临界熔融协同冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物理化及结构特性的影响

吴楚云; 陈慧敏; 吴颖; 徐梦蝶; 李菁菁; 李欣雨; 张琛

doi:10.13386/j.issn1002-0306.2023030101

临界熔融协同冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物理化及结构特性的影响

扬州大学食品科学与工程学院，江苏扬州 225127

基金项目: 国家自然科学基金-青年基金（32202070）；扬州大学大学生科技创新基金（X20220887）；江苏省自然科学基金青年项目（BK20200926）；中国博士后自然科学基金面上项目（2020M671627）；江苏省博士后自然科学基金（2020Z326）；扬州大学“青蓝工程”优秀青年骨干教师人才培养计划。

详细信息

作者简介:
吴楚云（2002−），女，本科，研究方向：食品质量与安全，E-mail：3145717287@qq.com

通讯作者:
张琛（1989−），女，博士，副教授，研究方向：碳水化合物资源开发与利用研究，E-mail：zhangchen@yzu.edu.cn。

中图分类号: TS232
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出版历程
- 收稿日期: 2023-03-08
- 网络出版日期: 2023-12-05
- 刊出日期: 2024-01-23

Effect of Critical Melting Combined with Freeze-thawing Treatment on Physicochemical and Structural Properties of Cassava Starch/Konjac Gum Composite

School of Food Science and Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, China

摘要

摘要: 以木薯淀粉（cassava starch，CS）和魔芋胶（konjac gum，KGM）为原材料，以“临界熔融-冻融”（critical melting and freeze-thawing，CMFT）为主要手段制备CS/KGM复配物，研究了临界熔融协同冻融处理对CS/KGM复配物理化性质及结构特性的影响。结果表明：CMFT有效促进了可溶性淀粉组分的释放，显著增加了其与KGM相互作用的位点。所制备的复配物耐热加工特性显著提升（溶解度、膨胀度显著降低），其中熔融起始温度从64.13 ℃（天然）增加至69.73 ℃（0.7% KGM， P<0.05）。CMFT还显著改善了复配物的糊化特性，其中崩解值从1246.00 mPa·s（天然）显著下降至949.12 mPa·s （0.7% KGM），而最终黏度从2182.00（天然）显著提高至2447.00 mPa·s（0.7% KGM，P<0.05）。此外，CMFT显著增加了复配物的相对结晶度（从22.19%增加到25.50%，P<0.05），表明复配物内部结构相对致密。较高浓度的KGM添加一定程度上促进了CMFT处理中CS与KGM间的协同作用。综上，该研究证明CMFT可通过部分弱化淀粉颗粒结构和释放可溶性淀粉组分增强CS/KGM协同作用，使所制备的复配物具有显著提高的耐热加工特性及糊化特性，并有望作为功能性复配材料应用到食品加工中。
- 木薯淀粉 /
- 魔芋胶 /
- 理化特性 /
- 临界熔融 /
- 冻融
Abstract: In present study, cassava starch (CS) and konjac gum (KGM) were used as the raw materials, and critical melting combined with freeze-thawing (CMFT) was employed as the main treatment for the preparation of CS/KGM composites. The study aimed to investigate the effects of CMFT on the physicochemical and structural properties of CS/KGM composites. The results demonstrated that CMFT effectively facilitated the release of soluble starches, which significantly increased the interaction sites with KGM. The prepared composite had a significantly increased thermal stability (significantly decreased water solubility and swelling power), in which the onset melting temperature of the CS/KGM composite after CMFT was increased significantly from 64.13 ℃ (native) to 69.73 ℃ (0.7% KGM, P<0.05). CMFT significantly improved the pasting properties of the composite, which decreased the breakdown viscosity from 1246.00 (Native) to 949.12 mPa·s (0.7% KGM), and increased the final viscosity from 2182.00 (Native) to 2447.00 mPa·s (0.7% KGM, P<0.05). In addition, CMFT contributed to a significant increase in the relative crystallinity of the composite from 22.19% to 25.50% (P<0.05), indicating the formation of a more compacted internal structure of the composite. The higher addition of KGM further promoted the CS/KGM synergistic effect during CMFT. Overall, the study suggested that CMFT enhanced the synergistic interaction of CS/KGM by partially weakening the granular structure and releasing soluble starches. The prepared composite by CMFT had significantly increased thermal stability and improved pasting properties, which are expected to be used as a functional material in food processing.
- cassava starch /
- konjac gum /
- functional properties /
- critical melting /
- freeze-thawing

HTML全文

木薯淀粉（cassava starch，CS）是广泛应用于食品加工的重要淀粉的来源，因其具有良好的增稠特性而备受关注。然而，天然木薯淀粉与其他种类的天然淀粉一样，在实际加工中存在耐热加工特性欠佳、糊化黏度不稳定、易老化等共性问题，极大地限制了其在食品、药品等领域的应用^[1−2]。亲水胶体是一类可溶于水的功能性多糖，常作为稳定剂、增稠剂和保湿剂应用于淀粉基食品^[3−5]。相关研究证实，适量的亲水胶体与淀粉复配可通过两者间产生的协同作用弥补天然淀粉在加工应用中的缺点^[6−10]。而魔芋胶（konjac gum，KGM）是一种具有良好的水溶性、凝胶性、稳定性的天然非离子亲水胶体，并因其具有抗衰老、降血糖、预防癌症等作用常用于各类健康食品及淀粉基食品加工^[11]。

