《Applied Food Research》：TOWARD A BETTER UNDERSTANDING OF THE FUNCTIONAL PROPERTIES OF FLOUR AND STARCH
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功能性面粉与化学改性淀粉（FF&CMS）常被用作食品中的质构剂。其性能通常通过溶胀力（SP）（糊化后FF&CMS质量与原始质量之比）以及溶解度（SOL）（FF&CMS连续相流体质量与原始质量之比）来测量。然而，这些方法并不能完全反映淀粉的有效性或其在产品中的体
功能性面粉与化学改性淀粉（FF&CMS）常被用作食品中的质构剂。其性能通常通过溶胀力（SP）（糊化后FF&CMS质量与原始质量之比）以及溶解度（SOL）（FF&CMS连续相流体质量与原始质量之比）来测量。然而，这些方法并不能完全反映淀粉的有效性或其在产品中的体积占比。本研究通过使用多种成分来探索这些局限性：功能性面粉（FF）、蜡质小麦面粉（WxF）、蜡质小麦淀粉（WxS）和化学改性小麦淀粉（CMS），其浓度分别为FF的4%、6%和8%，以及WxF、WxS、CMS的4%（以湿基百分比计），用作酱料制备中的质构剂。研究人员采用粒径分布、流变学测量、显微镜观察以及一种修订的溶胀力指标——水持率（WHR）——来评估淀粉的实际体积贡献，以更好地理解面粉和淀粉的功能特性。结果表明，SP应根据淀粉含量和密度等输入变量进行调整。虽然最初的SP计算无法在不同浓度之间进行比较，但WHR提供了一种更准确的比较功能成分的方法。它还允许计算体积分数。该方法可直接应用于优化成分用量并评估产品的稳定性和一致性。
论文解读：重新审视面粉与淀粉功能特性评价指标——从溶胀力到水持率
**研究背景与问题**
淀粉是植物来源最重要的功能性聚合物，具有凝胶、结合水和增稠等特性。工业上常通过化学改性增强淀粉的加工耐受性，用作质构剂。然而，自2010年代以来，消费者对标签上E编号添加剂（如E1400-1499淀粉衍生物）日益排斥，“清洁标签”和“标签友好”运动推动采用物理处理方法改善淀粉功能。功能性面粉（Functional Flour, FF）通过物理处理重组淀粉链分子排列，提高保水性，成为化学改性淀粉（Chemically Modified Starch, CMS）的替代方案。评价此类成分性能的常用指标是溶胀力（Swelling Power, SP）和溶解度（Solubility, SOL），但两者均为质量比，未考虑淀粉实际含量、样品总含水量、密度等因素，也无法反映淀粉在体系中的体积占比。现有文献常将溶胀力（质量比）与体积分数（体积比）混用，且缺乏标准化测量方法。因此，需要更全面的性能指标，以准确评估功能成分在不同添加浓度下的实际功效。
**研究目的与意义**
本研究旨在揭示SP和SOL作为性能指标的偏差，提出修订的溶胀力计算方法——水持率（Water Holding Ratio, WHR），以体积分数代替质量分数，更客观地评价FF和CMS的性能。通过识别使清洁标签面粉达到与化学改性淀粉相等质构性能的浓度，为食品配方优化提供依据。该系统为食品酱料模型，模拟此类成分的主要工业应用场景。论文发表在《Applied Food Research》。
**关键技术方法**
研究人员使用Limagrain Ingredients（法国Ennezat）提供的基于蜡质小麦的功能性面粉（FF）和天然蜡质小麦面粉（WxF），并在实验室从面粉中提取蜡质小麦淀粉（WxS），再以次氯酸钠氧化法制备化学改性淀粉（CMS）。制备六种模型酱料：FF分别以4%、6%、8%（g成分/g总样品）添加，WxF、WxS、CMS均以4%添加。采用ISO标准方法测定水分、淀粉、蛋白质含量及密度；利用Linkam加热台显微镜和扫描电镜观察颗粒形态与糊化过程；使用激光粒度仪测定粒径分布；采用流变仪在55°C、剪切速率0.1 s
-1下测定流动数据；并测定SP、SOL和WHR。统计采用单因素方差分析和相关性分析。
**研究结果**
**面粉和淀粉的理化组成**
FF和WxF的淀粉含量（72.19%、69.69%）显著低于WxS和CMS（86.90%、85.12%）。面粉的蛋白质含量（9.92%、10.07%）和密度（1.55、1.51 g/cm3）与淀粉（蛋白质0.75%、0.23%；密度1.62、1.73 g/cm3）差异显著，这与其组成有关——面粉含谷蛋白等非淀粉成分，而淀粉几乎为纯碳水化合物。这些差异会影响体系的流体粘度。
