臭氧處理能導致淀粉消化性質(zhì)發(fā)生改變。馬鈴薯淀粉經(jīng)臭氧處理60 min后，將其糊化，測定其RDS含量較原樣增加15%，可能是臭氧處理降低了馬鈴薯淀粉分子鏈長以及羧酸根之間的靜電排斥作用，使水分更容易滲透其中，導致淀粉分子對酶敏感性增加[31]。熊金娟等[46]采用臭氧處理糯米不同時間(0.5，1.0，2.0 h)后，糯米粉的羧基含量較未處理組增加了43.3%～87.7%，且顆粒表面出現(xiàn)破損。糯米粉經(jīng)臭氧處理2 h后糊化，測得慢消化淀粉(SDS)和快消化淀粉(RDS)含量分別減少了34.6%和15.3%，而抗性淀粉(RS)含量增加了115.1%。臭氧處理后的糯米粉未經(jīng)糊化直接測定消化性，生糯米粉中RS的含量降低，而SDS和RDS含量則增加，原因在于經(jīng)臭氧處理后，生糯米粉的水合性質(zhì)及對淀粉酶的親和性均較未處理組增強，故容易酶解，從而呈現(xiàn)與糯米粉糊相反的趨勢。Simsek等[35]則發(fā)現(xiàn)臭氧處理使黑豆及菜豆淀粉的RS含量顯著增加，但未顯著改變兩種淀粉的水解率(HI)和血糖生成指數(shù)(eGI)。由此可見，臭氧處理可作為調(diào)控淀粉消化性質(zhì)的潛在方式，但臭氧改性淀粉作為食品配料時可能帶來的安全問題有待研究。

圖1 臭氧處理淀粉的裝置示意圖

影響臭氧改性淀粉的因素

1 介質(zhì)

在干法條件下，淀粉物料為較低含水量(約10%)的粉末，淀粉氧化降解的程度主要受臭氧濃度、氣體流速及作用時間的影響[19,23]。在濕法條件下，除了臭氧濃度、氣體流速及作用時間的影響外，反應(yīng)體系中水分及其他共存溶劑同樣是重要的影響因素。Szymanski[30]的研究表明，向玉米淀粉乳中以鼓泡方式輸入臭氧時，淀粉氧化程度受水分含量的影響較大：水分含量低于65%時，淀粉氧化程度很低(羰基含量0.028～0.030 mol/mol脫水葡萄糖)，水分含量在65%～73%時，氧化程度迅速提升，但繼續(xù)增加水分含量(從73%到82%)，氧化程度提升緩慢。Szymanski[30]的研究還發(fā)現(xiàn)，在23 ℃下反應(yīng)，以氯仿或以乙酸—水為反應(yīng)介質(zhì)比用水為介質(zhì)可制備較高氧化程度的改性淀粉，產(chǎn)物的羰基含量較以水為介質(zhì)時分別提升11.6%和56.2%。因此，濕法條件下對反應(yīng)溶劑的選擇極為重要。

2 溫度

以往報道系統(tǒng)研究溫度影響臭氧作用的文獻鮮見。有研究[30]表明，0 ℃和50 ℃比23 ℃的反應(yīng)溫度條件下，臭氧處理玉米淀粉具有較低的羰基含量，其原因可能在于，較高溫度容易造成臭氧在介質(zhì)中的溶解度降低，臭氧的分解速度加快，而較低溫度則減緩氧化反應(yīng)的進行。控制合適的反應(yīng)溫度可優(yōu)化臭氧處理的效果。

3 pH

目前關(guān)于介質(zhì)pH對臭氧改性淀粉影響的文獻報道甚少，Klein等[22]研究發(fā)現(xiàn)隨著pH的增加，淀粉的羰基和羧基的含量呈上升趨勢，氧化程度增加。pH 3.5時，臭氧處理未引起木薯淀粉中羰基含量變化，且無羧基生成；pH 6.5時，羰基含量變化不顯著，但有羧基產(chǎn)生，含量為0.021%；pH 9.5時，木薯淀粉經(jīng)臭氧處理后生成的羰基和羧基含量顯著上升(分別為0.011%和0.028%)。該研究[22]還發(fā)現(xiàn)，不同pH下處理得到的改性淀粉的糊化行為差異顯著。在pH 3.5制備的改性淀粉在RVA分析中具有很小的峰值黏度、熱糊黏度、崩解值、回生值和冷糊黏度；在pH 6.5和9.5條件下處理得到的改性淀粉的熱糊黏度和冷糊黏度較pH 3.5處理組和未處理組的高，其原因可能是在pH 6.5或9.5時，氧化降解的淀粉分子之間發(fā)生了交聯(lián)作用，在一定程度上提升了熱糊穩(wěn)定性和冷糊的回生性。有研究[10,21]表明，在水溶液中H+能減緩臭氧分子的降解，使其與淀粉進行直接作用，而OH-加速臭氧降解，產(chǎn)生高活性氧化產(chǎn)物，從而增大淀粉改性程度。因此pH對淀粉臭氧改性的影響需要進行系統(tǒng)研究。

4 共存成分

目前，大多數(shù)研究報道物料中的共存成分對臭氧作用淀粉起抑制作用。Gozé等[39]研究指出，小麥粉中的淀粉對臭氧的反應(yīng)活性顯著低于提取出來的小麥淀粉。Kurdziel等[40]也發(fā)現(xiàn)淀粉中共存成分對淀粉氧化具有抑制作用，大麥淀粉較燕麥淀粉具有較低的內(nèi)源性脂質(zhì)和蛋白質(zhì)含量，因而在相同條件下氧化試劑對大麥淀粉的降解程度更高。Chan等[41]進一步研究發(fā)現(xiàn)脫除蛋白質(zhì)組分有利于淀粉的臭氧改性。添加外源性物質(zhì)一定程度上也可以改善臭氧對淀粉的改性效果。An等[40]研究了在臭氧處理大米淀粉過程中添加氨基酸對改性效果的影響，其中賴氨酸添加使得臭氧處理的大米淀粉更易烹煮，不易老化。因此，內(nèi)外源性物質(zhì)有望作為工業(yè)生產(chǎn)中調(diào)控臭氧作用淀粉的重要手段，值得深入研究。

結(jié)論

臭氧處理是一項正在興起的拓展淀粉功能特性或提升淀粉制品品質(zhì)特性的綠色改性技術(shù)。由于臭氧化學機制十分復雜[10, 21]，其對淀粉物料的處理效果受臭氧劑量、作用方式(干法或濕法)、介質(zhì)、溫度、pH、物料共存成分等的影響顯著。因作用程度不同，臭氧既能漂白淀粉，又可將淀粉羥基(C—OH)依次氧化為羰基(C—O)或羧基(COOH)，引起淀粉分子解聚甚至交聯(lián)，但相關(guān)研究還不深入[42]。基于當前研究狀況，后續(xù)研究可從以下方面加強或深入：① 臭氧與淀粉相互作用機制，以及內(nèi)外源因素對臭氧改性的影響需要系統(tǒng)研究；② 在工業(yè)生產(chǎn)水平，臭氧能在多大程度上改變淀粉的分子結(jié)構(gòu)和組成，以及臭氧改性淀粉的應(yīng)用性能和安全性需要研究；③ 探討臭氧處理與其他方法(如超聲波、冷等離子體、濕熱處理)聯(lián)用對淀粉加工特性的影響，為開展其工業(yè)應(yīng)用和豐富改性淀粉品類鋪平道路。