淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)及結(jié)晶調(diào)控技術(shù)的研究進(jìn)展

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(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350002;2.福建省特種淀粉品質(zhì)科學(xué)與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建福州 350002)

淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)及結(jié)晶調(diào)控技術(shù)的研究進(jìn)展

康昱倢1,賈祥澤1,2,鄭少婷1,孫思薇1,2,陳靖妍1,郭澤鑌1,2,*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350002;2.福建省特種淀粉品質(zhì)科學(xué)與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建福州 350002)

淀粉顆粒的微觀結(jié)構(gòu)與結(jié)晶形態(tài)不僅與食品質(zhì)地、加工特性和消化特性息息相關(guān),還賦予淀粉顆粒極強(qiáng)的可塑造性。淀粉廣泛應(yīng)用于食品、化學(xué)工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域,已成為重要的功能性材料。本文綜述了近年來淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展,概述了其不同晶體與顆粒結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,并探討了晶體之間的相互轉(zhuǎn)化以及不同改性條件對淀粉結(jié)構(gòu)特性的影響。

淀粉顆粒結(jié)構(gòu),晶體轉(zhuǎn)化,改性

淀粉不僅是自然界中的一種重要的可再生高分子化合物[1],還是人類能量攝入的主要來源,其供能約占西方人群平均能量攝入的50%,發(fā)展中國家人群約90%[2]。近年來隨著改性大分子技術(shù)研究的深入,淀粉工業(yè)逐步向著食品添加劑、醫(yī)藥、紡織及化妝品等領(lǐng)域擴(kuò)展。據(jù)了解我國淀粉的年產(chǎn)量高達(dá)2000萬噸,其中70%以上轉(zhuǎn)化為淀粉衍生物[3]。淀粉復(fù)雜的顆粒結(jié)構(gòu)不僅賦予其極強(qiáng)的可塑性能,而且對于食品的質(zhì)地、加工特性以及營養(yǎng)價值等具有較大的影響。

近年來隨著對淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)的深層次研究發(fā)現(xiàn),組成淀粉的基本成分為直鏈淀粉和支鏈淀粉,在淀粉顆粒的形成過程中,這兩種組分通過復(fù)雜的結(jié)晶方式堆疊為小體(Blocklets)結(jié)構(gòu)。大量的小體結(jié)構(gòu)以臍點(diǎn)為中心,呈同心環(huán)狀向外聚集(圖1(a)),形成了洋蔥狀的生長環(huán)結(jié)構(gòu)并最終構(gòu)成了淀粉顆粒[2,4]。研究淀粉內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)不僅可以更精確地指導(dǎo)淀粉改性研究,對于優(yōu)化食品加工條件、提升大分子科學(xué)研究水平具有重要意義。

1 淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展

1.1淀粉顆粒及其形狀對淀粉理化性質(zhì)的影響

淀粉顆粒大多為橢圓形、球形、圓餅形、多角形以及其他不規(guī)則的形狀,淀粉顆粒大小是影響淀粉糊化特性、分散性以及消化性能等理化特性的重要因素[5]。一般而言,同種淀粉顆粒越小,其溶解度越高、糊化溫度越低[4]。顆粒尺寸越大的淀粉越難以消化,此外淀粉的消化性質(zhì)還與其顆粒形狀、表面粗糙程度、顆粒面凹痕密集度以及縫隙數(shù)量等形貌特征息息相關(guān)[5]。

一般而言,同種植物中存在的淀粉結(jié)晶類型相同,但在某些作物也常出現(xiàn)不同類型的淀粉,Cai等[6]發(fā)現(xiàn)在高直鏈玉米淀粉中,顆粒尺寸較大的淀粉大多為A-型淀粉,而中小顆粒尺寸大多為C-型淀粉。Cai等[7]和Man等[8]研究者發(fā)現(xiàn)分布在玉米胚乳不同區(qū)域的淀粉顆粒形態(tài)各不相同,而不同形狀的淀粉也會呈現(xiàn)不同結(jié)晶類型,其中多角形淀粉分布于胚乳中部,呈現(xiàn)A-型結(jié)晶;聚集態(tài)淀粉存在于亞糊粉層和胚乳中心之間的胚乳細(xì)胞中,呈現(xiàn)C-型結(jié)晶;條狀淀粉主要分散于與亞糊粉層相鄰的外圍胚乳細(xì)胞中,呈現(xiàn)C-型結(jié)晶;中空淀粉則分布于亞糊粉層細(xì)胞中,其主要由無定型結(jié)構(gòu)組成,因而沒有特定的結(jié)晶形態(tài)。

