关于玉米淀粉/中华蛇根草多糖凝胶在手工和机械糊化方法下的流变行为、凝胶特性及消化特性的比较研究

《International Journal of Biological Macromolecules》：Comparative study on rheological behaviors, gel and digestive properties of corn starch/Mesona chinensis polysaccharide gels under manual and mechanical gelatinization methods

本研究比较了水浴加热与RVA加热对玉米淀粉-Mesona chinensis多糖（CS-MCP）复合凝胶的影响，发现RVA的剪切力与均匀热处理协同促进淀粉结晶结构转变及支链淀粉释放，显著提升凝胶强度（硬度增加42.7%）和抗酶解性（酶解率降低31.5%），而水浴加热因热分布不均和剪切力不足导致凝胶结构松散。该研究揭示了热-剪切协同效应对多糖-淀粉复合凝胶性能的关键调控作用，为优化食品加工工艺提供了理论依据。

　　

李远荣|毛伟翔|谢建华

中国南昌大学食品科学与资源国家重点实验室，南昌，330047

摘要

淀粉的热诱导糊化过程对其在食品和非食品工业中的应用至关重要。本研究探讨了淀粉凝胶特性与糊化过程调控之间的潜在关联。我们系统比较了通过水浴加热和快速粘度分析仪（RVA）加热制备的玉米淀粉/中华芒麦多糖（CS-MCP）凝胶的流变行为、凝胶特性和消化特性。MCP通过促进淀粉的回缩作用并构建更紧密的结构，显著改善了CS的凝胶特性。水浴加热导致淀粉颗粒内部的热分布不均匀，且剪切力不足限制了直链淀粉的溶出，从而共同抑制了高弹性凝胶网络的形成。而RVA加热过程中均匀的热处理和剪切力促进了淀粉晶体的结构变化，有助于直链淀粉分子的释放。因此，RVA加热增强了直链淀粉与MCP之间的分子缠结，进而提升了MCP对淀粉凝胶特性的积极影响，这体现在凝胶强度和硬度的显著提高以及对其酶解抵抗性的增强上。本研究强调了糊化方法在淀粉研究中的关键作用，优化的加工技术促进了淀粉-多糖凝胶在健康食品配方中的更广泛应用。

引言

淀粉是人类主要的能量来源，在各种商品的生产和消费中起着至关重要的作用[1]。随着现代食品科学和加工工程的进步，天然淀粉在食品制造中的实际应用受到其内在结构缺陷的限制，包括较差的结构稳定性和高水溶性[2]。最近的研究集中在通过技术干预对天然淀粉进行结构改性，以增强其多样的物理化学性质[3],[4]。改性淀粉被用作营养物质的载体[5],[6]、可生物降解的包覆材料[7],[8]以及水污染的吸附剂[9]。在各种改性方法中，使用非淀粉多糖对淀粉进行改性被认为是一种有效且安全的物理策略。Wang等人[10]证明，羧甲基化的小檗根茎（Anemarrhena asphodeloides）通过提高糊化温度并在糊化过程中保持晶体结构，抑制了小麦淀粉的糊化。

中华芒麦多糖（MCP）是从广泛分布于中国南方的中华芒麦植物中提取和纯化的。据报道，MCP可以调节淀粉的短期回缩作用，并通过与直链淀粉的特异性相互作用，进一步改变淀粉水凝胶的网络结构和凝胶特性[11]。因此，在本研究中使用MCP制备了多糖-淀粉复合体系，以增强其物理化学性质。此外，淀粉通常通过糊化制成凝胶产品，这些产品随后被用作初级加工食品（如面条和米饭）[12],[13]。淀粉糊化是一个相变过程，在此过程中淀粉颗粒经历结晶熔化、颗粒膨胀和在水热条件下的淀粉链溶出[14]。最终糊化产品的结构和功能特性高度依赖于加热方法、剪切环境和温度场均匀性等因素。水浴糊化作为一种静态的、无剪切（或低剪切）的理想糊化模型，在实验室中可以反映淀粉的内在热力学糊化特性。相比之下，快速粘度分析仪（RVA）糊化更接近实际食品加工中的热-剪切相互作用，从而能够评估淀粉在实际应用中的加工适用性。对两种淀粉糊化方法的比较研究可以揭示单独加热和热-剪切耦合对淀粉糊化行为、颗粒结构和功能特性的影响。然而，不同的热诱导糊化方法是否显著影响多糖-淀粉复合凝胶的糊化和消化特性仍不清楚。

本研究假设通过水浴和RVA处理制备的CS-MCP凝胶在结构和功能特性上存在显著差异。本文系统研究了在两种不同热诱导条件下（水浴和RVA加热）制备的CS-MCP凝胶的凝胶特性和消化行为。本文提供的信息突出了机械剪切在淀粉糊化过程中的关键作用，并为基于淀粉的食品制造中加工策略的合理选择和质量控制提供了理论基础。

材料

材料

玉米淀粉（纯度≥90%，直链淀粉含量：24.2%）从玉米穗中提取，由Huikang食品有限公司（中国张家口）提供（商业淀粉）。中华芒麦植物在中国赣州的农产品市场购买，MCP通过热碱提取法从中华芒麦植物中获得[15]。测定结果表明，MCP含有半乳糖、葡萄糖、木糖和半乳糖醛酸，其摩尔比为0.68:1.49:2.54:6.33。MCP的分子量（M_w）为157 kDa。

稳态剪切流变特性

如图1A所示，M-CS/MCP和C-CS/MCP凝胶样品随着剪切率的增加表现出剪切变稀的流变行为（假塑性流体）。与纯M-CS和C-CS凝胶相比，MCP显著提高了复合凝胶样品的表观粘度。这种增强作用归因于MCP的增稠效果，它能够与淀粉分子缠结形成坚固的基质[21]。通过RVA制备的C-CS/MCP凝胶的表观粘度显著高于

结论

本研究比较研究了通过手动水浴和RVA加热方法制备的CS/MCP凝胶的流变、质地和消化特性。MCP提高了淀粉的有效浓度，并促进了其短期回缩作用，从而有助于形成更坚固的凝胶网络。与M-CS/MCP凝胶相比，通过RVA处理的C-CS/MCP凝胶表现出更高的粘度和增强的粘弹性。RVA加热显著提高了凝胶强度。

CRediT作者贡献声明

李远荣：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，方法学。毛伟翔：撰写 – 审稿与编辑。谢建华：撰写 – 审稿与编辑，可视化，监督，软件，资源，概念化。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了江西省农业研究系统专项基金（JXARS-16）和江西省研究生创新专项基金项目（YC2023-B035）的财政支持。