郑州轻工业大学研究生，郑州轻工业大学研究生院
鲜食玉米以其高营养、适宜口感、独特风味等特性备受消费者的青睐，致使人们对鲜食玉米的需求量大大增加，从而带动了玉米产业的迅猛发展。然而，糯玉米鲜果穗采收后，其在自然存放过程中存在水分、色泽、香味及营养损失等品质劣变问题，严重影响产品的转运和销售。速冻技术作为目前食品储存和保鲜的重要手段之一，其可通过快速冻结保持玉米原有的质地、外观、口感及其独特的香味和营养价值，对玉米的种植、加工具有重要作用。
研究表明，淀粉对食品的水分、黏度、质地、稠度、口感、货架期和营养方面会有不同程度的影响，这些对食品加工和最终产品的质量都很重要，郑州轻工业大学食品与生物工程学院，食品生产与安全河南省协同创新中心，河南省冷链食品质量安全控制重点实验室的王宏伟、余颜圃、张 华*等将围绕不同冻藏时间（0、10、20、30 d）条件下的糯玉米进行研究，探讨冻藏对其淀粉颗粒结构、结晶结构、分子有序化结构、热力学特性、糊化及消化特性的影响规律，揭示冻藏淀粉结构与其理化性能之间的关系，以期为高品质鲜食玉米的保护和开发提供理论依据和参考。
01
冻藏处理对糯玉米淀粉分子短程有序化结构的影响
由图1a可知，糯玉米经不同冻藏时间处理后，其淀粉样品图谱特征峰的峰位置一致，几乎没有差异，表明冻藏处理并没有引起糯玉米内淀粉相关基团的变化。其中，去卷积图中1 045 cm－1和1 022 cm－1的红外吸收峰分别代表了淀粉的有序化和无定型区域（图1b），其比值（R1 045/1 022）可作为量化淀粉短程有序化程度的指标。从表1可知，冻藏处理会导致糯玉米淀粉R1 045/1 022比值的减小，从1.01降低至0.91，表明随着冻藏时间的延长，糯玉米淀粉的短程有序化程度降低。
从图2可知，冻藏处理前后，糯玉米淀粉特征峰出现的位置一致，表明冻藏处理并未改变淀粉的化学组成。但是，冻藏淀粉的半峰宽值随着冻藏时间的延长而逐渐增大（表1），表明冻藏淀粉的有序化程度下降，可能是因为冻藏降低了淀粉颗粒内部支链分子链的有序化排列程度，使得淀粉的无序化程度提高，这也印证了红外光谱分析的结果。
02
冻藏处理对糯玉米淀粉结晶结构的影响
如图3所示，糯玉米淀粉与经冻藏处理的淀粉的结晶结构均为A型，即在15 °、23 °呈现为单衍射峰，并且在17 °和18 °附近呈现为双衍射峰，表明糯玉米经过冻藏处理后，淀粉的结晶类型没有发生改变，但峰强度有所降低。表1显示了不同冻藏时间下糯玉米淀粉的相对结晶度，与未经过冻藏处理的样品相比，冻藏淀粉的相对结晶度有所降低，且随着冻藏时间的延长，相对结晶度逐渐降低，从31.4%降至27.7%。这可能归因于冻藏过程中，水分的物态转变（由水变为冰晶）破坏了淀粉双螺旋的取向、有序化排列或规整度，甚至导致其螺旋结构解旋，最终致使其相对结晶度下降。
03
冻藏处理对糯玉米淀粉颗粒形貌及粒径的影响
从图4可以看出，天然淀粉颗粒表面较为光滑，颗粒比较完整均匀，这与之前的报道相似。随着糯玉米冻藏时间的延长，其淀粉颗粒凹陷和破碎的程度越来越严重，可能是因为玉米内部的水分在冻藏过程中会形成体积较大的冰晶，从而产生较大的膨胀和渗透压力，致使淀粉颗粒表面微孔和内部空腔的增大或破裂，最终会改变玉米淀粉颗粒结构及物理化学性质。