**颗粒形态与粒径分布**
显微镜观察显示，25°C时颗粒吸水但不膨胀；60–80°C发生糊化，颗粒膨胀并失去马尔他十字；面粉中较大颗粒先膨胀，而淀粉颗粒因尺寸相近而膨胀更均匀。扫描电镜图像显示面粉形成较大团块，淀粉则呈更小、更分散的颗粒。粒径分布测定表明，面粉粒径范围为18.00–210.00 μm（FF的D[4,3]为119.03 μm），淀粉粒径范围为5.00–54.00 μm（CMS的D[4,3]为27.56 μm）。较小颗粒提供更高比表面积，影响水合、溶胀和糊化行为。
**流变学特性**
在0.1 s
-1和55°C下，化学改性使WxS4的表观粘度从88.77 Pa·s增至CMS4的172.48 Pa·s；物理改性使WxF4从23.86 Pa·s增至FF4的46.17 Pa·s。随着FF浓度增加，粘度递增：4%时为46.17 Pa·s，6%时为176.36 Pa·s，8%时为325.12 Pa·s。值得注意的是，FF6（176.36 Pa·s）与CMS4（172.48 Pa·s）粘度相近，表明清洁标签面粉在适当添加量下可达到化学改性淀粉相当的流变性能。
**溶胀力、溶解度与水持率的关系**
*溶胀力和溶解度作为性能指标的不准确性*
所有样品在50–75°C区间SP从约5.00 g/g升至10.00–13.00 g/g，超过75°C后达到平台。不同FF浓度（4%、6%、8%）的SP曲线几乎重叠，表明SP无法区分不同添加量的功能差异。溶解度呈相反趋势，淀粉溶胀越多，可溶性物质释放越少。SP未考虑淀粉实际含量、总含水量、密度、粒径分布和非糊化颗粒沉降等因素，因此不能完整评价功能特性。
*修订溶胀力为体积分数指标：水持率*
WHR纳入成分密度、实际淀粉含量及样品总含水量。结果显示，WxF4和FF4的WHR最低，随温度从60°C的约15.00 g/g升至80°C的约22.00 g/g；FF6、WxS4和CMS4的WHR较高，为25.00–45.00 g/g；FF8最高，从50°C的13.00 g/g升至90°C的50.00 g/g。当仅看SP时，CMS4的吸水能力显著高于FF4；但改用WHR后，CMS4（80°C时为40.75 g/g）与FF6（80°C时为40.02 g/g）的持水性能相当，说明SP会低估高添加量面粉的实际功能贡献。
*相关性分析*
在完全糊化（90°C）条件下，流动数据与WHR呈强正相关（r=0.942），与SP弱相关（r=0.202），与SOL略负相关（r=-0.054）。SP与SOL在90°C呈强负相关（r=-0.865），表明溶胀能力强的样品释放的可溶性物质更少。相关性分析验证了WHR作为流变特性预测指标的有效性。
**总结与讨论**
WHR比SP更准确地反映添加量对功能性能的影响，并可用于计算体积分数，为优化成分用量提供直接工具。但WHR不提供溶胀颗粒尺寸或体积分布信息，因此应结合SP、粒径测量、显微观察和流变学分析进行综合表征。CMS因堆积效率更高，适合高浓度且不牺牲流动性的配方；FF则可在较低浓度下提供更高粘度，适用于特定质地需求。未来研究可探讨不同剪切速率、pH或温度条件下这些成分的功能差异。
**研究结论（翻译）**
溶胀力（SP）和水持率（WHR）是密切相关的指标，用于评估功能性面粉（FF）和化学改性淀粉（CMS）在水体系中的行为，特别是其吸收水分并影响食品质构和粘度的能力。面粉和淀粉因其在配方中的添加量和初始组成不同而表现出不同的功能行为。本研究中，SP与体系流变特性（尤其是粘度测量）不相关。因此，开发了替代指标WHR，通过考虑配方中的浓度来实现更相关的比较。SP和SOL仍然是有价值的指标，提供淀粉基成分与水在糊化和溶胀过程中相互作用的补充信息。CMS的SP约13.50 g/g，明显高于FF的约10.00 g/g和WxS的约12.00 g/g，表明CMS具有更好的吸水能力；CMS的溶解度为1.54±0.07%，低于FF的4.91±0.18%和WxS的3.81±0.11%，确认CMS具有更强的保水能力。然而，这些指标不能反映不同产品浓度的影响。WHR提供了对添加量行为更准确的理解。仅考虑SP或SOL时，CMS似乎比FF具有更高的吸收能力；但使用更准确的WHR时，CMS和FF在调整剂量后表现出相似的溶胀能力：CMS为4%（80°C时40.75±1.25），FF为6%（80°C时40.02±1.14）。这些结果证实了化学组成、粒径分布和堆积行为对理解不同成分如何影响食品体系质构和粘度的重要性。化学改性淀粉优越的堆积效率使其更适合需要高浓度且不影响流动性的配方，而功能性面粉可能更适合在较低浓度下需要更高粘度的应用。未来研究可探讨这些成分在不同加工条件（如剪切速率、pH或温度）下的行为。
