荞麦别名净肠草,作为我国的主要杂粮之一,其种植范围遍布我国西南和东北地区。荞麦中富含碳水化合物、膳食纤维、维生素和矿物质,以及其他生物活性化合物和必需营养物质[1],能够减缓食物消化速度、稳定血糖水平、减少胰岛素分泌,对糖尿病患者具有显著的益处。荞麦全粉中含有超过70%(质量分数)的淀粉,是荞麦的主要成分,其中直链淀粉含量约20%～28%。淀粉可作为增稠剂、增量剂、黏合剂和脂肪替代剂应用于工业领域,由于天然淀粉存在易老化、冷水溶解性差、低耐热性和低剪切率等问题[2],限制其在食品及现代工业领域的应用。据报道,球磨处理后的淀粉具有更好的稳定性、黏性或凝胶性,可用于制作高附加值的食品、医药产品或化工产品。基于此,为了改良荞麦淀粉的理化性质,通常采用物理、化学和生物技术来改良淀粉。其中物理方法因其绿色环保、操作简便等优点,在科研和食品工业等各个领域都有广阔的应用前景[3]。

冷冻球磨是一种低温研磨技术,以钢珠为介质,通过撞击、挤压和摩擦的方式改变淀粉颗粒的微观结构,以调控淀粉的理化性质。此外,在球磨过程中加入液氮能有效减少热量,防止淀粉热降解和氧化,以确保淀粉结构的完整性。目前国内外学者开展了多项研究来探讨球磨处理对淀粉结构和其理化性质的影响。郝宗围等[4]研究发现,经球磨处理后,糯米淀粉结构被破坏,偏光十字特性逐渐减弱,粒径增加并出现团聚、结块的现象。GONZLEZ等[5]发现随着球磨能量的增加,大米淀粉的粒径、结晶度和糊化焓均减小,并说明了球磨程度与加工强度有关。TAN等[6]在球磨蜡质玉米淀粉的研究中发现,球磨处理后的淀粉糊化温度和黏度均降低,糊化稳定性增强,老化倾向减小,这使得球磨法可用于生产具有理想糊化特性的淀粉产品,以扩大淀粉在食品和工业产品中的应用。

目前关于球磨处理对荞麦淀粉理化性质所产生的影响的相关研究报告尚不多见。本研究采用冷冻球磨法处理荞麦淀粉,是荞麦淀粉精深加工的新选择,旨在研究其对荞麦淀粉微观结构、偏光特性、糊化特性、热特性以及流变学等物理指标的影响,并阐明影响机理,为进一步改良荞麦淀粉在食品和工业领域中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

荞麦(初级农产品),赤峰市圣朝商贸有限公司;盐酸、氢氧化钠、溴化钾,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

YD-YXQM-4L冷冻行星液氮球磨机,长沙米淇仪器设备有限公司;i-Raman Plus便携式拉曼光谱仪,必达泰克光电设备(上海)有限公司;Mastersizer 2000激光粒度仪,英国Malvern公司;Flex 1000钨灯丝扫描电镜,日本Hitachi公司;Nicolet 6700傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR),赛默飞世尔科技;XD6多晶X-射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD),北京普析通用仪器有限责任公司;DSC 8000差示扫描量热仪、RVA TecMaster快速黏度分析仪,美国珀金埃尔默股份有限公司;DHR-1流变仪,美国TA仪器公司;NP910TRF偏光显微镜,南京江南永新光学有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 荞麦淀粉的制备

荞麦在水中浸泡过夜,将浸泡过的荞麦打浆,过100目筛滤除残渣。加0.2%的NaOH溶液到滤液中,使其pH值约为10.0,然后在室温下搅拌2 h。待静置3 h后换水,在转速4 500 r/min下离心15 min,倒掉上层黄色液体,然后刮去表面深黄色固体状物,保存下层白色沉淀,反复水洗沉淀3次,将水洗后的白色沉淀置于40 ℃的烘箱中烘干至恒重,粉碎即可获得荞麦淀粉,使用自封袋密封后,存放于干燥皿中。

1.3.2 荞麦淀粉球磨处理

称取50 g荞麦淀粉加入研磨罐中,将转速设定为500 r/min,每隔5 min更换一次旋转方向,中间进行1 min的暂停。通过改变球磨时间来制备淀粉样品,分别球磨处理20、40、60和80 min,获得不同的球磨时间梯度的样品,相应命名为BS-20、BS-40、BS-60和BS-80,原荞麦淀粉作为空白对照。

1.3.3 荞麦淀粉结构的测定

1.3.3.1 荞麦淀粉微观结构观察

使用棉棒将样品均匀地涂到导电胶表面,然后喷金处理30 s,在扫描电镜下,分别在1 000倍和5 000倍的放大倍数下,观察并保存淀粉颗粒的扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)图。

