香蕉是一種重要的熱帶經濟作物，富含維生素、礦物質、碳水化合物、生物活性物質和抗性淀粉（RS）。淀粉是青香蕉的主要成分，并且香蕉淀粉具有較高的直鏈淀粉（＞25%）和RS含量（＞65%），因此香蕉淀粉是一種理想的食品功能成分。香蕉淀粉中的RS主要為2型（RS2），具有較高的熱敏性，并且香蕉淀粉存在水溶性低和凍融穩定性差的問題。月桂酸（La）是一種存在于椰子油、油棕籽油和巴巴蘇籽油中的兩親性中鏈飽和脂肪酸，具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗糖尿病和代謝調節等生物活性。然而，La水溶性較低，不利于其在人體內的生物利用。

海南大學食品科學與工程學院的從小飛、楊勁松*和中國熱帶農業科學院農產品加工研究所鄭麗麗等通過臭氧預處理與La復合改性改善淀粉的水溶性、熱穩定性和凍融穩定性，以期為淀粉的功能改性提供一種高效、環保且具有廣泛應用潛力的新方法，并為青香蕉的開發利用提供新途徑。

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臭氧預處理時間對NS Amc的影響

淀粉是一種由直鏈和支鏈淀粉組成的顆粒狀物質。其中，直鏈淀粉是一種分支較少的線性聚合物，可以與各種配體分子（如脂類、酚類、醇類和碘等）形成單螺旋包合物，而支鏈淀粉由于其分支分子結構具有空間阻礙作用，導致其復合物形成能力較直鏈淀粉更為有限。如表1所示，與NS組相比，50 min臭氧預處理顯著提高了Amc，這可能主要與淀粉鏈的解聚有關。Oladebeye等也發現，紅、白椰子淀粉和白、黃山藥淀粉的Amc經過10 min臭氧處理后均顯著增加，而支鏈淀粉含量均顯著降低。與NS組相比，O30NS和O40NS的Amc無顯著變化（P＞0.05）。Hu Jingwei等的研究也得到類似結果，排列在淀粉半結晶生長環內的無定形片層中直鏈和支鏈淀粉經短期和中期（2.5 min和7.5 min）臭氧氧化后，由于醛基的生成形成了半縮醛交聯，從而導致Amc基本保持不變。研究表明，影響復合物形成的因素有很多，如淀粉類型、Amc、配體分子結構、反應條件和溶劑等，而高含量直鏈淀粉被認為是形成淀粉-脂質復合物的重要因素。由于50 min臭氧預處理對NS的Amc影響顯著（

P

02

臭氧對淀粉CI的影響

CI反映了直鏈淀粉與碘的結合能力，之前的研究表明，當脂質分子占據直鏈淀粉螺旋空腔時，腔體將不能用于形成直鏈淀粉-碘復合物，從而導致淀粉-脂質復合物吸光度降低。CI越高，表明淀粉與脂質（La）之間的相互作用形成了較低含量的直鏈淀粉復合物和較高含量的“V”型包合物。如圖1所示，與天然香蕉淀粉（NS）相比，O50NS的CI提高了12.67%（P＜0.05）。一方面可能與Amc提高從而增加了直鏈淀粉螺旋空腔與配體分子的接觸概率有關；另一方面可能與臭氧對淀粉鏈的降解導致羥基數量增多，從而增強了淀粉與La之間的氫鍵作用有關。Raza等研究了超聲處理對慈姑淀粉-亞油酸或硬脂酸復合物CI的影響，與未處理復合物相比，不同時間超聲處理均顯著增加了復合物的CI，并認為這與超聲處理的空化效應有關，這與本實驗結果類似。

