木薯、藜麦和蚕豆淀粉纳米颗粒的糊化-超声协同制备工艺优化及结构功能特性研究

本研究针对传统淀粉纳米颗粒(SNPs)制备方法化学试剂用量大、耗时长等问题，开发了糊化-超声协同的绿色物理制备技术。研究人员通过响应面法优化超声参数（功率140-700W、时间10-30min、浓度1-5%），在420W/20min/3%条件下成功制备出粒径65.7-87.6nm、分散均匀（PDI 0.317-0.410）的SNPs，实现粒径减小99.7%。改性后SNPs呈现V型结晶结构，相对结晶度降低60-65%，溶解度提升至95.1-98.2%，油吸附能力提高29.7-74.7%，蚕豆SNPs慢消化淀粉(SDS)含量显著增至63.8%。该研究为功能性食品配料开发提供了可持续的纳米化解决方案。

　　

淀粉作为重要的食品成分和工业原料，其纳米化处理可显著改善功能特性，但传统酸解法存在化学污染风险且效率低下。近年来，物理法制备淀粉纳米颗粒(SNPs)成为研究热点，但不同植物来源淀粉的纳米化效果差异大，工艺参数缺乏系统优化。针对这些问题，国外研究团队在《Food Hydrocolloids》发表研究，通过糊化-超声协同技术实现了三种淀粉的高效纳米化。

研究采用响应面法(RSM)结合Box-Behnken设计优化超声参数，通过动态光散射、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)等技术表征纳米颗粒特性，并分析消化性能和功能性质。

【3.1 优化结果】
通过响应面模型(R²

0.91)确定最佳工艺为420W/20min/3%浓度，木薯、藜麦和蚕豆淀粉分别获得73.8nm、65.7nm和87.6nm的SNPs，粒径减小99.7%。蚕豆淀粉因高直链淀粉含量(38.2%)对浓度变化最敏感。

【3.2.1 形态特征】
扫描电镜(SEM)显示纳米颗粒呈不规则块状，偏光显微镜证实原生颗粒双折射现象完全消失，表明结晶结构被彻底破坏。

【3.2.4 结晶特性】
XRD显示所有SNPs结晶类型从A/C型转变为V型，相对结晶度降低60-65%，¹³
C NMR证实非晶区比例显著增加(C4/C1比从0.29-0.34升至0.57-0.72)。

【3.2.8 消化特性】
蚕豆SNPs的慢消化淀粉(SDS)含量从46.3%提升至63.8%，表现出最优的缓释特性，这与其高直链淀粉含量形成的部分有序碎片结构相关。

【3.2.9 功能性质】
所有SNPs水溶性提升8-17倍(达95.1-98.2%)，油吸附能力提高29.7-74.7%，其中蚕豆SNPs表现最优(102.9%)，这归因于纳米化增大的比表面积和表面活性基团暴露。

该研究创新性地建立了糊化-超声协同制备SNPs的标准化流程，证实不同植物来源淀粉的纳米化效果与其分子结构密切相关。特别是蚕豆淀粉因其高直链淀粉含量，在慢消化特性和功能改善方面表现突出。研究为开发清洁标签的功能性食品配料提供了新思路，其中优化的SNPs在控释载体、Pickering乳液稳定剂等食品创新领域具有应用潜力。研究还揭示了淀粉分子量分布与纳米化效率的关系，为后续工艺改进指明了方向。