大米和绿豆石灰煮制浓缩凝胶的物理化学及粘弹性特性与淀粉分子结构和颗粒形态的关系研究

为探究石灰煮制大米和绿豆凝胶粘弹性与质地差异的原因，研究人员制备 45% w/w 凝胶片，分析分子结构、颗粒形态等变化。发现石灰煮制影响 AM、AP 分子大小及结晶类型，凝胶结构差异导致粘弹性不同，蛋白质作用相反，为相关食品研发提供理论依据。

　　

在食品加工领域，淀粉基凝胶的质地与粘弹性调控一直是研究热点。东南亚地区常用的石灰煮制（以 Ca (OH)₂为介质的碱性热处理）工艺能赋予米、豆制品独特口感，但不同原料经处理后呈现的质地差异机制尚不明确。例如，同样条件下，石灰煮制的大米制品表现出黏结紧实的质地，而绿豆制品则柔软有弹性，这种差异背后与淀粉分子结构、颗粒特性及蛋白质的相互作用有何关联？为解开这一谜团，泰国相关研究机构的科研团队开展了针对大米和绿豆淀粉及面粉的石灰煮制凝胶特性研究，其成果发表在《Food Hydrocolloids》，为淀粉基食品的质构优化提供了关键科学依据。

研究人员采用的主要技术方法包括：通过扫描电子显微镜（SEM）和激光散射分析淀粉颗粒形态及粒径分布，利用荧光显微镜观察熟化样品中肿胀淀粉颗粒与蛋白质的分布，结合高效分子排阻色谱（HPSEC）测定淀粉分子大小分布，运用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析淀粉分子短程有序结构及蛋白质二级结构变化，借助 X 射线衍射（XRD）和动态机械分析（DMA）分别测定结晶类型、相对结晶度及玻璃化转变温度，同时通过 DMA 的应变扫描、频率扫描和张力计评估凝胶的流变学与质构特性。此外，还利用能谱分析（EDS）结合 SEM 追踪 Ca²⁺沉积位置。

石灰煮制对淀粉分子结构与结晶特性的影响

通过 HPSEC 分析发现，0.5% Ca (OH)₂处理使大米直链淀粉（AM）分子尺寸减小，而支链淀粉（AP）分子尺寸分布增大；绿豆淀粉中 AP 分子尺寸变化更显著，尤其是颗粒刚性较低的绿豆淀粉。XRD 结果显示，石灰煮制促使 B 型向 V 型结晶模式转变，但整体结晶度百分比降低，这可能与 Ca²⁺诱导的淀粉聚合物交联及碳酸钙（CaCO₃）沉积有关。FTIR 分析表明，Ca²⁺与淀粉分子电离的 - OH 基团相互作用，引发 AP 分子在颗粒包膜处的解离与重组，形成类似分形聚合的凝胶结构。

淀粉颗粒形态与凝胶微观结构的关联

SEM 观察显示，石灰煮制后，大米淀粉颗粒肿胀程度较低、刚性较高，形成渗透型颗粒凝胶网络；而绿豆淀粉颗粒高度肿胀且紧密压缩，呈现类分形聚合的颗粒凝胶结构。粒径分布分析表明，大米凝胶颗粒尺寸均匀，绿豆凝胶则因颗粒过度肿胀出现团聚。荧光显微镜进一步证实，大米蛋白与淀粉协同作用，增强了凝胶网络的连续性，而绿豆蛋白则因类型差异（球蛋白为主）对凝胶结构起负面作用。

粘弹性与机械性能的差异机制

DMA 测试显示，大米凝胶因渗透型网络结构表现出高粘弹性和机械强度，其抗张强度（TS）和伸长率显著提升；绿豆凝胶的类分形结构则导致粘弹性和机械性能较低，TS 和伸长率下降。蛋白质成分差异是关键因素之一：大米中的碱性可溶性谷蛋白与淀粉形成协同网络，而绿豆中的盐溶性球蛋白在碱性条件下发生聚集，破坏了凝胶的均匀性。

结论与意义

该研究揭示了石灰煮制过程中淀粉分子结构（AM/AP 降解与重组）、颗粒形态（肿胀程度与刚性）及蛋白质类型对凝胶质构的决定性作用。Ca²⁺通过离子交联诱导淀粉颗粒表面形成 CaCO₃沉积，改变了结晶类型和网络结构，最终导致不同原料凝胶的粘弹性分化。研究结果不仅解释了东南亚传统食品质地差异的科学本质，还为开发无麸质食品包装材料（如凝胶薄片）提供了理论指导，尤其在利用高直链淀粉原料设计新型质构产品方面具有重要应用价值。此外，该研究建立的多技术联用分析方法（如 SEM-EDS、HPSEC-XRD）为淀粉基食品的结构 - 功能关系研究提供了方法论参考。