高压均质技术在处理淀粉中的应用

01研究背景

高压均质

高压均质( high pressure homogenization，HPH) 是近年兴起的一种非热加工技术，因其高效性、稳定性和经济性被广泛应用于豆、乳制品及果蔬汁的加工制造；并逐渐应用于淀粉等多糖大分子的改性研究中，如莲子淀粉经 60-180 MPa 均质处理后，结晶度降低，组织结构松散，消化率显著提高；经HPH处理后蜡质玉米淀粉分子间氢键被破坏，支链淀粉降解，能够有效抑制淀粉老化回生；此外，经100 MPa多次处理后的绿豆淀粉结晶区结构被破坏，水溶指数和膨胀度提高，淀粉糊黏度显著降低。因此可通过经高压均质不同压力的处理，及对循环数和处理浓度的研究，并通过水溶指数、透光率等物性及热力学特性等方面进行性能评价，及静态流变、黏弹特性和凝胶质构特性的宏观应用指标研究，以期克服淀粉产品的加工技术难题，提高淀粉产品在食品工业中的应用价值。

02新芝生物·超高压均质机

实验方法

以豌豆淀粉（pea starch，PS）为原料，分别在0、20、40、60、80、100 MPa条件下高压均质（新芝生物SCIENTZ-207A型高压均质机）处理3次，每次约30 min，探究HPH处理对PS凝胶流变特性及淀粉多尺度结构的影响。

图1 高压均质调控PS多尺度结构与流变特性机制示意图

Fig.1 Mechanism by which HPH treatment regulates multiscale structure and rheological properties of PS

实验结果

HPH处理对PS的流变特性及多尺度结构有较大的影响。随均质压力的增大，PS黏度、触变性呈先增加后减小趋势，HPH处理后其假塑性增强，剪切结构恢复力减弱；40 MPa处理使PS凝胶黏性、弹性明显提高，表明HPH处理可提升其凝胶性能。HPH处理过程中产生剪切、空化效应、碰撞等机械力作用使PS颗粒完整性遭到破坏，表面出现裂缝、塌陷；促进结晶结构向无定形区转变，结构有序性减弱；α-1,6糖苷键断裂，PS分支度降低。本研究有助于分析PS多尺度结构对其流变性能的影响机制，并验证了HPH技术调控PS及其产品品质的可行性。

图2（A）HPH处理后PS黏度随剪切速率的变化；（B）HPH处理后PS在剪切过程中黏度随时间的变化；（C）HPH处理后PS的短程有序结构变化；（D）HPH处理后PS的1 H NMR谱图

Fig.2 (A) Changes in viscosity of HPH treated PS with shear rate; (B) Changes in viscosity of HPH treated PS with shear time; (C) Changes in short-range ordered structure of PS after HPH treatment; (D) 1 H NMR spectra and branching degree of HPH treated PS;

03展望

SCIENTZ-207A超高压均质机特点

HPH作为一种非热加工技术在杀菌、钝酶的同时能最大限度地保留果蔬制品的营养品质以及色泽风味，因此高压均质技术还可应用在果蔬制品中。HPH 技术的优势在于可以通过均质作用，一方面能更好地释放果蔬等食品原料中的活性成分，提升产品的营养功效；另一方面可以减小液态食品中的颗粒粒径，保持产品的稳定性。HPH 技术作为一种非热加工技术，相比于热加工，还能更大程度地保存果蔬等热敏性食品原有的营养成分与口感，具有一定的杀菌效果，可以延长货架期。HPH 技术还具有连续化生产的可操作性，也为食品杀菌提供了新思路。

高同时，HPH在食品加工中的应用仍存在较多的局限性，如其仅适合加工流态食品；对芽孢的杀灭效果还有待提高；单独使用HPH时杀菌和钝酶效果不如热杀菌处理效果好，从而引发安全隐患；果汁杀菌所需的较高压力参数使设备成本增加。此外，在HPH处理过程中会对例如维生素A等营养物质造成一定损失。因此，选择 HPH 联合其他技术处理，选择使用较低的压力获得期望的杀菌效果为目的，是HPH技术未来发展方向之一。

图3 SCIENTZ-207A超高压均质机

参考文献

[1]郭泽航,余子香,迪珂君等.高压均质对板栗淀粉糊化、流变及质构特性的影响[J].食品与发酵工业,2019,45(17):91-97.

[2]胡荣,汪楠,张甫生等.高压均质处理对豌豆淀粉流变特性及多尺度结构的影响[J].食品科学,2023,44(05):53-61.

[3]石亦璁,董丽,陈芳等.高压均质技术在果蔬制品中的研究进展[J/OL].食品工业科技:1-12[2024-03-13].