大米是天然无麸质的优质碳水化合物来源,在传统食品升级与新型功能性食品研发中占据重要地位。粽子、汤圆、米粉等淀粉基食品的质构品质与消化特性,主要由大米淀粉的糊化与回生行为决定,而这两者又与淀粉自身的结构及理化性质密切相关。天然大米淀粉存在固有缺陷,例如抗剪切强度弱、耐热耐酸性差、易发生回生老化,极大限制了其工业化应用范围。淀粉改性是指通过物理、化学或生物手段改变原淀粉的分子结构与理化特性,既能有效改善上述不足,还可赋予淀粉特定功能特性,进一步拓宽其在食品加工领域的应用场景。
目前已有多种改良淀粉性能的技术手段,包括热处理、物理改性、化学改性及酶法改性等。化学改性因需使用高浓度试剂,存在潜在健康风险;酶法改性则受酶热稳定性差、成本偏高等问题制约。在消费者对安全优质食品需求日益提升的背景下,物理改性凭借安全高效的优势,受到学界与产业界的广泛关注。
超声处理属于非热物理改性技术,适用于制备轻加工食品。在液固体系中,高频声场可产生周期性空化泡,空化泡溃灭时会形成极强的瞬时局部热效应、剪切力与自由基,使淀粉颗粒产生裂纹、孔洞等机械损伤,破坏淀粉分子结构,进而实现改性作用。相较于蜡质淀粉,玉米、绿豆、大米等高直链淀粉淀粉对超声作用的耐受度更高。有研究表明,在25~65℃温度区间与5~15 min超声时长范围内,二者是影响超声改性玉米淀粉功能特性与流变特性的主要因素,而淀粉质量分数(10%~20%)及超声振幅(50%、100%)影响相对较小。经超声改性后的淀粉通常溶解度与膨润力提升,糊化焓降低,且可基本保留原淀粉晶体结构。
湿热处理也是常用的物理改性方式,主要分为调湿热处理与退火处理两类。两种处理方式均在高于淀粉玻璃化转变温度、低于糊化温度条件下进行,可提升淀粉糊化温度、降低淀粉糊黏度。此外,在中高水分条件下将淀粉悬浮液加热至糊化温度以上进行糊化处理,能够彻底破坏淀粉晶体结构。单一改性淀粉在实际应用中存在性能短板,因此兼具协同增效作用的复合改性技术成为研究热点,可全面优化淀粉各项功能特性。
双重物理改性属于同种方式复合改性,可在不使用化学试剂的前提下实现淀粉结构与性能调控,应用前景广阔。例如双重热处理可提升米粉热稳定性;超声-湿热双重改性已成功应用于多种淀粉,既能改善小麦淀粉3D打印浆料适配性,也可增强豇豆淀粉的热稳定性与抗消化性。