激光共聚焦显微拉曼光谱技术实现淀粉颗粒氧化程度的可视化精准评估

针对传统滴定法检测氧化淀粉总氧化度(TDO)存在耗时长、破坏样本且无法区分颗粒内外氧化差异等问题，研究人员创新性地开发了基于激光共聚焦显微拉曼光谱(LCM-Raman)的分析方法。通过提取1401 cm?1(C=O键)与478 cm?1特征峰强度比(R1401/478)，实现了淀粉颗粒氧化水平的无损、快速(<10分钟)检测及空间分布可视化，与滴定法结果高度相关(R2=0.99327)，误差<3%。该技术为淀粉微观结构研究提供了新工具。

　　

淀粉作为食品工业的重要原料，其氧化改性产品广泛应用于糖果、酱料、3D打印食品等领域。然而，传统评估氧化淀粉总氧化度(TDO)的滴定方法存在明显局限：需精确控制pH终点、破坏样本、耗时长达数小时，更无法揭示淀粉颗粒内部与颗粒间的氧化差异。这些瓶颈严重制约了氧化淀粉的质量控制与微观结构研究。

针对这一难题，华南理工大学的研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表创新成果。他们巧妙利用激光共聚焦显微拉曼光谱(LCM-Raman)技术，通过捕捉淀粉分子中C=O键的微弱拉曼信号(1401 cm^?1)，结合特征峰强度比(R_1401/478)的统计分析，建立了首个可在亚微米尺度可视化氧化分布的检测方法。该技术仅需微量样本，10分钟内即可完成检测，空间分辨率达0.2-1 μm，为氧化淀粉的微观结构解析开辟了新途径。

研究团队采用臭氧氧化和脉冲电场辅助臭氧氧化制备了TDO梯度样本，通过滴定法标定后，发现R_1401/478平均值与TDO呈现极显著线性相关(R²=0.99327)。在商业氧化淀粉验证中，该方法与滴定结果的偏差小于3%。更突破性的是，通过LCM-Raman的线扫描和面扫描模式，首次直观展示了不同粒径淀粉颗粒间及颗粒内部的氧化异质性——小颗粒通常呈现更高氧化程度，而颗粒表面氧化程度普遍高于内部。

材料选择
研究以玉米淀粉为模型，制备了TDO范围0.71-3.21的系列样本，并收集四种商业氧化淀粉(LC/MHS/DM/RH)进行方法验证。

标准曲线构建
通过PEF辅助臭氧氧化获得TDO梯度样本，滴定数据显示羧基占比随TDO升高而增加，证实氧化进程的规律性。

LCM-Raman分析
选取1401 cm^?1(COO^?伸缩振动)与478 cm^?1(淀粉骨架特征峰)的强度比作为指标，建立颜色映射模型。面扫描结果显示氧化程度呈现从颗粒边缘向中心递减的梯度分布。

方法验证
对商业样本的盲测显示，LCM-Raman与滴定法的TDO绝对误差为0.02-0.07，相对误差<3%，证实方法可靠性。

氧化异质性分析
线扫描数据揭示：粒径10-15 μm颗粒的R_1401/478值比20-25 μm颗粒高12.3%，表明小颗粒更易被氧化。

这项研究的突破性在于将振动光谱的分子指纹识别能力与共聚焦显微镜的空间分辨能力完美结合，解决了传统方法无法实现的"微观尺度氧化分布可视化"难题。特别值得注意的是，该方法对C=O键的检测灵敏度突破了拉曼光谱对该化学键响应弱的传统认知，为多糖类物质的微观修饰研究提供了新范式。在食品工业应用中，该技术可快速评估不同批次氧化淀粉的品质均一性，指导生产工艺优化。未来或可拓展至其他改性淀粉(如乙酰化、磷酸化淀粉)的结构分析，推动食品高分子材料表征进入"单颗粒水平"的新纪元。

（注：研究机构名称根据CRediT声明中的资助项目"国家自然科学基金32372474"和"广东省智能食品制造重点实验室2022B1212010015"推定来自中国研究团队）