淀粉-亲水胶体复配协同作用有效构建是淀粉基食品品质改良的关键^[12−13]。然而作为常用于食品加工的复配方法，即仅将淀粉与亲水胶体进行简单的混合复配使用却难以有效构建两者协同作用。这主要因为淀粉-亲水胶体简单复配所产生的相互作用大多借助弱静电作用并集中于颗粒表面。这种作用既有限也不稳定，特别是面临加热、剪切、挤压等实际食品加工环境中时，很容易出现淀粉与亲水胶体各自独立富集在混合体系中的情况，从而严重影响实际应用效果^[14−16]。由此可见，增强淀粉-亲水胶体复配协同作用是影响其实际应用效果的关键，然而这一问题还尚未引起足够关注。

相关研究表明，增加复配体系内可溶性淀粉组分可促进其与亲水胶体链间网络结构的形成，从而有效增强两者协同作用^[17]。而“临界熔融-冻融”是近几年提出的一种利用淀粉有序晶态体开始向无序化转变的临界温度为特点的“清洁标签”型物理手段，其可在保持淀粉颗粒形态完整的前提下，通过弱化淀粉内部刚性结构，高效浸出可溶性淀粉组分，并在冻融处理下通过可溶性组分间的纠缠缔合作用，实现淀粉颗粒结构的改性^{[14−16,18−20]}。

鉴于此，本研究拟以CS与KGM为研究基材，以“临界熔融-冻融”处理为主调控手段，通过部分熔融弱化淀粉颗粒内部结构，从而有效释放可溶性淀粉组分与KGM相互作用，并在此基础上，借助混合体系内水分子在冻融过程“液-固-液”两相态转变进一步促进可溶性淀粉组分-亲水胶体的链间缔合与重组行为，进而增强复配协同作用。本研究通过考察不同处理影响复配材料理化及结构特性变化规律，明确“临界熔融-冻融”增强CS/KGM协效性的效果，为改善天然淀粉在食品加工中的诸多问题和制备“洁净标签”型功能性天然淀粉复配材料提供新方案。此外，作为近几年来备受关注的功能性食品胶体，魔芋胶与木薯淀粉的复配研究也将有望为开发新型魔芋胶食品提供理论参考。

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

木薯淀粉　四川力甜实业有限公司（中国四川）提供；魔芋胶（konjac gum，KGM）　上海源叶生物科技有限公司（中国上海）提供。

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器　上海力辰邦西仪器科技有限公司；BCD-485WGHTDD9DYU1海尔四门冰箱　海尔智家股份有限公司；101-3B电热鼓风干燥器　长葛市明途机械设备有限公司；TechMaster RVA快速黏度分析仪　波通瑞华科学仪器（北京）有限公司（瑞典perten）；DSC8500差示扫描量热仪　美国Perkin Elmer公司；D8 Advance （Super speed）多晶X-射线衍射仪　德国Bruker-AXS公司；Philips XL30-ESEM扫描电子显微镜　荷兰Philips公司；Olympus bx43光学显微镜　苏州轩沃瑞智能科技有限公司；ZG001 INESA紫外分光光度计　嘉兴中冠电子科技有限公司；H1850R高速台式冷冻离心机　湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 木薯淀粉/魔芋胶复配物的制备

参考万可星^[21]的方法，稍作修改。预先制备浓度分别为 0.1%、0.3%、0.5%、0.7%的KGM溶液（m/m，基于总固体干基），然后按照2:3比例（m/m，总体系浓度40%）将木薯淀粉与KGM溶液充分搅拌混合，制得CS/KGM混合物。使用差示扫描量热仪（DSC）预先对木薯淀粉晶体熔融起始温度（To）进行测定。然后将制得的CS/KGM混合物于To温度的水浴锅中临界熔融加热1 h（64.13 ℃，critical melting，CM），再转移至−20 ℃的冰箱中冷冻12 h后于25 ℃下解冻2 h（freeze-thawing，FT）。最后，使用60 ℃的对流烘箱将所制备的样品进行干燥，使用研磨机将制得的复配干物研磨成粉末，并通过200目筛后密封保存备用。其中本文以天然木薯淀粉（CS）、简单混后制得CS/KGM复配干物（未经处理的，control，Con）和FT所制得的CS/KGM复配干物作为对照进行实验。

1.2.2 颗粒微观结构观察

使用扫描电子显微镜（SEM）对木薯淀粉/魔芋胶复配物的颗粒表面微观结构进行观察。将复配物粉末固定在圆形金属载物器上，在真空条件下喷金后使用扫描电子显微镜在15.0 kV下观察。所有样品放大倍数为3000。

1.2.3 可溶性淀粉浸出量测定

参考王诗怡^[22]的方法，稍作修改。将各种条件处理下制备好的样品（干燥前）转移至离心管中，在3500 r/min下离心10 min，获得样品上清液。取5 mL上清液于容量瓶中，随后加入几滴碘液（I₂ 0.2%+KI 2%），用蒸馏水定容至100 mL容量瓶刻度线处。避光静置10 min，取出适量溶液，在波长680 nm下用1 cm比色皿测定其吸光度值，以获得各处理条件下可溶性淀粉组分的浸出量。

1.2.4 淀粉颗粒形态和偏光十字观察

用偏光显微镜对处理前后复配物颗粒的形态和偏光十字进行观察，并模拟不同加热温度考察复配物颗粒糊化进程。将制备好的复配物分散在去离子水中，配制成浓度为1%（m/v）的淀粉悬浮液，充分涡旋后取适量置于偏光显微镜下，观察处理前后复配物颗粒的偏光十字及其形态的变化。

