《食品科學》：河北科技大學孫哲浩高級工程師等：三贊膠對玉米變性淀粉糊化、流變特性及微觀結構的影響

玉米淀粉是玉米通過二氧化碳和水經光合作用合成的天然多糖，在食品工業中被廣泛用作增稠劑、穩定劑和膠凝劑等，能夠改善食品的黏度、穩定性和質地等特性。玉米淀粉在使用過程中存在一些缺陷，如剪切及熱不穩定性和酸敏感性，因而不能滿足某些食品加工的要求，通常需要對其進行改性處理再作為食品添加劑應用到食品工業中。除改性方法外，人們發現在淀粉中加入親水膠體能產生良好的協同效應，親水膠體主要在淀粉基體系中競爭吸附水分子并與淀粉產生相互作用，進而改變淀粉的糊化特性、流變特性及微觀結構，從而提高淀粉的穩定性和乳化性能，因此兩種大分子經常復配應用于食品的開發。

三贊膠是一種新型微生物胞外多糖，其生產菌種為鞘氨醇單胞菌屬新種，以葡萄糖和無機氮源為培養基進行發酵，繼而采用酸沉法提取純化而成，操作方便、成本低，其由

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河北科技大學食品與生物學院的鄭雪梅、孫哲浩*，河北灃川生物科技有限公司的乞鋒輝等人以玉米變性淀粉-羥丙基二淀粉磷酸酯與三贊膠形成的共混體系為研究對象，探討三贊膠對玉米變性淀粉糊化、流變特性及微觀結構的影響，以期為三贊膠在實際食品體系中應用提供一定的理論基礎，從而拓展三贊膠在食品工業中的應用范圍。

1 三贊膠質量分數對玉米變性淀粉糊化特性的影響

如圖1所示，隨著三贊膠質量分數的增加，混合體系的糊化曲線上移，這可能是三贊膠的加入促進玉米變性淀粉顆粒膨脹所致。由表1可知，隨著三贊膠質量分數的增加，混合體系的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度及糊化溫度均增加，其原因可能是三贊膠為親水性大分子，具有良好的增稠性能，處于玉米變性淀粉糊的連續相中，在糊化過程中玉米變性淀粉顆粒吸水膨脹導致三贊膠可利用水分減少及可用空間壓縮，使連續相中三贊膠相對含量提高，混合體系黏度隨之增大；另外，三贊膠與玉米變性淀粉分子鏈之間可能通過氫鍵發生相互作用，兩者交聯或纏結導致體系黏度升高。結果表明三贊膠增加了玉米變性淀粉的黏度并表現出濃度依賴性。

崩解值是指峰值黏度與谷值黏度的差值，能夠反映淀粉的熱糊穩定性，即淀粉糊在高溫條件下的耐剪切能力，崩解值越高，淀粉的熱糊穩定性越差。玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的崩解值隨三贊膠添加量的增加呈現先增加后減少的趨勢，當三贊膠的質量分數超過0.10%時，混合體系的崩解值開始降低。

回生值是指最終黏度與谷值黏度的差值，反映了淀粉糊的冷糊穩定性，回生值越低，淀粉的抗老化能力越強；回生值越高，淀粉糊形成凝膠的能力越強。添加三贊膠的混合體系回生值均高于空白對照組，說明三贊膠的添加增強了玉米變性淀粉糊的凝膠能力，可以用于改善玉米變性淀粉的凝膠性。

淀粉的糊化溫度能夠反映淀粉糊化的難易程度，糊化溫度越低，淀粉越容易糊化。玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的糊化溫度隨著三贊膠質量分數的增加而增加，當三贊膠質量分數由0%升至0.30%時，混合體系的糊化溫度從72.58 ℃升至77.40 ℃，可能是由于三贊膠的水合作用減少了玉米變性淀粉可利用水的數量，水分子進入玉米變性淀粉內部受阻，從而限制了玉米變性淀粉的膨脹能力，使玉米變性淀粉更難糊化。

為了進一步研究三贊膠與玉米變性淀粉之間的黏度協效作用，分別測定了與混合體系中各組分條件相同的三贊膠和玉米變性淀粉的黏度變化曲線，并將單獨的三贊膠和玉米變性淀粉黏度疊加值與混合體系的糊化黏度進行了比較。如圖2所示，三贊膠和玉米變性淀粉峰值黏度和最終黏度的疊加值均低于實驗值，說明三贊膠與玉米變性淀粉間存在協同增稠作用。隨著三贊膠質量分數的增加，三贊膠與玉米變性淀粉最終黏度的疊加值與實驗值的差異增大，當三贊膠質量分數為0.30%時，三贊膠與玉米變性淀粉最終黏度的疊加值與實驗值的差異最為顯著。