如表2所示，其中0.1、0.5和0.9分别代表达到该粒径值的百分比，如d0.9为20.1 µm指测试样品中90%处于20.1 µm以下。随着冻藏时间的延长，糯玉米淀粉的d0.9和平均粒径值逐渐减小，糯玉米淀粉的平均粒径从12.8 µm降低到11.9 µm，并且在冻藏20 d与冻藏10 d之间出现显著差异（P＜0.05）。糯玉米冻藏过程中，其淀粉粒径减小的原因可能是源于冻藏过程破坏了淀粉的颗粒结构，使其颗粒变得不完整，从而导致粒径变小，这与之前扫描电镜所显示的结果一致。
04
冻藏处理对糯玉米淀粉热力学特性的影响
由表3可知，冻藏淀粉的起始温度、峰值温度和终值温度与原淀粉相比显著降低，说明经过冻藏处理后的淀粉更容易糊化。这可能是因为在淀粉颗粒冻结时，颗粒表面和内部的孔道被水占据，形成冰晶，因而产生较大膨胀力，致使颗粒表面和内部的膨胀力不均匀，从而导致淀粉颗粒结构被破坏；此外，冻藏处理也会破坏淀粉的短程有序化和结晶结构，以上2 个原因使水分子更容易进入淀粉颗粒内部，因此淀粉颗粒更容易发生糊化。
05
冻藏处理对糯玉米淀粉糊化特性的影响
从表4可以看出，糯玉米原淀粉的起糊温度、峰值黏度、崩解值均高于冻藏淀粉，其中冻藏淀粉的起糊温度降低，表明淀粉更容易发生糊化；峰值黏度降低可能是因为淀粉的有序化程度降低，淀粉颗粒破碎，小粒径颗粒增加所致，导致淀粉颗粒的膨胀度降低，黏度下降。崩解值一定程度上可以反映淀粉糊的热稳定性，崩解值越小，淀粉的抗剪切力越高，其膨胀颗粒的机械强度越强，崩解值降低说明冻藏处理提高了淀粉颗粒的抗热和抗剪切稳定性。最终黏度和回生值均能反映淀粉在冷却过程中形成的三维网状结构，以及直链淀粉与崩解颗粒的相互作用，冻藏淀粉的最终黏度和回生值高于糯玉米原淀粉。
06
冻藏处理对糯玉米淀粉消化特性的影响
如表5所示，糯玉米淀粉中的RDS、SDS和RS的相对含量分别为79.3%、5.6%和15.1%，但经冻藏处理后，淀粉的RDS显著增大，从79.3%增加到92.9%；RS不断降低，从15.1%降至5.0%，且随着冻藏时间的延长，趋势变化更加明显。总体来说，冻藏处理可导致糯玉米淀粉中的SDS和RS转变为RDS，可能是由于淀粉有序化结构和颗粒结构的破坏所致，即随着冻藏时间的延长，淀粉颗粒呈现破碎，不完整度升高，颗粒表面出现凹痕，内部出现裂缝，这些都会使得酶分子更容易进入到淀粉分子内部，从而提高了消化效率。
结 论
本实验探讨了冻藏处理对糯玉米淀粉结构和理化性能的影响，结果表明冻藏处理可导致淀粉的短程有序化程度和相对结晶度降低，淀粉颗粒破碎，颗粒表面出现凹陷、裂纹，粒径变小，且随着冻藏时间的延长，淀粉结构的破坏更加明显；这些结构的破坏可导致糯玉米淀粉糊化温度（如峰值温度和终值温度）、峰值黏度、崩解值的降低，以及最终黏度和回生值的增大，表明经过冻藏处理后的淀粉更容易发生糊化，糊化黏度有所下降，但淀粉颗粒的抗剪切能力增强，老化程度增高。此外，冻藏处理还可显著提高糯玉米淀粉的RDS含量，表明冻藏处理可通过改变淀粉的微观结构影响淀粉的消化速率。本研究结果可为速冻玉米的冷藏提供相关基础数据，以期为高品质鲜食玉米的保护和开发提供理论依据和参考。
本文《冻藏处理对糯玉米淀粉微观结构和理化特性的影响》来源于《食品科学》2022年43卷14期35-40页，作者：王宏伟，余颜圃，张菁，张艳艳，刘兴丽，张华。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211018-198。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
图片来源于文章原文及摄图网。
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