综述：辛烯基琥珀酸酐处理对淀粉结构、物理化学性质及功能特性的影响：综述

《Food Chemistry》：Influence of octenyl succinic anhydride (OSA) treatment on the structural, physicochemical, and functional properties of starch: A review

　　摘要
辛烯基琥珀酸酐改性是一种广泛应用的酯化技术，可通过该技术将天然淀粉转化为具有更好功能性能的两亲性生物聚合物。在温和的碱性条件下，OSA分子与淀粉颗粒中的无定形区域的羟基发生反应，形成稳定的酯键，从而引入疏水的辛烯基琥珀酸基团，同时不会破坏原有的结晶结构。这些结构变化使得淀粉的糊化温度和焓值降低，膨胀性和溶解度提高，浆体粘度和透明度增加，且由于空间位阻作用而抑制了回生现象。经OSA改性的淀粉具有更强的界面活性，可用来稳定水包油型乳液，并提升生物活性物质的包封效果。通过热湿处理、超声处理、冷等离子体处理以及酶法预处理等双重改性策略，还能进一步提高乳化效率、冻融稳定性以及控释性能。OSA改性淀粉可作为安全的食品添加剂，用于食品、营养品递送及可生物降解包装领域，是符合“清洁标签”要求的理想选择。

引言
天然淀粉虽然种类繁多且在工业应用中十分重要，但由于其高度亲水的性质，其在功能性能方面存在明显局限。每个脱水葡萄糖单元上的三个羟基沿螺旋状的葡萄糖链向外延伸，这使得淀粉具有很强的亲水性，但界面活性极低（Komulainen等人，2014）。因此，天然淀粉的乳化能力较差，冷水中的溶解度低，易受剪切力和热作用影响而降解，在储存过程中容易发生回生现象，且冻融稳定性不足，这些因素都严重限制了其在需要更高稳定性、透明度或乳化性能的现代食品配方中的应用（Apriyanto等人，2022；Shrestha等人，2014）。

为克服这些缺陷，人们采用了多种淀粉改性方法，包括物理改性、化学改性、酶法改性以及基因改造。通过脉冲电场、研磨、超声处理、湿度变化、辐射、温度和压力等物理因素作用于淀粉，可以改变其三维结构和颗粒形态，主要影响淀粉颗粒内的结晶-无定形平衡及分子堆积方式，进而改变淀粉的膨胀能力、溶解度、糊化特性及消化率，而不会破坏其共价分子结构（Wang等人，2020）。酶法改性则通过降低分子的有序性并增强淀粉的弹性，从而改变其流变特性，提高浆体粘度及消化率（Singla等人，2020），同时还能提升冻融稳定性——因为酶解后的支链淀粉能够抑制凝胶网络中的析水现象，并通过生成低分子量组分及线性短链支链淀粉衍生物，促进抗性淀粉的形成，进而改变淀粉的结晶度并降低酶解速率（Woo等人，2021；Bao，2021）。

在本综述中，我们仅重点探讨OSA带来的化学改性，因为它是一种应用最为广泛的改性方法，且属于非破坏性处理。与物理或酶法改性相比，化学改性往往能带来更为显著的功能性能提升，尤其是在OSA处理中，它能在亲水性的淀粉分子中引入疏水的辛烯基琥珀酸基团，从而使淀粉具备表面活性，即表现出两亲性特征（Królikowska等人，2017；Galkowska等人，2023；Jamzad等人，2005）。经OSA改性的淀粉变得具有两亲性，同时具备亲水膨胀性和疏水界面活性这两种难得的特性。这种改性不仅提升了淀粉在冷水中的分散性、浆体粘度以及抑制回生的能力，还赋予其出色的乳化和包封性能，非常适合用于水包油型食品体系（Mounir等人，2024；Sweedman等人，2013）。由于兼具稳定剂和乳化剂的双重功能，OSA改性淀粉已被广泛应用于酱料、饮料、烘焙填充物、婴儿营养产品，以及Pickering乳液、营养品递送和生物基包装等新兴领域。

尽管已有大量关于不同植物来源的OSA改性淀粉的研究，但目前仍需对结构与性能之间的关系及其对功能的影响进行系统总结。因此，本综述深入分析了OSA改性的机制、结构变化、理化及功能性能的提升以及工业应用前景，并提出了未来优化应用的研发方向。

章节摘录
改善淀粉的化学改性方法
如表1和图1所示，可通过物理、化学、酶法及基因改造等方法对淀粉进行改性，以使其性能更符合特定应用需求。淀粉的化学改性主要涉及羟基上的反应，如酯化、醚化、氧化、交联和酸水解。这些反应会引入新的官能团或化学键，从而改变淀粉的分子结构。