1.2.5 糊化进程中淀粉颗粒形态和偏光十字观察

参考Zhang等^[15]的方法。将制备好的复配物分散在去离子水中，配制成浓度为1%（m/v）的淀粉悬浮液，分别在50、70和90 ℃下搅拌并加热30 min，模拟热加工环境考察复配物的颗粒糊化进程，加热结束后将复配物冷却至室温后，于偏光显微镜下，观察复配物颗粒在不同加热环境下的形态及偏光十字结构变化。所有样品均在放大400倍和600倍的条件下进行观察。

1.2.6 溶解度、膨胀度、水结合力测定

参考Zhang等^[23]的方法。称取0.5 g（干基）样品，记为W。置于离心管中，然后加入25 mL去离子水混匀，于50、70和90 ℃的水浴中分别搅拌30 min，待冷却至室温后，于3000 g条件下离心20 min。离心后，将上清液倒入恒重的铝盒内，置于105 ℃烘箱中烘干至恒重后称量，其质量记为A。离心后留在离心管中的沉淀物质量即为膨胀淀粉质量，记为P。溶解度（WSI）、膨胀度（SP）、水结合力（WHC）的计算公式如下：

WSI (%) = \frac{A}{W} \times 100

$\text{WSI}\left(\text{%}\right)=\frac{\mathrm{A}}{\mathrm{W}}\times 100$

SP (%) = \frac{P}{W \times (100 - W S I)} \times 100

$\text{SP}(\text{%})=\frac{\mathrm{P}}{\mathrm{W}\times(100-\mathrm{W}\mathrm{S}\mathrm{I})}\times100$

W H C (g / g) = \frac{P - W}{W}

$\rm {WHC}(g/g)=\frac{\mathrm{P}-\mathrm{W}}{\mathrm{W}}$

式中，A-上清液干燥至恒重后的质量，g；W-样品质量（干基），g；P-沉淀物的质量，g。

1.2.7 透光率测定

参考王承彦^[10]的方法。称取0.5 g（干基）样品于烧杯中，加入50 mL去离子水，制备1%（m/v）的复配物悬浮液。随后将制备好的悬浮液置于95 ℃的水浴锅中加热20 min，并不断搅拌直到悬浮液形成黏稠的淀粉糊。淀粉糊在室温下冷却后分别储存0、24、48 h，用紫外分光光度计在620 nm处测定复配物糊的吸光度，以纯水为空白对照（假设纯水的吸光度为100%）。每个样品测量三次，取平均值。

1.2.8 差示扫描量热测定

参考Zhang等^[18]的方法。使用差示扫描量热仪（DSC）测定木薯淀粉/魔芋胶复配物的热力学特性。称取一定量的样品置于铝样品坩埚内，加水并压片密封，在4 ℃下平衡24 h。测定条件：在20~100 ℃下扫描，扫描速率为5 ℃/min。用空白坩埚作对照。每次测量三次，取平均值。

1.2.9 糊化特性测定

参考蔡旭冉等^[5]的方法，稍作修改。使用快速黏度分析仪（RVA）测定木薯淀粉/魔芋胶复配物的糊化特性。制备质量分数为7%的样品悬浮液后，将样品转移至RVA仪器上进行测定。测定条件：在50 ℃下以960 r/min的速度工作1 min，然后以160 r/min的速度匀速搅拌使其糊化。随后，以10 ℃/min的速率将其加热到95 ℃，并保持3 min，再在10 ℃/min的速率下冷却至50 ℃，保持2 min。糊化结束后获得RVA糊化曲线，并对其糊化参数进行分析。

1.2.10 X-射线衍射

参考李远等^[6]的方法，稍作修改。使用X-射线衍射仪分析木薯淀粉/魔芋胶复配物的XRD图谱和相对结晶度（RC%）。测定条件：射线为单色Cu-Kα，波长为λ=0.154 nm，电压为40 kV，电流为40 mA，衍射角（2θ）的旋转范围为5°~40°，扫描速度为3°/min，步长为0.02°。测试结束后获得XRD图谱，并使用Jade软件（Version 6.0，Materials Data，Inc，Livermore，California，USA）根据下式计算样品相对结晶度（RC%）：

RC (%) = (\frac{IC}{I C + I A}) \times 100

$\text{RC}\left(\text{%}\right)=\left(\frac{\text{IC}}{\mathrm{I}\mathrm{C}+\mathrm{I}\mathrm{A}}\right)\times 100$

式中，RC-淀粉的相对结晶度，%；IC-晶区累积衍射强度；IA-非晶区累积衍射强度。

1.3 数据处理

所有实验结果均为3次测量的平均值±标准差。通过方差分析（ANOVA）和Duncan的多量程检验（SPSS 25.0）对实验数据进行统计分析，显著性水平设置为P<0.05，使用Origin 9.1作图。

