反溶剂沉淀法改性甘薯淀粉及其在稳定Pickering乳液中的应用研究

本研究报告了三种新型甘薯基因型（LW-102、LO-66、LP-75）的非商品化块根淀粉的提取、改性及其作为Pickering乳液稳定剂的应用。通过乙醇反溶剂沉淀法对淀粉进行改性，显著提高了其吸油能力（OAC）和吸水能力（WAC），并成功构建了在4°C和25°C下稳定30天的油包水乳液体系。该研究为废弃甘薯资源的高值化利用和绿色食品乳化剂的开发提供了新策略。

　　

引言

全球甘薯产量在2022年达到8,641万吨，巴西贡献了84.71万吨，但由于病虫害和采后损失，大量非商品化块根被废弃。这些块根富含淀粉，但其天然性质（如冷水中不溶、易回生）限制了其在食品乳液中的应用。因此，本研究旨在通过反溶剂沉淀法改性甘薯淀粉，提升其理化性质，并评估其作为Pickering乳液稳定剂的潜力。

材料与方法

甘薯基因型LW-102（白皮黄肉）、LO-66（粉皮橙肉）和LP-75（紫皮紫肉）来自巴西圣卡塔琳娜联邦大学实验农场。淀粉提取采用湿磨法，通过沉降、洗涤和干燥获得纯化淀粉。改性过程包括淀粉糊化（90°C，30分钟）后缓慢加入乙醇沉淀，最终通过冻干得到改性淀粉。

淀粉表征包括：

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  形态与粒径：扫描电镜（SEM）观察颗粒形貌，光学显微镜分析粒径分布和圆形度。

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  结晶结构：X射线衍射（XRD）分析结晶类型，计算相对结晶度（RC）。

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  化学结构：傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测官能团变化。

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  吸油能力（OAC）和吸水能力（WAC）：通过离心法测定。

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  乳液稳定性：制备油水比20:80的乳液，通过光学显微镜、Zeta电位和加速离心测试评估稳定性。

结果与讨论

3.1 淀粉得率与直链淀粉含量

淀粉得率平均为6.25%（干基），低于文献值（10.3%–30.1%），归因于块根衰老过程中的淀粉降解。直链淀粉含量分别为LW-102（17.46%）、LO-66（16.98%）和LP-75（13.27%），属于低直链淀粉类型，有利于减少回生和脱水收缩。

3.2 水分含量、水分活度和颜色

淀粉在10%相对湿度下的水分含量为7.73%–15.75%，水分活度（a_w）为0.31–0.35，表明微生物稳定性高。颜色参数显示高亮度（L* > 94）和低色度（a, b），表明白色纯净外观。

3.3 形态与粒径

天然淀粉呈球形或不规则形状，粒径小于18 μm。改性后颗粒表面粗糙，出现破碎和中空结构，但粒径未显著变化。LP-75淀粉粒径较小，与紫色块根品种特性一致。

3.4 结晶度与化学结构

XRD显示LW-102为A型结晶结构（2θ=15°, 17°, 23°），LO-66和LP-75为C型（混合A和B型）。改性后结晶度显著降低（RC<2.13%），转变为V6h型结构，表明淀粉-脂质复合物形成。FTIR未检测到新化学键，但改性淀粉在1649 cm^?1处峰值降低，表明水分减少。

3.5 溶解性、溶胀性及吸油吸水能力

天然淀粉的溶解性和溶胀能力随温度升高而增加（最高在90°C），但值较低（溶胀功率<10 g/g）。改性后OAC和WAC显著提升：LW-MOD（OAC=20.52, WAC=9.77）、LO-MOD（OAC=15.45, WAC=20.18）、LP-MOD（OAC=17.55, WAC=29.33），归因于结晶度降低和疏水性增强。

3.6 Pickering乳液

天然淀粉无法稳定乳液，出现相分离（乳析和沉降）。改性淀粉形成的乳液在4°C和25°C下稳定35天，液滴尺寸约20 μm。加速测试显示LW-MOD和LP-MOD乳液不稳定指数接近零，而LO-MOD因OAC较低稳定性较差。Zeta电位表明LW-MOD和LP-MOD静电斥力增强（电位负值增大），而LO-MOD电位趋零导致液滴聚集。

结论

反溶剂沉淀法成功改性了三种甘薯淀粉，将其结晶结构转变为V6h型，显著提升了OAC和WAC。改性淀粉可作为有效的Pickering乳液稳定剂，为食品工业提供了一种低成本、可生物降解的绿色乳化剂选择。