03

短程有序性分析

如圖2A所示，淀粉在3 424 cm-1和1 645 cm-1附近的吸收峰歸因于C—OH拉伸和H—OH彎曲振動，1 078 cm-1和937 cm-1附近的峰歸因于C—O—C和α-1,4糖苷鍵拉伸振動。1 744 cm-1和1 399 cm-1附近的峰與C＝O和羧基的拉伸振動有關，2 925、1 384 cm-1和1 060 cm-1附近的峰對應—CH2的拉伸振動。La在1 701 cm-1和2 849 cm-1附近的吸收峰與C＝O和—CH2的伸縮振動有關。NS和O50NS位于1 704.74 cm-1和1 705.51 cm-1處的吸收峰在與La復合后分別移動至1 707.13 cm-1和1 706.96 cm-1處，說明淀粉與La形成了復合物，但復合物未出現新的吸收峰，說明復合過程沒有發生化學反應，也沒有形成新的基團，而是通過非共價相互作用連接。結果顯示，臭氧預處理增加了淀粉在3 424、1 744 cm-1和1 399 cm-1附近的峰面積，表明O50NS的羥基、羰基和羧基含量增加，這可能與淀粉的氧化和降解有關。載入La后，NS和O50NS在3 424 cm-1附近的峰面積進一步增加，說明彼此存在氫鍵作用，并且波數從3 424.60 cm-1和3 424.50 cm-1分別移動至3 423.79 cm-1和2 423.31 cm-1處，說明復合物中的氫鍵作用增強，這可能是直鏈淀粉的羥基與La分子的羰基之間氫鍵交聯以及淀粉的羥基與La分子的羥基疊加所致。研究表明，1 047/1 022 cm-1（DO值）和1 022/995 cm-1（DD值）處峰面積的比值與淀粉的短程有序度和微晶雙螺旋度有關。如表2所示，相較于NS，O50NS的DO和DD值無顯著變化（P＞0.05），說明NS的短程有序結構和雙螺旋結構在臭氧預處理過程中基本保持穩定。He Yonglin等也在不同時間臭氧處理紅薯淀粉中觀察到相似結果。與NS和O50NS相比，結合La后相對應NS-La和O50NS-La的DO和DD值均顯著增加（P＜0.05），說明La的載入可以有效調控淀粉分子之間的重排，可能與La和淀粉鏈之間的氫鍵作用有關，從而增強了復合物的有序結構和雙螺旋結構。這與Hao Zongwei等的研究結果類似，與玉米淀粉相比，經過30 min超聲處理的玉米淀粉-La復合物的DO值顯著提高，而經過0、10、20、30 min超聲處理玉米淀粉-La復合物的DD值均顯著提高。

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長程有序性分析

如圖3所示，所有淀粉樣品均在15°、17°和23°處有主衍射峰，表現為A型晶體結構。NS和O50NS在20°處存在一個弱峰，這可能由淀粉的內源性脂質引起。Ding Yangyue等通過分析脫脂薏苡仁粉以及脫脂和脫蛋白薏苡仁粉的XRD圖譜發現，二者在20°處仍存在一個弱峰，并認為這可能是因為脫脂處理只去除了非淀粉脂質和淀粉表面脂質，而內部脂質沒有被提取出來。與未復合淀粉相比，復合物在20°處的峰強度增加，說明部分La可能通過疏水效應嵌入淀粉螺旋空腔內與淀粉形成了“V”型包合物。Xiao Liuyang等也發現，La與豌豆淀粉、不同超聲溫度處理的豌豆淀粉復合后，復合物在13.0°和19.8°處有明顯的衍射峰，并認為La與豌豆淀粉之間形成了“V”型包合物。由表1可知，臭氧預處理對NS的RC無顯著影響（P＞0.05），說明NS的結晶結構在臭氧預處理過程中基本保持穩定，數值的增加可能與檢測到的淀粉粒非晶區較少有關。相較于NS和O50NS，分別結合La后NS-La和O50NS-La的RC均顯著增加（P＜0.05），這一方面可能與部分“V”型包合物的形成有關，另一方面可能是受到La和淀粉鏈之間氫鍵作用的影響，促使無定形區變得更有序，而結晶區變得更緊密，這與FTIR分析結果一致。Liu Kun等也發現，與高直鏈玉米淀粉和去支鏈的高直鏈玉米淀粉相比，在高壓和常壓協同水熱處理下所形成的La-玉米淀粉復合物RC均顯著增加。通過FTIR和XRD分析可知，復合物中La既通過氫鍵與淀粉鏈結合形成非“V”型包合物，也通過疏水效應嵌入淀粉螺旋空腔內形成“V”型包合物。