2. 结果与分析

2.1 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物表面微观结构及可溶性淀粉释放的影响

图1a~b分别为天然淀粉及复配物颗粒表面微观结构及各处理后可溶性组分释放情况。如图1a所示，CS颗粒形状大多呈有缺口的球形，大小不一，表面光滑，与前人报道相吻合^[1]。Con和FT所制备的复配物颗粒表面微观结构与CS相比均无明显差异，这表明简单地将CS与KGM混合并不会对淀粉颗粒表面结构产生实质性影响。相比之下，CMFT所制备的复配物呈现熔融聚集态，且颗粒表面粗糙，附着有一层络合物基质。CMFT处理中颗粒结构的弱化及部分熔融，使其相互聚集，从而形成较大簇状结构。此外，CMFT引起淀粉颗粒结构熔融弱化的同时，也有效促进了可溶性淀粉组分的释放（图1b），这些溶出的可溶性组分很容易与颗粒外部的KGM发生纠缠缔合作用^[24]。因此附着在淀粉颗粒表面的基质很可能是可溶性淀粉与KGM间的络合物，并可能由此进一步改变复配物的功能及结构特性。

图 1 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物颗粒表面微观结构及可溶性淀粉溶出的影响

注：（a）、（b）以0.1% KGM添加量为代表展示；图（b）中小写字母代表不同处理样品间有显著性差异（P<0.05），图3~图4同。

Figure 1. Effect of critical melting and freeze-thawing treatments on the surface microstructure and soluble starch release of cassava starch/konjac gum composite

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2.2 木薯淀粉/魔芋胶复配物的淀粉颗粒形态及偏光十字

如图2所示，CS颗粒形态呈卵形或半球形，表面光滑完整，具有明亮的偏光十字，表明具有高度有序的结构和强烈的分子取向^[25]。与CS相比，Con和FT制备的复配物颗粒形态与偏光十字均无显著变化，且KGM添加量对颗粒特性的影响也较小。这说明仅将KGM与CS简单混合或单纯地增加KGM添加量，很难通过影响颗粒内部分子取向改变两者间的相互作用。相比之下，CMFT处理后部分复配物颗粒轮廓开始变得模糊，部分颗粒呈现熔融聚集态，且偏光十字亮度削弱。这与图1a的结果一致。该结果表明CMFT通过熔融弱化淀粉内部结构改变了颗粒的内部分子取向，从而为释放更多的可溶性淀粉组分与KGM相互作用提供了有利条件。此外，经CMFT处理后的复配物颗粒形态仍保存完整，这说明在淀粉晶体熔融起始温度下加热并不会破坏淀粉颗粒的形态，在很大程度上保证了复配物的加工特性。

图 2 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物颗粒形态及偏光十字的影响

注：（a-1）为400倍镜光学显微镜下观察的图片；（a-2）为600倍镜光学显微镜下观察的图片（代表性组图，魔芋胶添加量为0.1%）。

Figure 2. Effect of critical melting and freeze-thawing treatments on morphology and polarization cross of cassava starch/konjac gum composite

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2.3 糊化过程中木薯淀粉/魔芋胶复配物的颗粒形态、偏光十字、溶解度、膨胀度和水结合力变化

图3a、b分别展示了CS/KGM复配物在糊化进程中（50、70和90 ℃）颗粒形态和偏光十字结构以及溶解度（WSI）、膨胀度（SP）和水结合力（WHC）的变化。如图3所示，CS在50 ℃加热时与处理组无显著差异，但温度升高至70和90 ℃时，CS显示出最高的WSI、SP和WHC，且颗粒高度糊化，这表明CS对热敏感度极高，具有较差的耐热加工特性。

图 3 临界熔融-冻融制备的木薯淀粉/魔芋胶复配物分别在50、70和90 ℃加热下的颗粒形态和偏光十字（a）、溶解度、膨胀度及水结合力（b）变化

Figure 3. Changes of morphology and polarized cross （a）, water solubility, swelling power, and water holding capacity（b） in CMFT prepared cassava starch/konjac gum composites during heating at 50, 70, and 90 ℃, respectively

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与CS相比，在70和90 ℃加热后Con和FT处理显著降低了复配物的WSI、SP和WHC，且随着KGM添加量的增加而变得更为显著（P<0.05）。相关研究表明适当的亲水胶体添加可通过保护淀粉颗粒，从而降低其在加热中溶胀程度，提高耐热加工性^[16,20−21]。然而值得注意的是，KGM的保护作用十分有限，正如图3a所示，在90 ℃加热后，所制备的复配物的颗粒形态以及偏光结构与高度糊化的CS之间无明显差异，即使在0.7% KGM添加量下也是如此。该结果表明无论是简单地将CS和KGM混合还是FT处理均难以有效改善复配物耐热加工敏感性。

与Con和FT相比，CMFT处理进一步降低了淀粉的WSI、SP和WHC（图3b），这表明CMFT所制备的复配物结构相对致密，对热加工具有良好的耐受性。此外，如图3a所示，CMFT所制备的复配物无论在50、70 ℃还是90 ℃加热后，均可清晰地观察到受热膨胀的淀粉颗粒（尽管双折射在70和90 ℃加热后消失）。这表明CMFT所制备的复配物结构相对致密，对热加工具有良好的耐受性。这些变化也是CS/KGM协同作用增强的重要体现。CMFT可通过熔融弱化淀粉颗粒结构有效释放内部可溶性淀粉组分，这些释放的可溶性组分可通过形成新的或增强原有的氢键作用来促进其与KGM间聚合网络的形成，从而使复配物结构较为致密，不易受热加工影响^[15,19,23]。此外，淀粉内部结构的部分熔融也使剩余的颗粒结晶区域结构更紧密，更趋于完美，从而进一步抑制了淀粉的水合作用。