2 不同離子強度下三贊膠對玉米變性淀粉糊化特性的影響

如圖3、表2所示，玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度均隨著NaCl濃度的增加而增加，可能是由于陽離子的加入減小了分子間的排斥作用，降低了玉米變性淀粉顆粒的流動性，促進了凝膠網絡的形成，從而提高了黏度。同時，混合體系的崩解值和回生值也增加，表明添加NaCl后玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的冷熱穩定性變差。混合體系的糊化溫度也隨著NaCl濃度的增加而增加，可能是由于隨著NaCl濃度的增加，Na+和Cl-的濃度增加，從而加劇了離子對體系中的水分和玉米變性淀粉分子之間的相互作用，進一步阻礙了玉米變性淀粉的糊化過程，使玉米變性淀粉難以糊化。王慧云等也發現添加NaCl后馬鈴薯淀粉-亞麻多糖、馬鈴薯淀粉-黃原膠、馬鈴薯淀粉-魔芋膠混合體系的峰值黏度和崩解值均顯著升高。

3 pH值對玉米變性淀粉-三贊膠糊化特性的影響

如圖4、表3所示，與pH 6.9時相比，當pH 4.0時玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值、回生值和糊化溫度均增加，混合體系的冷熱穩定性變差。當體系調酸后，鹽的濃度也影響玉米變性淀粉的糊化特性；當pH 4.0時，混合體系的峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最終黏度及糊化溫度隨著NaCl濃度的增加而減小，回生值呈先減小后增加的趨勢，表明添加低濃度的NaCl溶液對玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的冷/熱糊穩定性較好，添加高濃度的NaCl溶液且pH 4.0時，混合體系的冷糊穩定性變差。

4 三贊膠質量分數對玉米變性淀粉靜態流變學特性的影響

如圖5所示，混合體系的黏度均隨著剪切速率的增加先降低而后趨于平穩，具有典型的剪切稀化行為。通過Herschel-Bulkley模型對各靜態剪切流變特性曲線進行擬合，結果如表4所示。玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的決定系數R2均在0.99以上，說明混合體系的靜態流變性質具有較高的擬合精度。曲線流體指數n可反映其與牛頓流體的接近程度，n＜1表明混合體系均為假塑性流體，具備此屬性的食品體系在生產環節中更易于成型灌裝，同時不會明顯磨損機械，在淀粉類食品加工中起到積極作用。添加三贊膠后，剪切應力均隨著剪切速率的增加而增加，且體系的剪切應力與三贊膠質量分數呈正相關，隨著三贊膠質量分數的增加，混合體系的K值升高、n值降低，說明混合體系的增稠性及假塑性增強。

5 不同離子強度下三贊膠對玉米變性淀粉靜態流變學特性的影響

如圖6所示，玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的黏度均隨著剪切速率的增加先減小而后趨于穩定，具有剪切稀化的特性。添加NaCl后，玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的剪切應力及黏度提高。在低剪切速率下，添加0.01 mol/L NaCl溶液的剪切應力大于添加0.10 mol/L NaCl溶液，隨著剪切速率的增加，添加0.10 mol/L NaCl溶液的剪切應力反而超過添加0.01 mol/L NaCl溶液的剪切應力。

由表5可知，玉米變性淀粉-三贊膠混合體系及添加0.10 mol/L NaCl溶液混合體系的R2均在0.99以上，具有較高的擬合精度。混合體系的n均小于1，表明添加NaCl不會改變混合體系的假塑性流體特性。

6 pH值對玉米變性淀粉-三贊膠混合體系靜態流變學特性的影響

如圖7所示，與pH 6.9時相比，在同一剪切速率下pH 4.0時玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的剪切應力和黏度明顯增加。調酸后NaCl的存在也影響體系的靜態流變學特性。在低剪切速率下，混合體系的剪切應力隨著NaCl濃度的增加而降低，隨著剪切速率的繼續增加，添加NaCl且pH 4.0混合體系的剪切應力超過不添加NaCl的混合體系。當pH 4.0時，在同一剪切速率下，添加NaCl的混合體系黏度隨著NaCl濃度的增加而減小。

由表6可知，在pH 4.0時混合體系的n值仍小于1，說明pH 4.0條件不會改變混合體系的假塑性流體特性。

7 三贊膠質量分數對玉米變性淀粉動態流變學特性的影響

動態流變學可用于測定不同樣品的黏彈性，對食品加工特性以及質量控制具有重要的應用價值。儲能模量表示實驗中暫時儲存的應力能量，可在之后恢復的彈性性質；損耗模量表示初始流動所需能量是不可逆損耗，已轉化為剪切熱的黏性性質。如圖8所示，在一定的頻率范圍內，混合體系的G’和G″均隨著三贊膠質量分數的增加而增加，并且添加三贊膠體系的G’和G″均分別大于MCS組的G’和G″，表明三贊膠提高了混合體系的黏彈性，這可能是由于三贊膠促進了玉米變性淀粉的水合和溶脹，從而增加了混合體系中分子間交聯點的數量，促進了網絡結構的形成，因此導致G’和G″值升高。當三贊膠質量分數低于0.30%時，G″均大于G’，表明混合體系以黏性性質為主。陳忠秋在研究猴頭菇β-葡聚糖對小麥淀粉流變學特性的影響時也得到類似的結論：添加猴頭菇β-葡聚糖后，混合凝膠體系的G’和G″均增加，并且隨著猴頭菇β-葡聚糖分子質量的增加而增加。