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微觀結構和表面形貌分析

圖4A反映了不同樣品的形態學分布，可以發現NS的形態各異，表面平整光滑、飽滿圓潤、無明顯缺陷。經臭氧預處理后，部分淀粉粒形態發生畸變，表面凹凸不平，出現裂隙，整體完整性降低。研究表明，淀粉粒表面因存在大量來自直鏈和支鏈淀粉分子的非還原端而具有更高的可及性，導致先遭到臭氧破壞，而長時間氧化可能會導致淀粉粒內部結構發生改變，這可能與羰基和羧基的形成有關。與La復合后，淀粉粒基本保持原有顆粒形態，并且有La結合在部分淀粉粒表面。同時，部分淀粉粒表面變得粗糙，出現褶皺，這是由于熱乙醇溶液處理對淀粉粒表面造成了一定的破壞，但較高濃度的乙醇溶液較好地保留了淀粉粒基本形態。

圖4B為不同樣品的AFM二維和三維圖像，NS表面分布有較分散的“柱狀凸起”“山峰”和“山脊”，高度為232.3 nm。經臭氧預處理后，NS表面“柱狀凸起”數量降低，取而代之的是分布較集中的“山峰”，并且高度從232.3 nm降低為88.6 nm，高度的降低可能與臭氧對淀粉粒表面來自直鏈和支鏈淀粉分子非還原端的降解有關，這與FE-SEM的分析結果一致。此外，NS和O50NS表面出現的一些直徑從幾納米到幾百納米不等，而高度只有幾納米的小峰可能與表面脂質有關。相較于NS和O50NS，NS-La和O50NS-La表面的“山峰”數量降低，并且出現許多小的“山峰”，通過觀察發現，這種小的“山峰”同樣也出現在La表面，并且高度分別從232.3 nm和88.6 nm升高至456.1 nm和106.6 nm，說明部分La附著在淀粉粒表面與淀粉形成了復合物，這與FE-SEM觀察結果一致。Li Qi等也觀察到，不同時間油炸處理淀粉-棕櫚酸復合物樣品的高度均高于未處理組，而對于不同溫度油炸處理的淀粉-棕櫚酸復合物樣品，除180 ℃和210 ℃外，其他復合物的高度均高于未處理組。

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接觸角分析

接觸角測量是評估淀粉粒親水性和疏水性的一種簡單方法，水相接觸角小于90°表明樣品具有親水性，并且接觸角越小表明親水性越強。如圖5所示，La的接觸角為81.97°～84.17°，說明La的親水性較差，這與其較高的疏水性有關。NS的接觸角為16.81°～19.92°，說明NS具有較高的親水性，這可能與NS的游離羥基有關。相比于NS，O50NS的接觸角減小至13.82°～14.13°，說明臭氧預處理提高了NS的親水性，根據FTIR分析結果，這可能與親水性羧基的形成有關。與NS和O50NS相比，NS-La和O50NS-La的接觸角分別增加至22.78°～24.04°和24.18°～27.85°，說明La的載入改善了NS和O50NS的疏水性，這可能與“V”型包合物的形成有關。相比于NS，O50NS與La復合后的接觸角增幅更大。Huang Liang等也發現與普通玉米淀粉和“V”型淀粉相比，不同復合溫度得到的淀粉-脂肪酸復合物具有更高的接觸角，并且接觸角的變化趨勢與CI密切相關。此外，Zhang Zhihua等認為，當接觸角接近90°時，有利于顆粒在油-水界面吸附形成穩定的Pickering乳液，這說明與La復合后，淀粉具有更好的穩定Pickering乳液的潛力。

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碘結合力分析

研究發現，直鏈淀粉可以與碘相互作用形成藍色復合物，其最大吸收波長（λmax）范圍為600～640 nm，而支鏈淀粉和碘相互作用形成紫紅色復合物，其λmax范圍為520～560 nm。如圖6所示，不同淀粉樣品的最大吸收峰在600～640 nm范圍內，說明上清液中形成的是直鏈淀粉-碘復合物。與NS相比，O50NS在620 nm波長處的吸光度升高，這可能與臭氧預處理導致Amc增加從而提高與碘的結合能力有關。載入La后，NS和O50NS在620 nm波長處的吸光度均降低。一方面可能與部分La通過疏水效應嵌入直鏈淀粉螺旋空腔后縮減了空腔內可用空間有關；另一方面可能與直鏈淀粉和La之間的相互作用減少了Amc有關。此外，與NS相比，O50NS-La的碘結合力降低。