2.4 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物透光率的影响

淀粉糊透光率可通过测定其紫外吸光度来表征，主要反映淀粉的糊化和回生程度^[26]。如图4所示，CS在储存时间为0 h时透光率为61.5%，随着储存时间的增加透光率不断提升，在储存24 h和48 h后透光率分别上升到64.5%和69.7%。相比之下，Con和FT均降低了淀粉糊的透光率，且随着KGM添加量的增加而进一步降低。这主要是因为KGM可通过竞争用于淀粉糊化的水分而抑制淀粉颗粒吸水膨胀，使淀粉糊化程度下降，从而降低了透光率^[27]。这表明KGM的添加可以抑制淀粉颗粒溶胀。然而，随储存时间增加，透光率逐步升高，同时淀粉糊明显稀化现象（类似水），说明简单混合以及FT处理时，KGM与CS相互作用有限，主要借助颗粒表面的弱氢键作用实现。因此随着储存时间增加CS与KGM间的弱氢键作用逐渐弱化，从而使复配物糊化后储存稳定性较差。与Con及FT相比，CMFT进一步降低了复配物糊的透光率，且随着KGM添加量的增加而不断降低，表明CMFT处理促进了CS/KGM间的相互作用，从而使所制备的复配物耐热糊化。与CS，Con和FT相比，CMFT所制备的复配物透光率在储存24和48 h后降低，这说明CMFT处理显著降低了糊化后淀粉分子重结晶回生程度^{[20,26,28−29]}。

图 4 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物的透光率影响

Figure 4. Effect of critical melting and freeze-thawing treatments on light transmittance of cassava starch/konjac gum composite

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2.5 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物热力学特性的影响

淀粉热力学特性指淀粉分子在加热糊化的过程中，双螺旋晶体相转变温度与吸热焓等变化情况^[30]。如表1所示，CS的熔融起始温度（To）、峰值温度（Tp）和终止温度（Tc）分别为64.13、67.83、71.46 ℃，热焓值（ΔH）为12.75 J/g。To是淀粉结构熔融的开始温度，对表征淀粉在加热过程中的结构稳定性至关重要。与CS相比，Con略微增加了复配物的熔融温度To，而FT显著增加了复配物的To，这两种处理效果均随着KGM添加量的增加而增加，表明KGM的添加可显著影响CS的热学性质。结合前文结果可推测，这种效果主要归因于KGM本身的作用。因为KGM很可能通过弱氢键作用附着在CS颗粒外部，并通过剥夺水分子降低淀粉晶体熔融过程中所需水分（特别是游离水），从而抑制淀粉熔融^[20,28,31]。

表 1 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物热力学特性的影响

Table 1. Effect of critical melting and freeze-thawing treatments on thermal properties of cassava starch/konjac gum composite

样品	KGM 添加量（%）	熔融起始温度To（℃）	熔融峰值温度Tp（℃）	熔融终止温度Tc（℃）	熔融热焓值 △H（J/g）
CS	−	64.13±0.38^f	67.83±0.13^de	71.46±1.24^b	12.75±0.23^a
Con	0.1	64.25±0.33^f	67.52±0.11^e	72.55±0.49^ab	12.86±0.14^a
	0.3	64.28±0.28^f	67.70±0.21^e	72.60±0.66^ab	13.11±0.32^a
	0.5	64.54±0.31^f	67.79±0.02^de	71.66±0.83^b	10.54±1.04^cd
	0.7	65.16±0.13^ef	68.46±0.24^de	74.99±2.06^a	12.30±0.11^ab
FT	0.1	65.52±0.51^def	68.77±0.66^cd	72.95±2.35^ab	10.76±0.00^cd
	0.3	66.38±0.71^cde	69.53±0.42^bc	72.37±1.52^ab	10.94±0.26^cd
	0.5	66.96±0.71^bcd	69.91±0.40^b	72.19±1.22^ab	11.03±0.21^cd
	0.7	67.25±0.11^bc	69.75±0.70^bc	71.79±1.53^b	10.02±0.56^d
CMFT	0.1	67.57±0.23^bc	70.00±0.36^b	72.38±0.45^ab	10.66±0.92^cd
	0.3	67.62±0.16^bc	69.70±0.07^bc	72.34±0.77^ab	11.19±0.12^bcd
	0.5	67.94±0.33^b	70.43±0.37^b	73.51±0.45^ab	11.26±0.89^bcd
	0.7	69.73±1.87^a	71.37±0.84^a	73.31±0.55^ab	11.34±0.54^bc
注：同列小写字母代表不同处理样品间有显著性差异（P<0.05）；表2同。

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相比之下，CMFT进一步提高了复配物的熔融温度，即To、Tp和Tc显著升高至69.73、71.37和73.31 ℃（0.7% KGM）。这些变化可以从两个方面解释。一方面CMFT可通过颗粒结构的部分熔融释放可溶性淀粉，使得内部支链淀粉重新聚集成更有序且稳定的螺旋结构，从而使剩余晶体结构区域趋于完美，与湿热处理效果类似^{[15-16,18,32−33]}。另一方面所释放的可溶性淀粉组分与KGM可通过分子内和分子间氢键作用相互纠缠缔合，从而进一步增加两者间的协同作用，有助于更致密抗热熔结构的形成^[21,23]。CMFT处理后ΔH的降低表明淀粉晶体结构部分破坏，这也为可溶性淀粉释放提供了证据。

