不同直链淀粉含量的干湿玉米与马铃薯淀粉臭氧氧化对其结构和功能特性的影响机制研究

为解决天然淀粉理化性质难以满足工业需求的问题，研究人员通过臭氧氧化处理不同直链淀粉含量的干/湿玉米与马铃薯淀粉，结合EPR、XRD等技术揭示氧化机制。发现臭氧可形成稳定碳中心自由基，湿法氧化效率更高，淀粉链解聚但结晶度变化小，显著提升流变稳定性，为绿色淀粉改性提供新策略。

　　

淀粉作为廉价可再生的天然生物材料，在食品、医药等领域应用广泛，但其固有性质常无法满足工业加工需求。传统化学改性方法易产生环境污染，亟需开发绿色高效的改性技术。臭氧氧化因其无污染、副产物仅为氧气的特性备受关注，但不同淀粉来源、直链淀粉含量及水分条件对氧化效果的影响机制尚不明确。波兰国家科学中心资助的研究团队在《Food Chemistry》发表论文，系统探究了臭氧处理对干/湿态玉米与马铃薯淀粉结构及功能特性的差异化影响。

研究采用电子顺磁共振(EPR)光谱、X射线衍射(XRD)和凝胶渗透色谱等关键技术，结合糊化特性、特性粘度和热力学参数测定。样本包括市售正常/蜡质（高/低直链淀粉）玉米与马铃薯淀粉，通过控制水蒸气预处理建立干(12-16%水分)、湿态对比模型。

材料特性分析
水分测定显示马铃薯淀粉含水量(16.3-16.5% w/w)显著高于玉米淀粉(12.0-12.8% w/w)，正常淀粉略高于同源蜡质淀粉。这种差异为后续氧化效率比较奠定基础。

自由基形成机制
EPR证实臭氧处理会像UV-B辐射一样，在淀粉分子中产生稳定的碳中心自由基。该发现首次通过直接实验证实两种氧化途径具有相同的作用机制，即通过臭氧分子攻击淀粉链引发自由基反应。

晶体结构变化
XRD显示臭氧处理仅轻微改变淀粉结晶度，未影响晶体类型。这与多数文献报道一致，但不同于某些研究中观察到的结晶度下降现象，说明臭氧主要作用于非晶区。

分子链解聚效应
凝胶渗透色谱证实淀粉链发生明显解聚，高分子量支链淀粉减少，小分子片段增加。湿法处理样品表现出更显著的解聚现象，可能与臭氧在水相中更持久的反应活性有关。

功能特性提升
流变学分析表明所有臭氧处理淀粉的糊化稳定性和抗回生能力增强。值得注意的是，湿法处理样品因更高的羧基含量(-COOH)，其粘度降低幅度显著大于干法处理组，这与Sandhu等对小麦淀粉的研究结果形成对比，凸显淀粉来源的关键影响。

该研究首次系统比较干/湿法臭氧氧化的效率差异，揭示水分通过延长臭氧作用时间提升氧化程度的作用机制。创新性运用EPR技术阐明自由基介导的反应路径，为绿色淀粉改性提供理论依据。研究发现蜡质淀粉因支链淀粉含量高更易被氧化，而马铃薯淀粉的较高含水量进一步强化该效应。这些结论对工业上精准选择淀粉原料和优化臭氧处理工艺具有重要指导价值，尤其为需要特定流变特性的食品添加剂和药用辅料开发开辟新途径。