米乐m6登录《食品科学》：西南大学张甫生副教授等：高压均质处理

　　豌豆作为世界第二大食用豆类，也是我国重要的食用豆类作物之一，富含淀粉、蛋白质等营养物质，其中淀粉作为其主要成分，约占45%～55%。相较于谷物淀粉与薯类淀粉，豌豆淀粉（PS）提取简便易得，价格低廉，且直链淀粉含量较高，具有热黏度高、凝胶强度高、凝沉性、成膜性好等优良特性，目前在食品工业中主要应用于生产加工粉丝、粉皮、制备淀粉基薄膜。但天然PS易老化回生、凝胶热稳定性差、抗剪切性能差等特点限制了其应用范围。流变特性作为淀粉凝胶重要的理化特性之一，与淀粉加工性能及淀粉基食品品质密切相关。因此，研究PS的流变特性对于PS的品质调控及开发利用具有重要意义。

　　西南大学食品科学学院的胡 荣、张甫生*、郑 炯*等以PS为研究对象，探究高压均质（HPH）对PS流变特性的影响，并对其颗粒形貌、结晶结构、短程有序结构等多尺度结构进行表征，探讨HPH作用、淀粉多尺度结构、流变特性之间的相互影响机制，以期为HPH在淀粉性能改善及品质调控中的应用提供理论依据。

　　HPH处理前后PS黏度与剪切速率关系如图1所示，HPH处理前后PS黏度均随着剪切速率的增加而减小，表现出剪切稀化现象，是淀粉凝胶的典型特征。随着剪切速率的增加，黏度急剧下降，这是由于剪切作用力使缠绕分子链伸展或使颗粒沿流动方向呈直线排列，层间剪切应力减小，导致黏度降低。当剪切速率增大到一定值时，淀粉分子重新定向至剪切方向，其黏度逐渐趋于恒定。不同均质压力处理后PS的黏度均大于原淀粉，表明HPH处理可以使PS更黏稠，抗剪切变稀能力增强。当处理压力小于40 MPa时，PS黏度随均质压力的增加而增加，而当处理压力大于40 MPa时，PS黏度随均质压力的增加而减小，这可能是由于当均质压力较小时，HPH过程中剪切、空化、碰撞作用使淀粉颗粒动能增加，分子链的扩散和运动加剧，促进分子链之间的缠结作用，导致淀粉黏度增加；当均质压力进一步增大，较高均质压力使淀粉分子链断裂，直链淀粉溶出增加，结构变得疏松，导致其流动黏性阻力降低。

　　HPH处理前后PS剪切应力随剪切速率的变化曲线所示，剪切应力均随剪切速率的增加而大幅提高，这是由于剪切初期淀粉分子缠绕作用较强，淀粉凝胶网络结构抗剪切性好，而后随着剪切速率的增加，淀粉凝胶结构破坏程度增大，越来越多的淀粉分子从开始的网络结构转为定向流动，曲线则趋于平缓。经过不同均质压力处理后，剪切应力的增加幅度呈先上升后下降的趋势。同时发现所有样品剪切应力的上行曲线和下行曲线均不能完全重合，形成滞后环，说明其均具有触变性。如表1所示，所有样品中原淀粉滞后环面积最小，表明HPH处理使其触变性增强。滞后环面积随着均质压力的升高呈先增加后减小的趋势，40 MPa处理后滞后环面积最大，为16 844.08 Pa/s，随后滞后环面积逐渐减小。

　　由表2可知，决定系数R2均介于0.975～0.997，表明该模型能较好地拟合所有样品的流变曲线，且上行线K值均大于下行线，表明其均属于假塑性流体，与图1结果一致。与原PS相比，HPH处理后PS的K值增大，n值减小，说明其黏度、假塑性增强。K值随着均质压力的增大均表现为先增大后减小，n值则反之，40 MPa处理时PS的K值为57.467 Pa·sn，n值为0.448；当压力达到100 MPa时，黏度与假塑性明显低于40 MPa处理组。这一结果表明均质压力较大会使淀粉颗粒发生崩解，缠绕的淀粉分子链伸展，导致其黏度降低，流动性增强。