综合图1~图4以及表1结果，可表明CMFT可通过部分熔融弱化淀粉内部结构，促进可溶性淀粉组分的释放与KGM相互作用，使所制备的复配物具有显著增加的耐热加工特性。

2.6 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物糊化特性的影响

淀粉的糊化特性是反映淀粉热加工品质的重要指标之一^[34]。表2为CS和CS/KGM复配物的糊化黏度值。如表2所示，Con和FT所制备的复配物糊化特性与CS相比无明显差异，但当KGM添加量为0.7%时，复配物的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、回生值和最终黏度均有所增加，这主要归因于较高浓度的KGM可增加体系的物理黏度，从而使复配物糊化黏度升高^[15]。与CS、Con和FT相比，CMFT（0.7% KGM）显著改善了复配物的糊化特性，其中峰值黏度和崩解值分别从2574.01、1246.00 mPa·s（CS）显著下降至2397.10、949.12 mPa·s（P<0.05），而峰值时间、糊化温度和最终黏度分别从4.13 min、72.44 ℃ 和2182.00 mPa·s（CS）显著提高至4.67 min、73.70 ℃ 和2447.00 mPa·s（P<0.05）。这表明复配物耐热和耐剪切能力显著增加，且糊化需要更高的温度及更多的时间。此外，临界熔融处理使淀粉分子内和分子间的氢键断裂，淀粉颗粒变得松散并释放出可溶性淀粉组分与KGM产生协同作用，从而显著提高了最终黏度，这也是CS/KGM协效性增强的重要表现^{[20,28,31,35]}。综上，CMFT处理显著改变了淀粉的糊化行为，所制备的复配物不仅具有良好耐热性和耐剪切性，还具有显著改善的糊化黏度。

表 2 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物糊化特性的影响

Table 2. Effect of critical melting and freeze-thawing treatments on the gelatinization characteristics of cassava starch/konjac gum composite

样品	KGM添加量（%）	黏度参数（mPa·s）					峰值时间（min）	糊化温度（℃）
样品	KGM添加量（%）	峰值黏度	谷值黏度	崩解值	最终黏度	回生值	峰值时间（min）	糊化温度（℃）
CS	−	2574.01±0.71^bc	1328.50±5.66^g	1246.00±4.95^b	2182.00±6.36^ef	854.50±12.02^cd	4.13±0.00^d	72.44±0.06^b
Con	0.1	2435.12±25.46^ef	1328.00±6.36^g	1108.10±31.11^d	2137.24±76.37^f	810.00±82.02^d	4.15±0.03^d	72.28±0.25^b
	0.3	2512.28±7.07^cd	1364.20±11.31^ef	1148.00±4.24^cd	2222.12±11.31^de	858.10±22.63^cd	4.10±0.05^d	72.08±0.67^b
	0.5	2607.00±38.89^b	1413.00±12.02^bcd	1194.21±26.87^bc	2305.45±28.28^cd	893.00±16.26^bcd	4.13±0.09^d	72.05±0.64^b
	0.7	2730.00±45.25^a	1411.32±4.95^bcd	1320.00±50.20^a	2349.00±11.31^bc	939.00±16.26^abc	4.10±0.05^d	71.90±0.28^b
FT	0.1	2469.50±26.16^de	1347.10±6.36^fg	1122.20±32.53^d	2200.52±43.84^ef	854.20±50.20^cd	4.10±0.05^d	72.43±0.04^b
	0.3	2564.45±27.58^bc	1380.20±1.41^de	1184.15±28.99^c	2252.10±75.66^de	872.43±74.25^cd	4.10±0.05^d	72.45±0.00^b
	0.5	2538.00±33.23^c	1389.12±8.49^de	1149.20±24.75^cd	2261.00±27.58^de	872.10±19.09^cd	4.13±0.00^d	72.05±0.64^b
	0.7	2708.24±34.65^a	1404.10±2.83^cd	1304.10±31.11^a	2364.00±20.51^abc	960.20±17.68^ab	4.13±0.00^d	71.70±0.07^b
CMFT	0.1	2333.00±18.38^gh	1443.23±12.02^ab	891.00±6.36^f	2409.00±3.54^ab	966.00±15.56^ab	4.47±0.09^bc	73.75±0.49^a
	0.3	2305.00±39.60^h	1414.20±41.72^bcd	892.10±1.41^f	2381.00±39.60^abc	968.47±2.12^ab	4.60±0.19^ab	73.55±0.28^a
	0.5	2351.00±32.53^gh	1438.46±17.68^abc	914.00±14.85^ef	2421.27±0.00^ab	984.20±17.68^a	4.44±0.05^c	73.95±0.28^a
	0.7	2397.10±4.95^fg	1448.00±9.19^a	949.12±14.14^e	2447.00±1.41^a	1000.10±10.61^a	4.67±0.00^a	73.70±0.71^a

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2.7 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物结晶结构的影响

图5为CS与CS/KGM复配物的X-射线衍射曲线和相对结晶度。如图所示，CS属于典型的A型结晶结构，在15°、17°、18°、23°（2θ）处均有明显的衍射峰，相对结晶度为22.19%，这与先前报道的研究一致^[36]。Con、FT和CMFT处理后均未出现新的衍射峰，但衍射峰强度却发生了明显变化，且随着KGM的添加量增加而不断增加。

图 5 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物结晶结构的影响

Figure 5. Effect of critical melting and freeze-thawing treatment on the crystalline structure of cassava starch/konjac gum composite