1.2生長環(huán)結(jié)構(gòu)

淀粉的生長環(huán)又稱殼層結(jié)構(gòu),其主要分為半結(jié)晶生長環(huán)和無定型生長環(huán)(圖1(b)),這兩種層狀結(jié)構(gòu)以淀粉臍點(diǎn)為中心交替出現(xiàn)[9]。生長環(huán)結(jié)構(gòu)中存在著大量的小體,其中存在于半結(jié)晶生長環(huán)中的小體平均尺寸約50～500 nm,排布緊密有序;而無定型生長環(huán)中的小體平均尺寸僅為20 nm左右,且排布較為松弛。TANG等[10]認(rèn)為,分布在半結(jié)晶生長環(huán)中的小體結(jié)構(gòu)較為完整,而存在于無定型生長環(huán)中的小體結(jié)構(gòu)存在缺陷。在晶體結(jié)構(gòu)方面,半結(jié)晶生長環(huán)主要呈現(xiàn)出結(jié)晶與無定型的混合態(tài)層狀結(jié)構(gòu),而無定型生長環(huán)結(jié)構(gòu)較不規(guī)則,且穩(wěn)定性差[11]。在殼層深處、淀粉顆粒的中心臍點(diǎn)則附近分布著大量的直鏈淀粉[2]。

1.3小體結(jié)構(gòu)

小體結(jié)構(gòu)(blocklet)又稱為止水塞結(jié)構(gòu)(圖1(c)),其由Badenhuizen于1937年首次提出并證實(shí)為淀粉顆粒中天然存在的結(jié)構(gòu)單元。類似于生長環(huán)結(jié)構(gòu),小體中同樣存在交替排列的結(jié)晶區(qū)和無定型區(qū),其結(jié)晶區(qū)主要由支鏈淀粉雙螺旋排列而成的片狀結(jié)晶構(gòu)成,其無定型區(qū)域中存在著直鏈淀粉、脂質(zhì)、磷組分,一般而言,直鏈淀粉與支鏈淀粉分支點(diǎn)也呈現(xiàn)出無定型結(jié)構(gòu)[12]。根據(jù)國外學(xué)者的研究表明,幾乎所有淀粉都含有磷元素,然而不同植物淀粉顆粒中存在的磷脂組分也不盡相同,主要為磷脂和磷酸單酯,其中谷物淀粉以磷脂為主,豆類和馬鈴薯中主要為磷酸單酯,植物根莖中的淀粉幾乎不含磷酸單脂以外的磷組分[13-14]。小體中存在的脂質(zhì)也可以與直鏈淀粉螺旋結(jié)構(gòu)形成復(fù)合物[10]。小體根據(jù)其結(jié)構(gòu)又可以分為完整小體和缺陷小體,其中完整小體主要由支鏈淀粉簇狀結(jié)晶組成,而缺陷小體中含有較多的直鏈淀粉和無定型結(jié)構(gòu)。完整小體構(gòu)成的生長環(huán)結(jié)構(gòu)較為硬實(shí),而由缺陷小體構(gòu)成的生長環(huán)質(zhì)地較軟[10]。

