在食品工業(yè)中，淀粉作為增稠劑、膠凝劑、穩(wěn)定劑和脂肪替代品有著廣泛的應(yīng)用。然而，天然淀粉的穩(wěn)定性差，加熱后容易再生，抗剪切應(yīng)力限制能力低等限制，雖然用不同的方法，如物理、化學(xué)或酶修飾可以增強(qiáng)天然淀粉的功能，但這些方法各有各的缺點(diǎn)。最新研究發(fā)現(xiàn)，在淀粉中添加親水膠是一種更新穎且更安全高效的改善淀粉食用性能的物理改性方法。
2023年10月發(fā)表在International Journal of Biological Macromolecules上的題為“The impact of different concentrations of hyaluronic acid on the pasting and microstructural properties of corn starch”的文章，通過(guò)研究不同濃度的透明質(zhì)酸(2%、4%、6% w/w)對(duì)玉米淀粉糊化性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。這項(xiàng)研究的結(jié)果更好地了解透明質(zhì)酸在改善淀粉性質(zhì)方面的好處，并將為淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供參考信息。
玉米淀粉（CS）透明質(zhì)酸（HA）
CS: HA的質(zhì)量比分別為10:0、9.8:0.2、9.6:0.4和9.4:0.6制備CS-HA混合物。得到的溶液樣品分別標(biāo)記為CS、CS+2% HA、CS+4% HA和CS+6% HA。
淀粉理化
淀粉表征
在CS-HA混合物中，隨著HA加入濃度的升高，峰值粘度增加，回生值降低等。表明透明質(zhì)酸的加入顯著提高了玉米淀粉的粘度。這可能是因?yàn)榈矸酆退z體之間的相互作用增加了粘性，其次透明質(zhì)酸富含羧基，在溶液中呈半剛性鏈構(gòu)象，進(jìn)一步增強(qiáng)了其特殊的增稠性能。
透明質(zhì)酸水膠體增強(qiáng)了淀粉顆粒的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致淀粉顆粒破碎，增加了崩解值值。并且由于HA與直鏈淀粉通過(guò)氫鍵浸出相互作用，進(jìn)一步阻礙了直鏈淀粉分子的重排，降低了回生值，抑制了短期的回生。
圖1 CS和CS- ha混合物的粘度曲
溶解度和溶脹力是評(píng)價(jià)淀粉糊化性能的重要指標(biāo)。隨著HA添加濃度的增加，溶解性增加。這可能是因?yàn)?/span>HA分子的親水性及其表面親水性基團(tuán)的存在，減少了糊狀體系中自由水的數(shù)量，從而提高了混合體系的溶解度。
但膨脹力是降低的，而且HA添加濃度越高，下降越明顯。首先，透明質(zhì)酸的親水性促進(jìn)了其羧基和羥基與水分子的結(jié)合，使淀粉顆粒不易接近水。其次，透明質(zhì)酸與直鏈淀粉浸出之間的相互作用導(dǎo)致系統(tǒng)中淀粉周?chē)某煞指鼜?fù)雜，阻礙了直鏈淀粉顆粒的膨脹和隨后的浸出。先前的研究也表明，添加瓜爾膠和黃原膠等水膠體會(huì)降低塊莖淀粉的膨脹力。
1.3 持水能力(WHC)和直鏈淀粉的浸出檢測(cè)
結(jié)果表明，CS-HA混合物的WHC隨HA濃度的增加而增加，但抑制了直鏈的析出。作為陰離子水膠體，透明質(zhì)酸通過(guò)氫鍵促進(jìn)與水分子的結(jié)合。這種結(jié)合效應(yīng)限制了水在體系內(nèi)的流動(dòng)性，從而導(dǎo)致更高的WHC并且增加淀粉在連續(xù)相中的粘度，防止淀粉顆粒中直鏈淀粉分子的淀粉浸出。此外，透明質(zhì)酸與淀粉相互作用以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也是原因之一。
1.4 回生參數(shù)檢測(cè)
上清液與總淀粉的比值反映了淀粉的回生程度，上清液體積越大，表明回生速度越快。