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与CS相比，Con和FT制备的复配物相对结晶度分别增加到22.52%和23.77%（0.1% KGM），并随添加量的增加而增加。这表明KGM的添加可以通过改变颗粒表面固有的氢键作用来影响淀粉的晶体结构。CMFT进一步增加了复配物的相对结晶度，且随着KGM添加量的增加而增加。CMFT处理后颗粒内部结构的部分熔融弱化以及可溶性淀粉组分的释放不仅使颗粒内部螺旋簇的近晶-近晶相互转化或微晶重新定向，使复配物的宏观组织更趋于完美，还可通过可溶性淀粉组分与KGM间的相互作用，促进形成新的氢键或增强原有分子间/内部的氢键结合强度，以及促进复配物长程结构有序性^[31,35]。这些变化都是CS/KGM协同作用的增强的重要体现，也为前文中颗粒耐热加工特性的提升提供了重要依据。

3. 结论

本研究表明“临界熔融-冻融”（CMFT）显著增强了CS/KGM协同作用。颗粒内部结构的部分熔融弱化与可溶性淀粉的释放是增强其协效性关键。此外，KGM的添加量一定程度上促进了协同作用的增强。研究发现，经CMFT处理后的复配物颗粒形态仍保存完整，说明在淀粉晶体熔融起始温度下加热并不会破坏淀粉颗粒的形态，在很大程度上保证了复配物加工特性。与对照组相比，CMFT所制备复配物颗粒呈熔融聚集态，且颗粒表面粗糙附着有络合物基质。结合复配物颗粒形态、偏光十字结构以及可溶性淀粉组分释放实验可发现，附着于颗粒表面的基质可能是颗粒结构弱化过程中浸出的可溶性淀粉与KGM相互纠缠缔合形成络合物。CMFT显著降低了复配物溶解度、膨胀度、水结合力和透光率并显著提高了复配物热特性，表明CMFT通过可溶性淀粉组分与KGM纠缠缔合作用，有效抑制了颗粒的溶胀与水合作用，使复配物耐热加工特性显著提高。此外，CMFT所制备的复配物还具有显著改善的糊化特性和显著增加的相对结晶度，表明所制备的复配物具有更紧密有序的结构。综上，CMFT可作为增强CS/KGM协同作用的有效手段，且所制备的CS/KGM复配物具有显著提高的耐热加工特性和糊化特性。

图 1 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物颗粒表面微观结构及可溶性淀粉溶出的影响

注：（a）、（b）以0.1% KGM添加量为代表展示；图（b）中小写字母代表不同处理样品间有显著性差异（P<0.05），图3~图4同。

Figure 1. Effect of critical melting and freeze-thawing treatments on the surface microstructure and soluble starch release of cassava starch/konjac gum composite

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图 2 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物颗粒形态及偏光十字的影响

注：（a-1）为400倍镜光学显微镜下观察的图片；（a-2）为600倍镜光学显微镜下观察的图片（代表性组图，魔芋胶添加量为0.1%）。

Figure 2. Effect of critical melting and freeze-thawing treatments on morphology and polarization cross of cassava starch/konjac gum composite

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图 3 临界熔融-冻融制备的木薯淀粉/魔芋胶复配物分别在50、70和90 ℃加热下的颗粒形态和偏光十字（a）、溶解度、膨胀度及水结合力（b）变化

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图 4 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物的透光率影响

Figure 4. Effect of critical melting and freeze-thawing treatments on light transmittance of cassava starch/konjac gum composite

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图 5 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物结晶结构的影响

Figure 5. Effect of critical melting and freeze-thawing treatment on the crystalline structure of cassava starch/konjac gum composite

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表 1 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物热力学特性的影响

Table 1 Effect of critical melting and freeze-thawing treatments on thermal properties of cassava starch/konjac gum composite

样品	KGM 添加量（%）	熔融起始温度To（℃）	熔融峰值温度Tp（℃）	熔融终止温度Tc（℃）	熔融热焓值 △H（J/g）
CS	−	64.13±0.38^f	67.83±0.13^de	71.46±1.24^b	12.75±0.23^a
Con	0.1	64.25±0.33^f	67.52±0.11^e	72.55±0.49^ab	12.86±0.14^a
	0.3	64.28±0.28^f	67.70±0.21^e	72.60±0.66^ab	13.11±0.32^a
	0.5	64.54±0.31^f	67.79±0.02^de	71.66±0.83^b	10.54±1.04^cd
	0.7	65.16±0.13^ef	68.46±0.24^de	74.99±2.06^a	12.30±0.11^ab
FT	0.1	65.52±0.51^def	68.77±0.66^cd	72.95±2.35^ab	10.76±0.00^cd
	0.3	66.38±0.71^cde	69.53±0.42^bc	72.37±1.52^ab	10.94±0.26^cd
	0.5	66.96±0.71^bcd	69.91±0.40^b	72.19±1.22^ab	11.03±0.21^cd
	0.7	67.25±0.11^bc	69.75±0.70^bc	71.79±1.53^b	10.02±0.56^d
CMFT	0.1	67.57±0.23^bc	70.00±0.36^b	72.38±0.45^ab	10.66±0.92^cd
	0.3	67.62±0.16^bc	69.70±0.07^bc	72.34±0.77^ab	11.19±0.12^bcd
	0.5	67.94±0.33^b	70.43±0.37^b	73.51±0.45^ab	11.26±0.89^bcd
	0.7	69.73±1.87^a	71.37±0.84^a	73.31±0.55^ab	11.34±0.54^bc
注：同列小写字母代表不同处理样品间有显著性差异（P<0.05）；表2同。

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表 2 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物糊化特性的影响

