热湿处理（HMT）对埃塞俄比亚马铃薯淀粉和面粉的物理化学性质、结构及功能特性的影响

《Applied Food Research》：Effect of Heat-Moisture Treatment (HMT) on the Physico-Chemical, Structural, and Functional Properties of Ethiopian Potato Starch and Flour

埃塞俄比亚土豆淀粉及面粉经热-湿度处理后的物理化学、结构及功能特性变化，发现HMT显著影响颜色、支链淀粉含量、结晶度及热特性，并提升功能特性如吸水性和粘度稳定性，为开发功能性食品原料提供依据。

　　
埃塞俄比亚土豆（EP）作为一类具有高营养价值但长期被忽视的薯类，近年来逐渐受到科研界的关注。本研究通过系统考察热湿处理（HMT）工艺对EP淀粉及面粉的物理化学性质、结构特性、流变学行为及热性能的影响，为开发功能性食品原料提供了重要科学依据。

### 1. 研究背景与意义
埃塞俄比亚土豆（学名：*Plectranthus edulis*）作为唇形科植物，其淀粉含量达60-70%，蛋白质含量（11.4-15.8%）显著高于普通马铃薯，同时富含膳食纤维（4.2%）、维生素C（60mg/100g）及多种矿物质。这种独特的营养成分组合使其成为开发功能性食品的理想原料。然而，传统加工工艺难以有效利用其特性，本研究通过热湿处理技术改性，旨在提升其应用价值。

### 2. 关键研究方法
实验采用Loffo品种作为研究对象，该品种在Gembelagesha地区广泛种植，具有更高的淀粉得率和更优的理化特性。主要技术路线包括：
- **热湿处理（HMT）**：设置20%和30%两种湿度水平，在100℃下处理6小时，通过水分渗透与热协同作用诱导淀粉结构改变。
- **多维度检测体系**：
- **结构分析**：X射线衍射（XRD）和红外光谱（FTIR）解析结晶结构变化
- **流变特性**：快速粘度分析仪（RVA）测定 paste流变学参数
- **热力学性质**：差示扫描量热法（DSC）测定糊化特性
- **功能性评价**：水分和油脂吸附能力、膨胀功率等指标测定

### 3. 核心研究发现
#### 3.1 理化性质转变
- **颜色变化**：HMT处理导致L*值（明度）下降2.5-5.7个单位， whiteness值降低5.0-9.0个单位，主要归因于美拉德反应产生的吡嗪类化合物（吸收峰在3900-3300 cm?1）
- **淀粉糊化特性**：峰值黏度（PV）显著降低（HMTS-30较NS降低52.4%），这源于热处理诱导的淀粉颗粒表面羟基化程度增加（FTIR显示OH伸缩振动强度增强约15%），增强了颗粒间的氢键网络
- **结晶结构演变**：XRD证实所有处理样本均保持B型结晶结构（双螺旋体），但结晶度（RC）降低1.99%（淀粉）至2.62%（面粉），可能与水分渗透导致晶格重组有关

#### 3.2 功能特性优化
- **水分吸附**：处理后的淀粉WAC（水分吸附能力）提升达71.6%（HMTS-30），面粉提升达107.3%（HMTF-30），这与其表面亲水性基团暴露程度增加有关
- **油脂吸附**：OAC（油脂吸附能力）在30%湿度处理下分别达到1.42g/g（淀粉）和1.12g/g（面粉），较未处理样本提升18.2%和10.8%，表明表面孔隙率增加
- **糊化温度**：峰值温度（Tp）整体上升3-6℃，这可能与处理过程中形成更稳定的β-1,4-糖苷键网络结构相关（FTIR显示C-O伸缩振动位移至1145-1150 cm?1）

#### 3.3 热力学特性改变
DSC分析显示处理样本的糊化焓（ΔH）显著降低（淀粉从7.95到3.47 J/g，降幅56.2%），这表明：
- 水分渗透导致淀粉颗粒内部氢键网络重组
- 30%湿度处理下淀粉颗粒的玻璃态转变温度（Tg）提升至89.5℃（较NS提高9.3℃）

### 4. 技术创新与工业应用
本研究突破传统改性技术局限，通过优化HMT参数（湿度20-30%、温度100℃、时间6h）实现：
1. **功能性提升**：处理后的EP淀粉表现出更优异的稳定性（ setback值降低31.7%），适合开发低消化性主食
2. **结构调控**：在保留B型结晶结构的前提下，通过水分梯度处理调节结晶区域占比（RC值从28.5%降至29.75%）
3. **工艺兼容性**：处理后的样本在75-85℃区间表现出更宽泛的糊化平台，更适合工业化连续生产

### 5. 健康价值解析
处理后的EP淀粉具有显著的生理功能优势：
- **抗性淀粉特性**： Amylose含量提升至23.95%（NS为23.02%），符合RS3（慢速消化淀粉）的定义标准
- **肠道健康促进**：高膨胀功率（SP）样本（5.56g/g）可形成更稳定的凝胶网络，延缓糖分释放速度
- **协同增效作用**：与钙质结合时，HMT-EP样本的质构稳定性比原生样本提升40%

### 6. 工业化应用前景
基于实验数据，提出以下应用方向：
- **烘焙制品**：利用处理后的面粉（HMTF-30）可使面包体积提升25%，同时保持3.5%的油脂吸附率
- **即食早餐谷物**：经过热湿处理的淀粉在微波加热时保持颗粒完整性的能力提升60%
- **功能性包装材料**：结合其高结晶度（处理样本RC达29.75%）和低水分迁移率（WAC<2.5g/g）

### 7. 研究局限与展望
当前研究主要聚焦于物理改性，后续可深入：
1. **分子机制解析**：利用冷冻电镜技术观察处理过程中淀粉颗粒的亚微结构变化
2. **复合应用开发**：研究与抗性淀粉（如豌豆淀粉RS型）的协同增效作用
3. **工业化验证**：在连续流化床干燥设备中优化HMT参数，建立标准化生产工艺

本研究为开发基于EP热湿处理技术的功能性食品提供了理论支撑，其改良后的淀粉和面粉在保持原有营养优势的同时，显著提升了加工性能和保质期。特别是在糖尿病辅助治疗食品开发领域，处理后的EP样本展现出降低GI值（预估GI<55）的潜力，符合WHO推荐的抗性淀粉添加标准（RS含量>10%）。