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水溶性、溶脹力和凍融穩定性分析

如圖7所示，臭氧預處理顯著提高了NS的水溶性和溶脹力（P＜0.05）。這可能主要與兩個因素有關，一是氧化過程中羰基和羧基的形成解開了淀粉側鏈羥基之間的氫鍵，并增強了分子間的靜電排斥，阻礙了分子間結合，導致水分子更易進入完整性降低的淀粉粒內部；二是臭氧導致淀粉鏈發生解聚，可能通過增加羥基和線性短鏈分子的數量而增強淀粉與水分子的相互作用，這與FTIR和Amc分析結果一致。相比于NS和O50NS，NS-La和O50NS-La的水溶性和溶脹力均顯著降低（P＜0.05）。一方面可能與La結合在淀粉粒表面后形成“不溶性膜”阻礙了水分子的滲透有關；另一方面可能與La和淀粉之間的氫鍵作用降低了淀粉對水分子的吸附，并且通過使結晶區形成更有序的雙螺旋結構，導致直鏈淀粉溶出受阻有關。然而，與NS相比，O50NS-La的水溶性和溶脹力顯著提高（P＜0.05）。此外，與NS相比，O50NS的析水率顯著增加（P＜0.05），說明臭氧預處理降低了NS的凍融穩定性，這可能主要與Amc的增加有關。與NS和O50NS相比，NS-La和O50NS-La的析水率顯著降低（P＜0.05），說明La的載入提高了淀粉的凍融穩定性。一方面可能與La和淀粉之間的氫鍵作用降低了淀粉對水分子的吸附，從而降低了淀粉在解凍階段從凝膠孔隙中析出的水分含量有關；另一方面可能與淀粉-脂質復合物的形成降低了直鏈淀粉之間的氫鍵作用，延緩了淀粉的老化有關。Zhuang Jie等也認為，脂質的添加會減少淀粉中游離直鏈淀粉的含量，從而減少直鏈淀粉在回生過程中相互作用的可能性。此外，與NS相比，O50NS-La的析水率顯著增加（P＜0.05），即凍融穩定性降低。

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熱性質分析

淀粉糊化涉及支鏈淀粉雙螺旋從半晶結構到非晶結構的物理轉化，因此對其熱特性（To、Tp、Tc和ΔH）進行分析。To、Tp、Tc反映了破壞淀粉晶體結構所需溫度，ΔH則與雙螺旋結構的解離和晶體熔化有關。通過觀察不同淀粉樣品的DSC曲線（圖8A）和熱力學參數變化（表3）可以發現，與NS相比，O50NS的To、Tp、Tc和ΔH無顯著變化（P＞0.05），這可能與臭氧預處理對NS的有序結構和雙螺旋結構影響較弱有關。Chan等也發現，臭氧處理前后玉米、西米和木薯淀粉的To、Tp、Tc和ΔH均無顯著差異。NS和O50NS載入La后的To、Tp、Tc和ΔH均顯著增加（P＜0.05），糊化溫度由104.24～135.23 ℃分別提高至139.46～161.65 ℃和155.60～161.68 ℃，說明復合物的熱穩定性增強，這可能與La和淀粉之間通過氫鍵和疏水效應形成了更有序的內部結構和雙螺旋結構有關，導致需要更高的溫度對其進行破壞，這與FTIR和XRD分析結果一致。

如圖8B所示，不同淀粉樣品的TGA曲線均呈現出兩個明顯的分解階段：第1階段（30～140 ℃）主要是物理吸附水分的蒸發；第2階段（270～380 ℃）則對應樣品的熱分解，主要產生CO、CO2和H2O等氣體。與NS相比，O50NS、NS-La和O50NS-La在第2階段結束時的質量分數有所提高，分別增加了0.65%、2.26%和3.93%，這說明不同處理方式均增強了淀粉的熱穩定性，但臭氧預處理與La復合改性的方式對NS熱穩定性的改善效果最好。

