的食品产品中。此外，水热处理还避免了化学改性可能带来的环境问题，使其成为一种更加可持续的淀粉改性方法。未来的研究可以进一步探讨水热处理对淀粉在不同食品体系中的具体应用效果，以及其在非食品领域的潜在价值。