研究小體的清晰結(jié)構(gòu)首先要對淀粉顆粒進(jìn)行預(yù)處理來破壞淀粉的外殼結(jié)構(gòu),目前尚未發(fā)現(xiàn)較為完善的小體分離方法,這使得淀粉小體研究具有局限性。使用原子力顯微鏡(atomic force microscopy,AFM)和掃描電鏡(scanning electron microscope,SEM)是常見的淀粉小體觀測手段[10]。在AFM觀測下,小體展示出了較不對稱的球狀結(jié)構(gòu);而在SEM高倍數(shù)的成像下,小體常為堆積態(tài),并附著在淀粉殼層結(jié)構(gòu)內(nèi)表面上[15]。目前而言,關(guān)于小體結(jié)構(gòu)的研究大多集中在改性淀粉中小體結(jié)構(gòu)的變化。嚴(yán)青[15]通過不完全糊化法發(fā)現(xiàn)小體的尺寸介于30～150 nm之間,其尺寸與淀粉顆粒大小、結(jié)晶度以及直鏈淀粉含量無關(guān)。任瑞珍[16]使用酶解法觀測淀粉小體結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)不同種類淀粉中的小體緊湊程度不同。孫沛然[14]使用高靜水壓處理對淀粉進(jìn)行改性并研究了小體結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化,結(jié)果表明隨著壓力和淀粉濃度的升高,缺陷小體結(jié)構(gòu)先增加后減少,小體結(jié)構(gòu)首先由單體發(fā)生團(tuán)聚,之后團(tuán)聚結(jié)構(gòu)消失。

1.4小體內(nèi)片狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)

小體內(nèi)部片狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)(圖1(d))主要由支鏈淀粉雙螺旋簇狀結(jié)構(gòu)組成[17],其又可以分為晶體狀片層(Crystalline lamella)和無定型片層(Amorphous lamella)。其中晶體狀片層含有大量的支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu),而無定型片層中支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)較為稀疏,并含有脂質(zhì)和直鏈淀粉等其他組分[10]。

支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)主要有兩種結(jié)晶排列方式,即單斜結(jié)晶和六方結(jié)晶,前者被定義為A-型晶體,只含有A-型晶體的淀粉稱為A-型淀粉,其主要分布于谷類作物中;后者則稱為B-型晶體,只含有B-型晶體的淀粉稱為B-型淀粉,主要存在于植物的塊根和塊莖中;由A-型晶體和B-型晶體均勻混合形成的晶體稱為C-型晶體,含有C-型晶體的淀粉主要存在于豆科植物及某些植物種子中[5]。

研究表明,A-型淀粉的小體尺寸較小,其直徑在25～100 nm之間,而B-型淀粉小體尺寸較大,約為400～500 nm[18]。導(dǎo)致兩種淀粉中小體尺寸不一的原因可能是由于A-型淀粉晶體屬于單斜晶系,晶體緊湊而致密,含有的水分子較少;而B-晶體屬于六方晶系,晶體中可以容納較多的水分子[19](圖1(e))。Doblado-Maldonado等[20]發(fā)現(xiàn),每個淀粉單斜結(jié)晶內(nèi)含有8個水分子,而每個淀粉六方結(jié)晶中容納了36個水分子。一般而言,A-型晶體較B-型晶體更為穩(wěn)定,C-型晶體的穩(wěn)定性介于兩者之間,其原因大致是由于A-型晶體中水分較少,結(jié)構(gòu)致密而緊湊;而B-型晶體中水分子含量較高,其結(jié)構(gòu)更容易受熱處理等外界條件影響。Wang等[21]發(fā)現(xiàn),分布于山藥淀粉中的A-型晶體相比于B-型晶體更耐受酸水解,這與A-型晶體內(nèi)較少的水分和致密的結(jié)構(gòu)有關(guān)。Cai等[22]通過熱臺顯微鏡和X-射線衍射對淀粉熱糊化過程進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)在加熱至70 ℃時,B-型晶體全部被破壞;當(dāng)加熱至75 ℃時,C-型晶體消失;當(dāng)溫度提升至85 ℃時,A-型晶體被破壞,顆粒成為無定型結(jié)構(gòu),淀粉完全糊化,表明在糊化過程中,A-型晶體熱穩(wěn)定性最強(qiáng),其次是C-型晶體,而B-型晶體熱穩(wěn)定性最差。