Table 2 Effect of critical melting and freeze-thawing treatments on the gelatinization characteristics of cassava starch/konjac gum composite

样品	KGM添加量（%）	黏度参数（mPa·s）					峰值时间（min）	糊化温度（℃）
样品	KGM添加量（%）	峰值黏度	谷值黏度	崩解值	最终黏度	回生值	峰值时间（min）	糊化温度（℃）
CS	−	2574.01±0.71^bc	1328.50±5.66^g	1246.00±4.95^b	2182.00±6.36^ef	854.50±12.02^cd	4.13±0.00^d	72.44±0.06^b
Con	0.1	2435.12±25.46^ef	1328.00±6.36^g	1108.10±31.11^d	2137.24±76.37^f	810.00±82.02^d	4.15±0.03^d	72.28±0.25^b
	0.3	2512.28±7.07^cd	1364.20±11.31^ef	1148.00±4.24^cd	2222.12±11.31^de	858.10±22.63^cd	4.10±0.05^d	72.08±0.67^b
	0.5	2607.00±38.89^b	1413.00±12.02^bcd	1194.21±26.87^bc	2305.45±28.28^cd	893.00±16.26^bcd	4.13±0.09^d	72.05±0.64^b
	0.7	2730.00±45.25^a	1411.32±4.95^bcd	1320.00±50.20^a	2349.00±11.31^bc	939.00±16.26^abc	4.10±0.05^d	71.90±0.28^b
FT	0.1	2469.50±26.16^de	1347.10±6.36^fg	1122.20±32.53^d	2200.52±43.84^ef	854.20±50.20^cd	4.10±0.05^d	72.43±0.04^b
	0.3	2564.45±27.58^bc	1380.20±1.41^de	1184.15±28.99^c	2252.10±75.66^de	872.43±74.25^cd	4.10±0.05^d	72.45±0.00^b
	0.5	2538.00±33.23^c	1389.12±8.49^de	1149.20±24.75^cd	2261.00±27.58^de	872.10±19.09^cd	4.13±0.00^d	72.05±0.64^b
	0.7	2708.24±34.65^a	1404.10±2.83^cd	1304.10±31.11^a	2364.00±20.51^abc	960.20±17.68^ab	4.13±0.00^d	71.70±0.07^b
CMFT	0.1	2333.00±18.38^gh	1443.23±12.02^ab	891.00±6.36^f	2409.00±3.54^ab	966.00±15.56^ab	4.47±0.09^bc	73.75±0.49^a
	0.3	2305.00±39.60^h	1414.20±41.72^bcd	892.10±1.41^f	2381.00±39.60^abc	968.47±2.12^ab	4.60±0.19^ab	73.55±0.28^a
	0.5	2351.00±32.53^gh	1438.46±17.68^abc	914.00±14.85^ef	2421.27±0.00^ab	984.20±17.68^a	4.44±0.05^c	73.95±0.28^a
	0.7	2397.10±4.95^fg	1448.00±9.19^a	949.12±14.14^e	2447.00±1.41^a	1000.10±10.61^a	4.67±0.00^a	73.70±0.71^a

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1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 木薯淀粉/魔芋胶复配物的制备
1.2.2 颗粒微观结构观察
1.2.3 可溶性淀粉浸出量测定
1.2.4 淀粉颗粒形态和偏光十字观察
1.2.5 糊化进程中淀粉颗粒形态和偏光十字观察
1.2.6 溶解度、膨胀度、水结合力测定
1.2.7 透光率测定
1.2.8 差示扫描量热测定
1.2.9 糊化特性测定
1.2.10 X-射线衍射
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物表面微观结构及可溶性淀粉释放的影响
2.2 木薯淀粉/魔芋胶复配物的淀粉颗粒形态及偏光十字
2.3 糊化过程中木薯淀粉/魔芋胶复配物的颗粒形态、偏光十字、溶解度、膨胀度和水结合力变化
2.4 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物透光率的影响
2.5 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物热力学特性的影响
2.6 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物糊化特性的影响
2.7 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物结晶结构的影响
3. 结论

1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 木薯淀粉/魔芋胶复配物的制备
1.2.2 颗粒微观结构观察
1.2.3 可溶性淀粉浸出量测定
1.2.4 淀粉颗粒形态和偏光十字观察
1.2.5 糊化进程中淀粉颗粒形态和偏光十字观察
1.2.6 溶解度、膨胀度、水结合力测定
1.2.7 透光率测定
1.2.8 差示扫描量热测定
1.2.9 糊化特性测定
1.2.10 X-射线衍射
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物表面微观结构及可溶性淀粉释放的影响
2.2 木薯淀粉/魔芋胶复配物的淀粉颗粒形态及偏光十字
2.3 糊化过程中木薯淀粉/魔芋胶复配物的颗粒形态、偏光十字、溶解度、膨胀度和水结合力变化
2.4 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物透光率的影响
2.5 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物热力学特性的影响
2.6 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物糊化特性的影响
2.7 临界熔融-冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物结晶结构的影响
3. 结论

参考文献(36)

施引文献

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临界熔融协同冻融处理对木薯淀粉/魔芋胶复配物理化及结构特性的影响

作者简介: 吴楚云（2002−），女，本科，研究方向：食品质量与安全，E-mail：3145717287@qq.com

通讯作者: 张琛（1989−），女，博士，副教授，研究方向：碳水化合物资源开发与利用研究，E-mail：zhangchen@yzu.edu.cn。

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