1.3.3.2 偏光结构测定

取淀粉(干基)0.1 g溶解在纯水中,配制成1.0%的淀粉乳样品。将样品装载到样品台上,在适当的光源位置和放大倍数下,观察并保存样品的偏光十字图。

1.3.3.3 荞麦淀粉粒径分布测定

使用激光粒度仪测量淀粉颗粒大小,设定参数：测量模式为手动,分散剂为水,泵速调至2 500 r/min。配制1.0%的淀粉乳样品,使用胶头滴管将样品缓缓滴入纯水中,形成均匀的悬浮体系,直至遮光率在特定范围内,每次测量完成后用纯水清洗仪器管道。

1.3.3.4 荞麦淀粉的结晶结构测定

在测定结晶结构之前,样品需在室温下静置平衡24 h。实验条件：使用铬靶扫描样品,将电压调整为40 kV,控制电流为30 mA,设定扫描范围在5°～40°,扫描速率为4°/min,得到XRD图,根据公式(1)计算样品的相对结晶度(relative crystallinity,RC)：

(1)

式中：Ac为结晶区面积,Aa代表非结晶区面积。

1.3.3.5 荞麦淀粉的FTIR光谱测定

根据ZHANG等[7]的方法,并稍作修改。称取1.0 mg淀粉样品,与溴化钾按1∶100的质量比混合研磨,使用压片机压制30 s,直至透明。试验条件：设定扫描范围为4 000～400 cm-1,分辨率为4 cm-1,以空气作为背景,进行64次扫描。所得数据进行基线校准后去卷积处理。分别计算吸光度在1 047 cm-1和1 022 cm-1的峰强之比,以及吸光度在1 022 cm-1和995 cm-1的峰强之比。

1.3.3.6 荞麦淀粉的拉曼光谱图的测定

参考闫溢哲等[8]描述的方法,并稍作修改。在3 200～100 cm-1采集拉曼光谱数据,记录波数在480 cm-1处样品的半峰全宽(full width at half maximum,FWHM),以此衡量淀粉的短程有序结构。

1.3.4 荞麦淀粉特性的测定

1.3.4.1 吸水指数的测定

准确称取0.1 g荞麦淀粉,质量记作m1,放入50 mL离心管中,记录淀粉和离心管的质量之和为m2,向其加入纯水20 mL。室温条件下,持续振荡20 min,接着在4 500 r/min转速下离心10 min,缓慢倒掉上层液体后保留下层沉淀,记录此时离心管与和沉淀淀粉的总质量m3,按公式(2)计算样品的吸水指数(water absorption index,WAI)：

(2)

1.3.4.2 冷水溶解度(cold water solubility,CWS)和膨胀度(swelling power,SP)的测定

在已知质量的离心管中,分别称取0.2 g淀粉记为m1,加入10 mL纯水,常温涡旋均匀后进行振荡处理20 min,接着在4 000 r/min的转速下离心10 min,将上清液在105 ℃下烘干,得到的水溶性淀粉质量标记为m2,而下层沉淀淀粉的质量记为m3,依据公式(3)和公式(4)分别计算样品的CWS和SP：

(3)

(4)

1.3.4.3 糊化特性的测定

测定前先将仪器预热30 min,分别称取3 g淀粉于专用铝制圆筒中,再加入25 mL纯水,搅拌使其分散均匀。设定测试条件：首先进行初始热平衡,在50 ℃下保持1 min,然后以12 ℃/min的速度动态加热,待温度上升至95 ℃后继续保持3 min,以每分钟降低12 ℃的速率开始降温,温度达到50 ℃后保持该状态2 min。软件自动记录测定糊化特性参数(初始糊化温度、峰值时间、峰值黏度、谷值黏度、最终黏度),通过计算得出崩解值和回生值。

1.3.4.4 热力学特性和糊化度(degree of gelatinization,DG)的测定

参照ZHANG等[9]的方法测定淀粉样品热力学特性,并稍作修改。首先在专用铝制坩埚中称量 2 mg 淀粉样品,然后加入6 μL纯水,将坩埚密封后存于在5 ℃下保持12 h。设定测试条件：待测样品的温度范围是从30 ℃线性升温到110 ℃,温度上升速度为10 ℃/min,通过比较样品与空坩锅在升温过程中吸收热量的差异,以测定热力学参数(To-起始温度、Tp-峰值温度、Tc-结束温度、ΔH-焓变),并根据公式(5)计算出样品的DG：

(5)