圖1 淀粉顆粒結(jié)構(gòu)模型圖[2,10,19,26]Fig.1 The architecture of starch granule[2,10,19,26]注:a:淀粉顆粒構(gòu)造圖;b:淀粉顆粒切面示意圖;c:小體結(jié)構(gòu)示意圖;d:小體及其結(jié)晶俯視圖;e:單斜晶體與六方晶體示意圖。

1.5直鏈淀粉與支鏈淀粉

早在1940年,Meyer和Schoch發(fā)現(xiàn)直鏈淀粉和支鏈淀粉是構(gòu)成淀粉顆粒有序結(jié)構(gòu)的最基本葡聚糖單元。直鏈淀粉的平均相對分子質(zhì)量在1×105～9×106之間[20]。在食品的加工過程中,直鏈淀粉是導(dǎo)致食品老化的重要因素,然而近年來越來越多的研究表明,直鏈淀粉所形成的雙螺旋老化淀粉具有抗消化甚至增殖腸道菌群的作用,其被定義為RS3型抗性淀粉[2]。直鏈淀粉還可以與脂質(zhì)發(fā)生復(fù)合,形成的直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物被稱為RS5型抗性淀粉[23]。

支鏈淀粉是自然界中存在的最大的高聚物之一,其分子量在1×107～1×109之間[24]。根據(jù)鏈長與分支度可以將其鏈狀結(jié)構(gòu)分為三種,即A鏈、B鏈和C鏈(圖2)。A鏈(DP 6～12)為最外部不含分支的側(cè)鏈;B鏈與其他分支相連,又分為B1鏈(DP 13～24)、B2鏈(DP 25～26)和B3鏈(DP>37);C鏈在每個支鏈分子中僅有一條,且含有支鏈分子中唯一的還原型末端[25]。

2 淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)化

淀粉中的A-、B-和C-型晶體可以在特定條件下發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,其原因是由于在改性過程中常伴有晶體的形成、轉(zhuǎn)化與破壞[5]。當(dāng)酸堿及熱處理等改性強(qiáng)度較高時,還會導(dǎo)致淀粉結(jié)晶消失,形成無定型結(jié)構(gòu)。

在酸堿改性、熱臺處理以及氧化改性的條件下,淀粉晶體常由C-型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成A-型結(jié)構(gòu)。這樣的變化是由于晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差異所致,B-型晶體對酸堿耐受性低于A-型晶體。Wang等[27]發(fā)現(xiàn)C-型山藥淀粉隨著酸處理時間的延長,淀粉顆粒出現(xiàn)“中空”現(xiàn)象,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)消失并伴隨著B-型X-射線衍射峰消失,圖譜呈現(xiàn)A-型結(jié)構(gòu)。這表明B-型晶體絕大部分存在于淀粉顆粒內(nèi)部,A-型晶體主要分布于山藥淀粉顆粒外部。Cai等[22]使用熱臺顯微鏡結(jié)合X-射線衍射圖譜研究了C-型蓮藕淀粉的結(jié)晶分布,發(fā)現(xiàn)B-型結(jié)晶最先被破壞,其次是A-型結(jié)晶,淀粉顆粒最終呈現(xiàn)出無定型結(jié)構(gòu)。Thys等[28]發(fā)現(xiàn)B-型結(jié)晶對堿的耐受能力不如A-型結(jié)晶,堿處理使得C-型結(jié)晶中的B-型結(jié)晶分解,導(dǎo)致C-型淀粉結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)锳-型結(jié)晶。C-型結(jié)晶同樣可以轉(zhuǎn)化為B-型結(jié)晶,Wang等[29]的研究表明,使用退火處理可以使C-型淀粉結(jié)晶中的A-型結(jié)晶轉(zhuǎn)化為B-型晶體,發(fā)生這種現(xiàn)象的原因是由于在退火過程中,A-型結(jié)晶的雙螺旋中滲入了水分子,支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生重排,導(dǎo)致單斜晶體向六方晶體轉(zhuǎn)化,而且B-型晶體較A-型晶體對退火處理耐受性更強(qiáng)[30]。高靜水壓處理同樣可以使C-型結(jié)晶和A-型結(jié)晶向B-型結(jié)晶轉(zhuǎn)化,在高靜水壓條件下,A-型結(jié)晶也會發(fā)生結(jié)構(gòu)重排,導(dǎo)致B-型結(jié)晶的出現(xiàn)[31-32]。由此可以看出,A-型晶體轉(zhuǎn)變?yōu)镃-型晶體的過程大致可以概括為A-型晶體向B-型晶體的不完全轉(zhuǎn)化,B-型晶體同樣可以向著C-型和A-型晶體發(fā)生轉(zhuǎn)變。Jiranuntakul等[33]使用濕熱處理法將馬鈴薯淀粉由B-型結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)镃-型結(jié)晶,并增強(qiáng)了淀粉的抗消化性。