8 不同離子強度下三贊膠對玉米變性淀粉動態流變學特性的影響

如圖9所示，在一定范圍的頻率范圍內，玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的G″均大于G’，說明體系以黏性特性為主。加入NaCl后提高了混合體系的G’和G″，這可能是由于鹽的電荷屏蔽效應促進了三贊膠與玉米變性淀粉之間的相互作用，從而促進了網絡結構的形成，增加了混合體系的黏彈性。

9 pH值對玉米變性淀粉-三贊膠動態流變學特性的影響

如圖10所示，與pH 6.9時相比，當pH 4.0時玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的G’和G″均有所增加。當pH 4.0時，加入NaCl后混合體系隨著NaCl濃度的增加，G’減小、G″無明顯變化，表明混合體系添加NaCl且pH 4.0條件下，體系彈性性質在減少，更趨向于黏性性質。

10 外界條件對玉米變性淀粉-三贊膠粒徑的影響

淀粉顆粒在加熱和凝膠化過程中膨脹和破裂，浸出的淀粉組分和膨脹的淀粉顆粒相互聚集。因此，淀粉顆粒的粒度是影響凝膠及其網絡結構形成的重要因素。中值粒徑（D50）表示樣品中小于和大于此粒徑的顆粒各占50%。如圖11所示，混合體系的粒徑分布均為單峰曲線，與MCS組相比，添加三贊膠后的混合體系D50增大，表明三贊膠可以促進玉米變性淀粉的溶出和聚集，Luo Yu等發現涼草粉多糖通過影響玉米淀粉組分的溶出和聚集，顯著提高玉米淀粉-涼草粉多糖的D50和顆粒尺寸。當混合體系pH值調至4.0時，混合體系的D50又減小。加入NaCl且pH 4.0時，混合體系的D50隨著NaCl濃度的增加而略微減小。

11 外界條件對玉米變性淀粉-三贊膠質構特性的影響

凝膠強度是評價食品質地的重要指標，主要用于預測食品的物理特性。由圖12可知，加入三贊膠后混合體系的凝膠強度增加，可能是由于三贊膠與玉米變性淀粉之間通過氫鍵相互作用，形成了更強的凝膠網絡。與混合體系pH 6.9時相比，當混合體系pH 4.0時凝膠強度增加。添加NaCl且pH 4.0時，混合體系的凝膠強度隨著NaCl濃度的增加而減小。宋曉敏等在研究NaCl濃度對蠶豆淀粉凝膠強度的影響時也得出了相似的結論，低濃度的NaCl增加蠶豆淀粉凝膠的強度，而較高濃度的NaCl使蠶豆淀粉的凝膠強度降低。

12 外界條件對玉米變性淀粉-三贊膠微觀結構的影響

由圖13可以看出，凝膠均呈現出蜂窩狀網絡結構。樣品凝膠網絡中的孔隙是凍干時水分蒸發造成的，孔洞的尺寸與水分分布有關，較大的孔洞表明玉米變性淀粉碎片之間的纏結力增加，凝膠中相分離的水產生排斥力。單獨的玉米變性淀粉凝膠的孔洞不均勻，添加三贊膠后玉米變性淀粉-三贊膠凝膠的孔洞變得更均勻。將混合體系pH值調為4.0后，凝膠孔洞略微變小。添加低濃度NaCl溶液且pH 4.0時，凝膠孔洞無明顯變化，加入高濃度NaCl溶液且pH 4.0時，凝膠孔洞明顯變小。

結 論

玉米變性淀粉-三贊膠混合體系屬于典型的剪切稀化流體，且剪切應力與三贊膠的質量分數呈正相關，三贊膠增加了玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度及糊化溫度。通過糊化黏度疊加值與實驗值的比較，進一步證明了三贊膠與玉米變性淀粉存在著一定的協同增稠作用。三贊膠的加入也使淀粉微觀結構發生改變，混合體系的孔洞更加均勻。不同的環境條件（三贊膠質量分數、鹽離子強度、pH值）影響了三贊膠與玉米變性淀粉的相互作用，從而最終影響了玉米變性淀粉的理化特性及微觀結構。在后續玉米變性淀粉-三贊膠混合體系的具體食品體系應用時可以做更加深入的探討。

引文格式：

鄭雪梅, 乞鋒輝, 靳曉偉, 等. 三贊膠對玉米變性淀粉糊化、流變特性及微觀結構的影響[J]. 食品科學, 2025, 46(7): 76-84. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241111-082.

ZHENG Xuemei, QI Fenghui, JIN Xiaowei, et al. Effect of Sanzan gum on pasting, rheological and microstructural properties of modified corn starch[J]. Food Science, 2025, 46(7): 76-84. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241111-082.

實習編輯：王雨婷；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

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