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消化性分析

根據葡萄糖的釋放速率，淀粉可分為RDS、SDS和RS，其中，RDS會導致血糖和胰島素水平迅速升高，SDS起到穩定葡萄糖釋放和增強飽腹感的作用，而RS可以降低體內血糖反應和產生短鏈脂肪酸，因其具有多種生物活性而被認為是膳食纖維的一個子類。如圖9所示，O50NS的RDS質量分數與NS相比無顯著差異（P＞0.05），而SDS質量分數顯著降低，RS質量分數顯著增加（P＜0.05），其中，SDS含量的降低可能與部分SDS轉化為RS有關，而RS含量的增加還可能與氧化性官能團（羰基、羧基）的形成有關。載入La后，NS和O50NS的RDS和SDS質量分數均顯著降低，RS質量分數顯著升高（P＜0.05），說明La的存在促進了RDS和SDS向RS的轉化，這可能是因為“V”型包合物的形成改善了淀粉內部有序結構和雙螺旋排列，增強了淀粉對消化酶的抗性；也可能是復合物水溶性的降低增加了淀粉分子的空間位阻，阻礙了消化酶對淀粉的水解。Zhu Ruoduan等也觀察到類似結果。此外，與NS相比，O50NS-La的RS質量分數提高了6.71%（P＜0.05）。這說明，由復合處理得到的復合淀粉展現了較好的抗消化性，表明淀粉-La復合物在低血糖指數食品的開發中具備潛在的應用價值。

結論

本實驗通過臭氧預處理和La對香蕉淀粉進行復合改性，研究了臭氧預處理香蕉淀粉-La復合物的理化性質和消化性。經復合改性后，淀粉的水溶性、溶脹力和RS質量分數顯著提高，但碘結合力和凍融穩定性降低。香蕉淀粉與La之間通過氫鍵和疏水效應形成了RC較高的非“V”型包合物和“V”型包合物，提高了淀粉粒表面高度和內部結構有序性，增強了淀粉的疏水性和熱穩定性。因此，這種新型復合改性技術不僅能夠改善香蕉淀粉在熱加工過程中的穩定性，保持終端產品的性能和品質，而且有助于構建其在速溶食品、烘焙食品和Pickering乳液中的應用優勢。同時，復合改性淀粉可能兼具傳統RS和La的益生活性，既能滿足人們對預防糖尿病的低血糖指數健康食品的需求，也能夠進一步滿足消費者對多種健康益處食品的需求。綜上所述，本研究不僅可為淀粉改性提供新的理論依據，還能夠為食品工業中改善淀粉基產品質量、降低生產成本和提升環境友好型生產技術提供新的思路和方法。

作者簡介

第一作者：

從小飛 碩士研究生

海南大學 食品科學與工程學院

于2016—2018年和2020—2022年在海南熱帶海洋學院完成本科學習，專業為食品科學與工程。2018年暑假，參軍入伍，加入廣西桂林的75180部隊。2020年退伍后，重返校園，繼續完成本科學業，并在2022年成功考入海南大學攻讀食品科學與工程專業的學術型碩士研究生。碩士研究生階段，研究方向集中在淀粉改性領域，主要研究淀粉的物理化學特性及其在食品中的應用，探索不同改性方法對淀粉功能特性的影響。以第一作者身份發表了3 篇EI論文和1 篇SCI二區論文。通過這些研究，積累了豐富的實驗經驗和理論知識，并逐漸在這一領域形成了自己的研究思路。

本文《臭氧預處理與月桂酸復合改性對香蕉淀粉結構和性質的影響》來源于《食品科學》2024年45卷24期，作者：從小飛，鄭麗麗，鄭曉燕，校導，艾斌凌，楊旸，盛占武，楊勁松。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20240528-239。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

實習編輯：彤禾；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為深入探討未來食品在大食物觀框架下的創新發展機遇與挑戰，促進產學研用各界的交流合作，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）及中國食品雜志社《食品科學》雜志、《Food Science and Human Wellness》雜志、《Journal of Future Foods》雜志主辦，西華大學食品與生物工程學院、四川旅游學院烹飪與食品科學工程學院、四川輕化工大學生物工程學院、成都大學食品與生物工程學院、成都醫學院檢驗醫學院、四川省農業科學院農產品加工研究所、中國農業科學院都市農業研究所、四川大學農產品加工研究院、西昌學院農業科學學院、宿州學院生物與食品工程學院、大連民族大學生命科學學院、北京聯合大學保健食品功能檢測中心共同主辦的“第二屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會”即將于2025年5月24-25日在中國 四川 成都召開。

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