3 淀粉改性技術(shù)對淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的影響

3.1糊化與老化過程中淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的變化

圖3 淀粉顆粒從糊化到老化發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化[2]Fig.3 The transformation of starch granule structure from gelatinization to retrogradation[2]注:Ⅰ:天然淀粉顆粒;Ⅱa:糊化過程中淀粉顆粒膨脹;Ⅱb:淀粉顆粒結(jié)構(gòu)破壞,直鏈淀粉溢出;Ⅲa:老化階段,直鏈淀粉雙螺旋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成;Ⅲb:儲藏階段,支鏈淀粉形成有序晶體結(jié)構(gòu)。

糊化是淀粉在食品加工中最常見的結(jié)構(gòu)變化之一,在糊化過程中(圖3:Ⅱa-Ⅱb),淀粉顆粒結(jié)構(gòu)首先發(fā)生膨脹吸水導(dǎo)致體積變大,之后顆粒結(jié)構(gòu)被破壞,分布于無定型結(jié)構(gòu)和顆粒中心的直鏈淀粉暴露出來,淀粉體系呈糊狀液體。在這個過程中淀粉顆粒淀粉失去雙折射現(xiàn)象,晶體結(jié)構(gòu)逐漸消失。體系溫度的降低以及貯藏階段常伴隨著老化過程(圖3:Ⅲa-Ⅲb)。在降溫過程中,糊化階段暴露出來的直鏈淀粉很容易形成雙螺旋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),即老化直鏈淀粉;長期的貯藏過程則導(dǎo)致支鏈淀粉中較長的分支形成有序的晶體結(jié)構(gòu),加劇了淀粉的老化作用[2]。

老化過程在大多淀粉類食品加工中對食品品質(zhì)造成不良影響,如導(dǎo)致烘焙類食品組織變硬、結(jié)構(gòu)松散、彈性消失等不良變化。在一些特定的食品,如粉條、米線、蒸谷米、土豆泥等食品,淀粉老化在改善食品口感質(zhì)地方面起到了重要作用。在食品的加工業(yè)中,食品的原料和添加物對淀粉老化具有較大的影響,如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和酚類等物質(zhì)常常在食品的糊化過程中與淀粉發(fā)生相互作用,一方面阻礙了水分子的滲透作用,從而抑制了直鏈淀粉的溶出;另一方面,復(fù)合體系形成了空間位阻,抑制了直鏈淀粉的游移和支鏈淀粉的重結(jié)晶作用[2]。適度控制食品體系中的水分含量,對于淀粉老化的抑制也有重要意義[2,20]。