　　HPH处理前后PS在剪切过程中黏度随时间的变化如图3所示。由图3A可知，在相同的剪切速率条件下，原PS及HPH处理后的PS在第3阶段的黏度均明显低于其在第1阶段的黏度，表明经过低速-高速-低速的剪切过程，剪切力作用破坏了PS的凝胶结构，难以完全恢复到剪切前的状态。一般用第3阶段前的表观黏度与第1阶段表观黏度的比值来表示剪切结构恢复力，图3B为计算得到原淀粉以及经过不同均质压力处理后PS的剪切结构恢复力。40 MPa HPH处理后，原淀粉剪切结构恢复力从73.57%下降至51.76%，随着均质压力的增加剪切结构恢复力呈先降低后增加的趋势。这可能是由于0～40 MPa HPH处理破坏分子间氢键等弱力相互作用，体系结构破坏，经过剪切过程后难以恢复至原有凝胶结构，体系剪切结构恢复力随之减小。

　　由图4A、B可知，HPH处理前后PS凝胶G＇、G″随着频率的增大而增加，所有样品G＇显著大于G″，表明淀粉凝胶弹性特征高于黏性特征，体系表现出类似于固体的特征。PS体系的G＇、G″表现出一致的变化规律：相较于原PS，经过HPH处理后，G＇、G″均增加，说明HPH处理可以增强PS凝胶的弹性和黏性。0～40 MPa处理后，两者随着均质压力的升高而增加；而后两者随着均质压力的升高而减小。淀粉凝胶是由膨胀颗粒及颗粒碎片嵌入淀粉分子三维网络中形成的，均质压力较低时有利于糊化后膨胀颗粒与直链淀粉之间的相互作用或交联，G＇、G″增加。大于40 MPa的均质压力阻碍了淀粉分子链的排列和凝胶网络的形成，淀粉凝胶黏弹性降低。有研究采用HPH处理板栗淀粉，其G＇、G″则均降低，凝胶抗崩解能力下降。

　　由图4C可知，所有样品在0.1～20 Hz的频率范围内的tan δ均小于1，表明其具有弱凝胶结构且主要以弹性性质为主；tan δ表现出与G＇、G″相反的变化趋势，所有样品中原PS的tan δ最大，表明HPH处理对PS体系的弹性影响高于对黏性的影响，使其更趋向于固体。综上，HPH处理增强了凝胶的网状结构，提高了其在机械加工中的稳定性，且其凝胶强度可通过均质压力来调控，且HPH对不同来源淀粉凝胶的黏弹性影响不同。

　　由图5可知，HPH处理后PS的G＇、G″均高于原PS，这与频率扫描结果一致。在温度接近PS糊化温度前，G＇迅速增加，在70 ℃左右达到最大值。这可能是因为在升温初期，淀粉颗粒开始吸水膨胀，并与溶解的直链淀粉相互作用，形成特殊的三维网络结构，G＇升高。当温度超过70 ℃后，淀粉颗粒在升温过程中不断膨胀破裂，凝胶体系开始坍塌，G＇降低。G″则在升温过程中表现为先减小后增大，在75 ℃左右达到最小值。两者曲线 ℃的温度段内出现拐点，推测该PS的糊化温度应在此区间内。在同一温度条件下，G＇、G″均随着均质压力的增大呈先增加后减小的变化规律，均质压力超过40 MPa后，PS的G＇、G″减小，可能是部分长直链淀粉和支链淀粉分子断裂，颗粒内部晶体结构破坏导致淀粉颗粒的抗崩解性、凝胶硬度和黏度降低，G＇、G″逐渐降低。不同于其他样品，40 MPa处理后G＇在65 ℃达到峰值，推测其糊化温度降低。

　　HPH处理前后PS的微观结构及粒径分布如图6所示。由图6A可知，原PS颗粒呈椭圆形、肾形或较小球形颗粒，表面光滑，在一些颗粒表面可以看到一些较浅的沟槽，其体积平均粒径为33.3 μm。由图6B～D可知，与原淀粉颗粒相比，20、40 MPa处理后PS颗粒表面出现轻微裂缝、凹。