CS的上清液體積在沉淀的前8小時(shí)迅速增加。這表明CS更容易回生（易變質(zhì)），因此CS不適合作為食品穩(wěn)定劑。但8小時(shí)后，隨著HA濃度的增加，再生速率降低。這一結(jié)果可能是因?yàn)橥该髻|(zhì)酸的強(qiáng)保水性和增稠性。HA可以在糊化過(guò)程中與浸出的直鏈淀粉形成氫鍵，阻礙回生。其次，透明質(zhì)酸的高增稠作用稀釋了淀粉鏈，并增加了周?chē)橘|(zhì)的粘度，抑制了淀粉鏈的運(yùn)動(dòng)，阻礙了淀粉的再生過(guò)程。
圖2 CS和CS- ha混合物的回生性能
圖3可知，隨著剪切速率的增加，所有試樣的剪切應(yīng)力都增大，而表觀粘度則減小。
這可能是CS-HA混合物與剪切場(chǎng)的排列以及淀粉-淀粉和淀粉-水膠體之間的弱物理相互作用所致。在低剪切速率下，CS-HA混合物的表觀粘度顯著增加。這種增加是由于透明質(zhì)酸的引入，它通過(guò)相分離過(guò)程導(dǎo)致淀粉和水膠體的排斥，導(dǎo)致每種成分在各自域中的濃度更高。因此，淀粉-水膠體混合物的表觀粘度明顯更高。
圖3 CS和CS-HA混合物的穩(wěn)定剪切流動(dòng)曲線(xiàn)(A)和表觀粘度(B)
1.6 紅外掃描分析
CS、HA和CS-HA的吸收峰大體一致，并且在CS-HA混合物中沒(méi)有檢測(cè)到明顯的新吸收峰，表明CS和HA之間沒(méi)有新的共價(jià)鍵。在CS中加入HA后，在3400 cm-1、2930 cm-1和1644 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度降低。這表明淀粉和透明質(zhì)酸分子之間的纏結(jié)增加，導(dǎo)致混合物中分子間相互作用增強(qiáng)。
混合物的R1047/1022值（表明回生程度）隨著HA量的增加而降低。這表明添加HA阻礙了CS-HA混合系統(tǒng)的回生并降低了系統(tǒng)的排序。綜上所述，淀粉的短期再生受到阻礙，這與觀察到的糊化性質(zhì)一致。
圖4 CS和CS- ha混合物的FTIR光譜
掃描電鏡可用于獲得樣品的形態(tài)和表面特征的詳細(xì)信息。所有樣品的表面都呈現(xiàn)出三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，糊化導(dǎo)致淀粉顆粒全部破碎，孔隙稀疏且分布不均勻，結(jié)構(gòu)松散(圖5A)。
相比之下，在CS-HA混合物中觀察到明顯的差異。由于HA與浸出的直鏈淀粉之間的氫鍵作用，以及HA分子鏈具有較大負(fù)電荷的靜電效應(yīng)，HA在CS-HA混合物中對(duì)淀粉的結(jié)構(gòu)重排起作用。
圖5 CS和CS- ha混合物的掃描電鏡
作者研究了不同濃度的HA對(duì)CS的糊化性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。HA的加入提高了膏體的峰值粘度和破碎值，同時(shí)降低了膏體溫度和崩解值。此外，淀粉顆粒表面的HA涂層阻止了直鏈淀粉的浸出，因?yàn)镠A的羥基和羧基與直鏈淀粉形成氫鍵，有效地降低了回生的速度。HA的加入沒(méi)有形成新的共價(jià)鍵，但CS與HA之間的氫鍵和靜電相互作用改善了淀粉的短程有序性。掃描電鏡觀察到混合物中存在致密的蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表明HA、淀粉和水之間的相互作用通過(guò)阻礙淀粉的再結(jié)合來(lái)延緩CS的降解。
此外，HA的加入提高了溶解度，減少了混合物的滯后環(huán)面積，其中添加6% HA的效果最為顯著。總的來(lái)說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)為CS和HA之間的相互作用提供了有價(jià)值的見(jiàn)解，透明質(zhì)酸作為功能性添加劑改善玉米淀粉回生的潛力。然而，為了擴(kuò)大其在食品工業(yè)中的應(yīng)用，還需要進(jìn)一步研究透明質(zhì)酸對(duì)人體消化率和食品感官特性的影響。