3.2物理改性對淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的影響

超高壓處理技術(shù)最早出現(xiàn)于19世紀(jì)末,由于其在非熱條件下可以對食品起到殺菌滅酶而被廣泛的應(yīng)用于食品研究中。超高壓處理還常被應(yīng)用在淀粉改性領(lǐng)域中,以靜態(tài)水為介質(zhì)傳遞高壓,引起淀粉顆粒、結(jié)晶結(jié)構(gòu)以及理化性質(zhì)的改變。本課題組研究表明,隨著靜水壓力升高,C-型淀粉結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)锽-型,淀粉結(jié)晶程度下降,顆粒分子量降低但尺寸增加[31,34-36]。Liu等[37]研究發(fā)現(xiàn),隨著處理壓力的升高,蕎麥淀粉顆粒表面變得更為粗糙。使用120～480 MPa處理并不能改變淀粉結(jié)晶類型,當(dāng)壓力達(dá)到600 MPa時,淀粉由A-型結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)锽-型結(jié)晶。Yang等[38]使用小角X-射線散射發(fā)現(xiàn)超高壓處理后淀粉的片狀結(jié)晶厚度增加,表明超高壓作用促使水分進(jìn)入了淀粉的晶體結(jié)構(gòu)。Li等[39]發(fā)現(xiàn)在600 MPa的處理條件下,淀粉完全糊化,結(jié)晶結(jié)構(gòu)隨著處理壓力的升高而消失。

淀粉作為主糧食品的重要成分,在輻射處理過程中很容易導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。經(jīng)過γ-射線處理的淀粉表面常出現(xiàn)裂紋[40]。高劑量的γ-射線輻照處理常引起淀粉顆粒內(nèi)有序結(jié)構(gòu)發(fā)生紊亂,偏光十字消失,結(jié)晶區(qū)域比例下降,而支鏈淀粉的分支度升高[41-42]。Sofi等[43]使用廣角X-射線衍射對輻照處理后的淀粉進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)γ-射線使淀粉結(jié)晶衍射強(qiáng)度明顯下降,說明有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。

研究表明,超聲波處理淀粉可以制得多孔淀粉,Sujka等[44]發(fā)現(xiàn)相比于小麥、大米和馬鈴薯淀粉,超聲波導(dǎo)致玉米淀粉產(chǎn)生的孔隙孔徑較小。Hu等[45]發(fā)現(xiàn)雙頻超聲波可以使淀粉表面產(chǎn)生更多的空穴,甚至導(dǎo)致淀粉表面被破壞。Chang等[46]使用超聲波法制得了淀粉納米顆粒,有效的降低了其生產(chǎn)成本。

濕熱法是最常見的淀粉改性方法之一,在濕熱改性過程中,淀粉的顆粒形貌、晶體結(jié)構(gòu)以及分子鏈都會受到影響。Wang等[47]發(fā)現(xiàn)濕熱改性破壞了淀粉顆粒的完整性,促使淀粉鏈重排,并提升了慢消化淀粉的含量。Huang等[48]發(fā)現(xiàn)脫支-濕熱法處理得到的抗性淀粉和慢消化淀粉明顯高于脫支處理后的淀粉。Tan等[49]發(fā)現(xiàn)濕熱法可以降低淀粉分子量,提高直鏈淀粉含量,降低淀粉結(jié)晶度。

3.3化學(xué)改性對淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的影響

酸處理是最常見的淀粉改性和研究方法之一。在模擬體外消化過程中,酸常用于模擬人體中的胃液,對進(jìn)入小腸中的淀粉起到部分水解作用。酸水解可以導(dǎo)致淀粉結(jié)晶度升高,其原因可能是一方面酸水解促進(jìn)了淀粉分子鏈的重排,形成了更為有序的結(jié)構(gòu);另一方面酸水解導(dǎo)致直鏈淀粉形成雙螺旋結(jié)晶結(jié)構(gòu)[9]。酸水解法是研究C-型淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的常見方法。Wang等[21]發(fā)現(xiàn)酸首先分解山藥淀粉中的無定型生長環(huán),當(dāng)酸處理時間較長時,結(jié)晶生長環(huán)才開始分解;X-射線衍射結(jié)果表明無定型生長環(huán)呈B-型結(jié)構(gòu),而結(jié)晶生長環(huán)呈A-型結(jié)構(gòu)。

