脉冲磁场调控大米淀粉凝胶流变特性与冻融稳定性的分子机制及品质提升研究

本研究创新性探讨脉冲磁场(PMF)对大米淀粉凝胶在4°C、-3°C和-18°C下的流变性能、微观结构和水分分布的影响。结果表明，10 mT PMF通过削弱水分子网络屏障，降低淀粉分子间氢键（22.98%硬度降低），同时增强淀粉-水分子氢键相互作用（-3°C/-18°C下硬度提升18.97%/81.91%），显著抑制回生(retrogradation)并提升冻融稳定性(freeze-thaw stability)，为米制品低温保鲜提供新技术路径。

　　

Highlight

脉冲磁场(PMF)通过重构水分子网络与淀粉相互作用，为淀粉基凝胶食品的低温贮藏提供创新解决方案。

动态流变特性

图1显示所有大米淀粉凝胶的动态粘弹性行为。当应变超过线性粘弹区(LVR,约1%应变)时，储能模量(G′)下降而损耗模量(G″)先微升后骤降，表明凝胶网络开始断裂。值得注意的是，经10 mT PMF处理的样品在-18°C下G′值比对照组高35.7%，证实磁场能有效维持冷冻过程中的凝胶骨架完整性。

微观结构演变

冷冻扫描电镜(cryo-SEM)显示，常规冷冻样品呈现明显的冰晶穿刺损伤，而PMF处理组形成更均匀的多孔结构。这种"蜂窝状"结构归因于磁场诱导的定向水分迁移，使冰晶尺寸减小42.3%（p<0.01），显著降低机械损伤。

水分分布动力学

低场核磁(LF-NMR)数据显示，PMF处理使不可移动水(T_2b)比例增加11.4%，自由水(T₂₂)减少28.6%。这种水分重分布现象与拉曼光谱中3280 cm^-1处氢键特征峰位移相印证，证实磁场增强了淀粉-水分子相互作用。

结论

本研究系统阐明了PMF通过三重机制提升淀粉凝胶品质：(1)削弱水分子簇空间位阻，(2)抑制淀粉分子有序聚集，(3)促进冰晶微细化。10 mT磁场处理使-18°C贮藏样品的析水率降低63.2%，为开发新一代"抗冻"米制品提供理论依据。