OSA概述
由于天然淀粉分子体积较大且具有特定的分子结构，其亲水性很强，因此在油水界面中通常不稳定（Yang等人，2017）。每个脱水葡萄糖单元上都有三个羟基，它们朝向螺旋状淀粉链的外表面，这使得淀粉更易与水结合而非油脂，从而限制了其在界面处的吸附能力（Komulainen等人，2014；图2）。

OSA对淀粉组成的影响
淀粉的功能在很大程度上取决于其直链淀粉含量，这一指标有助于理解结构改性如何影响淀粉在各种应用中的整体性能（Nawaz等人，2020）。在OSA改性过程中，溶解的OSA分子会扩散进入淀粉颗粒的内部空腔，并深入到无定形区域。这有助于提高分子的可及性，从而在颗粒内部更高效地发生酯化反应。

OSA对淀粉形态的影响
扫描电子显微镜研究一致表明，OSA改性会引发不同植物来源的淀粉颗粒出现可控的形态变化，如图3A所示（Wang等人，2022；Lopez等人，2019）。天然淀粉颗粒通常具有光滑的表面、清晰的边缘以及典型的多边形形状。例如，水稻淀粉（黏粒型、粳米型、籼米型）多呈五边形，而玉米和芋头淀粉则呈现不规则的多边形形态。

OSA对不同来源淀粉理化性质的影响
表2总结了辛烯基琥珀酸酐改性对各类淀粉理化性质的影响。OSA改性通过葡萄糖单元羟基上的酯化反应，在淀粉主链上引入疏水的辛烯基琥珀酸基团，从而从根本上改变了天然淀粉的两亲性。表2展示了OSA改性对淀粉糊化、流变学性质、糊化特性、膨胀性等方面的影响。

采用OSA进行物理改性
将OSA酯化与物理预处理相结合的双重改性策略，在作用机制、结构破坏程度及功能效果方面存在差异，因此不应将其视为同等优越的方法而简单归类。先进行热湿处理再结合OSA酯化，主要是促进结晶区域的结构重组，提高反应物的可及性，进而实现更为可控的结构松散和逐步变形。

应用领域
辛烯基琥珀酸酐改性技术已将普通淀粉转变为功能多样的两亲性化合物，使其具备出色的乳化、稳定和包封性能。这类改性淀粉不仅被广泛用于食品行业，以改善食品的质地、保质期和透明度，还在非食品领域展现出优异性能。在制药领域，它们可作为控释载体；在化妆品中则用作天然乳化剂和吸油剂；在造纸工业中则能提升纸张质量。

结论
辛烯基琥珀酸酐改性是多糖化学领域的一项重要进展，它将天然淀粉转变为具有多重功能的两亲性生物聚合物，具备出色的乳化、稳定和包封性能。本综述系统阐述了在温和碱性条件下进行的OSA酯化反应，能够选择性作用于淀粉颗粒的无定形区域，引入疏水的辛烯基琥珀酸基团，从而实现对其结构的有效改性。

作者贡献声明
Sparsh Parmar：撰写原文初稿、方法设计、实验研究、数据分析、数据整理、概念构建。
Dharmesh Chandra Saxena：撰写综述与编辑稿件、结果验证、研究监督、概念构建。
Pradyuman Kumar：撰写综述与编辑稿件、结果可视化、结果验证、研究监督、数据分析、概念构建。

未引用参考文献
Bemiller and Whistler, 2009
Chen, Hu, Chen and Feng, 2022
Dewi, Santoso, Pranoto and Marseno, 2023
Djori and Moulai-Mostefa, 2022
Estrada-Fernández et al., 2021
Hartley, Parfitt and Pollack, 1985
Hazarika and Sit, 2016
Hoover, Rorke and Martin, 1991
Li et al., 2021
López-Vázquez, Hernández-Rodríguez, Lobato-calleros and Aguirre-Mandujano, 2024
Ovando-Martinez, Whitney, Ozsisli and Simsek, 2017
Punia Bangar, Sunooj, Navaf, Phimolsiripol and Whiteside, 2024
Punia, Sandhu, Dhull and Kaur, 2019
Punia, Siroha,

利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢
作者感谢印度旁遮普邦Longowal的Sant Longowal工程技术学院所提供的基础设施支持。

参与同意书
不适用。

出版同意书
不适用。

伦理审批
不适用。

资金支持
本研究未获得任何资金支持。

关于手稿撰写过程中是否使用生成式AI及AI辅助技术的声明
在撰写本稿时，作者未使用任何AI软件。

Sparsh Parmar | Dharmesh Chandra Saxena | Pradyuman Kumar