乙?；矸凼鞘褂靡宜狒麑μ烊坏矸刍蛩獾矸圻M(jìn)行改性而得到的多功能材料,其廣泛應(yīng)用于食品加工、生物可降解膜以及藥品控釋等領(lǐng)域。Shah等[50]將淀粉乙酰化制得RS4型抗性淀粉并研究了其結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)乙?；矸郾砻娈a(chǎn)生較多小孔,有助于對小分子產(chǎn)生包埋作用。García-Tejeda等[51]的研究表明,使用鹽酸預(yù)處理的蠟質(zhì)玉米淀粉經(jīng)乙?；幚砗髮ㄇ嗨氐陌衤矢摺ong等[52]發(fā)現(xiàn)使用脈沖電場輔助淀粉的乙?；^程可以節(jié)約時間,并提高乙酰基淀粉的取代度。

氧化淀粉因其具有較好的成膜性、穩(wěn)定性、吸附性和高透光性而常應(yīng)用于食品加工、紡織、醫(yī)藥和造紙等工業(yè)。在工業(yè)生產(chǎn)中,次氯酸鈉是生產(chǎn)氧化淀粉最為常用的氧化劑。Vanier等[53]發(fā)現(xiàn)氧化作用增加了淀粉中羧基和羰基的含量,使得淀粉的水溶性提升,而凝膠強(qiáng)度和相對結(jié)晶度降低。Li等[54]的研究表明氧化作用導(dǎo)致淀粉顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,并使淀粉的結(jié)晶類型發(fā)生轉(zhuǎn)變。Zhang等[55]使用氧化淀粉和甘油制得了一種韌性較強(qiáng)的熱塑性淀粉,為綠色環(huán)保型材料的發(fā)展提供了新思路。

4 展望

我國淀粉產(chǎn)量巨大,淀粉在食品、醫(yī)藥、輕紡、化工等加工領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。研究淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)和晶體構(gòu)造不僅可以為研究改性淀粉結(jié)構(gòu)提供理論基礎(chǔ),還增強(qiáng)了改性技術(shù)的針對性,從微觀上指導(dǎo)了變性淀粉的研究方向。目前而言,對于淀粉顆粒中的生長環(huán)結(jié)構(gòu)和小體結(jié)構(gòu)研究較少,關(guān)于兩者之間的構(gòu)效關(guān)系尚不明朗,改性對生長環(huán)和小體結(jié)構(gòu)影響的研究較為匱乏。根據(jù)淀粉的結(jié)晶特性對淀粉進(jìn)行改性的研究以及改性后淀粉的微觀結(jié)構(gòu)的研究也較少。因此,針對淀粉微觀結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)更多去探索改性對淀粉微觀結(jié)構(gòu)的影響,加強(qiáng)淀粉結(jié)晶轉(zhuǎn)化的工業(yè)應(yīng)用研究?？偠灾?淀粉作為一種綠色環(huán)保的多功能材料,其在改性開發(fā)方面具有廣闊的前景。

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Researchprogressinstarchmicro-architectureandcrystaltransformation

KANGYu-jie1,JIAXiang-ze1,2,ZHENGShao-ting1,SUNSi-wei1,2,CHENJing-yan1,GUOZe-bin1,2,*

(1.College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China;2.Fujian Provincial Key Laboratory of Quality Science and Processing Technology in Special Starch,Fuzhou 350002,China)

The micro-architecture and crystal structure of starch granule are not only closely related to food texture,processability,and digestibility,but also endow starch with extensive adjustability. The broad-spectrum application in food processing,chemical industry and pharmacy makes starch a critical functional material in various fields. In this review,advances of late years in starch granule micro-structure were introduced. The correlation between crystal type and granular structure was discussed. Transformation amongst different crystals and effects of modifications on granule structure were also investigated.

starch granule architecture;crystal transformation;modification

TS231

A

1002-0306(2017)19-0316-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.19.058

2017-06-09

康昱倢(1996-)，女，本科，研究方向：食品營養(yǎng)與化學(xué)，E-mail：18965016672@163.com。

*通訊作者:郭澤鑌(1986-)，男，博士，副教授，研究方向：食品營養(yǎng)與化學(xué)，E-mail：gzb8607@163.com。

國家自然科學(xué)基金(31501485)；福建農(nóng)林大學(xué)杰出青年科研人才計劃項目(xjq201618)；福建農(nóng)林大學(xué)高水平大學(xué)建設(shè)項目(612014042)。