超声辅助碱化湿磨技术提升玉米淀粉结构与功能特性及其抗消化机制研究

针对玉米淀粉加工特性差、消化率高的问题，吉林农业大学食品科学与工程学院团队系统比较了干磨(DM)、半干磨(SDM)、湿磨(WM)、碱化湿磨(NWM)及超声辅助碱化湿磨(UNWM)对玉米淀粉结构、理化特性及体外消化性的影响。研究发现UNWM工艺显著降低淀粉损伤度(4.04%)和粒径(3.338μm)，提升短程有序结构(R1047/1022=1.145)和抗性淀粉含量(RS提升57.96%)，为功能性玉米食品开发提供新策略。

　　

玉米作为我国第一大粮食作物，2024年产量已达2.95亿吨，但直接用于食品加工的不足10%。这主要源于玉米淀粉被强疏水性蛋白基质包裹，导致加工过程中难以充分糊化，制品口感粗糙。传统湿磨法虽能改善品质，但存在效率低、耗时长的瓶颈。如何通过工艺创新同步提升玉米淀粉的加工性能和营养功能，成为产业亟待突破的难题。

吉林农业大学食品科学与工程学院的研究团队在《Food Chemistry: X》发表的研究中，创新性地将超声波技术与传统碱化湿磨(NWM)结合，开发出超声辅助碱化湿磨(UNWM)新工艺。通过系统比较干磨(DM)、半干磨(SDM)、湿磨(WM)、NWM和UNWM五种工艺对玉米淀粉的影响，发现UNWM在保持淀粉结构完整性的同时，显著提升了抗消化特性，为功能性玉米食品开发提供了关键技术支撑。

研究采用激光粒度分析、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术表征淀粉结构，通过快速黏度分析仪(RVA)、流变仪和质构仪测定功能特性，并建立体外消化模型评估淀粉消化特性。

3.1 淀粉损伤与粒径

UNWM使淀粉损伤度从DM的11.18%降至4.04%，粒径(D50)从3.902μm缩小至3.338μm。电镜显示UNWM样品淀粉颗粒形态完整，优于DM组的明显机械损伤。

3.4 热力学特性

DSC分析表明UNWM淀粉的糊化峰值温度(T_p)达69.47°C，焓变值(ΔH)12.74 J/g，显著高于其他组，证实超声辅助处理增强了淀粉热稳定性。

3.5 有序结构

FTIR结果显示UNWM组的短程有序度比值(R_1047/1022)达1.145，XRD测得其相对结晶度25.22%，表明钙离子与淀粉分子形成了更稳定的有序结构。

3.7 糊化特性

RVA测试中UNWM淀粉的峰值黏度(3690 cP)和最终黏度(3664 cP)最高， breakdown值(1544 cP)较DM组提升37.5%，显示优异的耐剪切能力。

3.10 消化特性

UNWM使抗性淀粉(RS)含量提升至14.32%，快速消化淀粉(RDS)降低至67.44%。PCA分析证实淀粉有序结构与抗消化性呈显著正相关。

该研究首次阐明超声辅助碱化湿磨通过三重机制提升玉米淀粉品质：超声波空化效应促进淀粉-蛋白分离，钙离子交联增强分子有序性，协同降低淀粉消化速率。UNWM工艺将处理时间从NWM的6.5小时缩短至3.5小时，效率提升46.15%，为开发低GI值玉米食品提供了兼具高效性与功能性的加工方案。研究结果对优化主食结构、防控代谢性疾病具有重要实践意义，相关技术已具备工业化应用潜力。