式中：ΔH1为球磨处理后荞麦淀粉的热焓值、ΔH2为原荞麦淀粉的热焓值。

1.3.4.5 流变特性的测定

根据XIE等[10]描述的方法,并稍作修改。首先配制质量分数为10%的淀粉悬浮液,放入50 mL烧杯中,在95 ℃的水浴锅中加热15 min,加热过程中不停地搅拌,然后将样品置于室温下冷却,冷却后的糊化样品平铺在仪器底盘中央。测定条件：设定温度为25 ℃、频率为0.1～10 Hz、应变为0.1%,选择40 mm平行板,测定流变特性参数(G′-储能模量、G″-损耗模量、tanδ-损耗角正切值)。

1.4 数据处理与分析

为确保实验数据的准确和可靠性,所得数据均至少进行3次以上重复实验,结果以平均值±标准差表示,并选择Origin软件作图。为检验数据之间的显著差异,使用Statistix 8软件计算方差,当P<0.05,表示数据之间差异显著。

2 结果与分析

2.1 球磨处理对荞麦淀粉结构的影响

2.1.1 球磨处理对荞麦淀粉微观结构的影响

图1为球磨处理前后荞麦淀粉的微观结构。如图1所示,天然荞麦淀粉多为球形、鹅卵石形或不规则的多面体形态,表面光滑且大小较为均匀。经过球磨处理后,淀粉颗粒有不同程度破坏,当球磨时长达40 min时,观察到颗粒表面开始出现轻微的裂纹,周围伴有剥离的破损淀粉。当球磨时长达80 min时,观察到淀粉结构被严重破坏,大量淀粉颗粒表面出现明显的裂缝和沟槽,受损颗粒团聚成团或黏附在较大颗粒的表面,这主要是由于在球磨过程中,淀粉在钢珠的撞击、揉捻与摩擦等机械力作用下,其稳定结构发生了改变,原本紧密的晶体结构遭到破坏,破损淀粉颗粒的表面积不断增大,出现揉捻成块的现象导致粒径增大,这一结果与粒度结果吻合。李梦楠[11]在不同球磨时间对马铃薯淀粉理化性质的影响研究中也观察到类似的现象,随着球磨时间从0 h延长到9 h,马铃薯淀粉出现黏结和包合的现象,而且随着球磨时间的延长,这种现象越明显。

2.1.2 球磨处理对荞麦淀粉偏光特性的影响

图2为球磨处理前后荞麦淀粉的偏振光显微图,淀粉颗粒的构成包括结晶区域和非晶区域,当偏振光穿过淀粉颗粒时,不同区域对光的散射和吸收作用不同,结晶区域由于其密度和折射率较高,对光的散射效应更明显,则形成较为明亮的部分;而非晶区域则相对较弱,则形成较为暗淡的部分,因此,天然淀粉颗粒在偏振光下,表现出马耳他十字形状。研究表明,淀粉颗粒的双折射性强度与其结晶度之间存在关联性,与球磨处理后的荞麦淀粉相比,原荞麦淀粉表现出更清晰的十字形,可能是由于更为有序的结晶结构。当球磨时长从20 min延长到80 min,部分淀粉颗粒由原先清晰的马耳他十字图案变得模糊不清,双折射现象逐渐消失,这是由于淀粉颗粒的结晶结构不断地断裂,荞麦淀粉晶体结构的破坏程度和处理时间有关[12],这一结果与SEM观察结果一致。

2.1.3 球磨处理对荞麦淀粉粒径分布的影响

图3为球磨处理前后荞麦淀粉的粒径分布图,观察到荞麦淀粉粒径分布随着球磨时间延长逐渐向右移动,如表1所示,随着球磨时间的延长,淀粉的D10、D50、D90分别从4.50、7.77、13.21 μm增加到7.44、12.82、21.20 μm,表明荞麦淀粉经球磨处理后粒径显著增大。这是由于球磨处理后,淀粉颗粒被分解成较小尺寸的淀粉碎片,这些淀粉碎片容易聚集在一起或黏附在大颗粒的表面上。此外,淀粉碎片的单位质量具有更大的表面积,使得淀粉碎片具有更多的表面自由能,在范德华力和静电力作用下相互黏附团聚。这与扫描电镜观察结果一致。汪鑫[13]的研究发现,经球磨处理后青稞淀粉的D10、D50和D90均明显增大,这与本研究结果一致。

2.1.4 球磨处理对荞麦淀粉XRD图谱的影响

图4为荞麦淀粉在不同球磨时间下的XRD,由图4可知,天然荞麦淀粉表现出A型晶体结构的特征,分别约在15.3°、17.2°、18.2°和23°的2θ处有强衍射特征峰,经过球磨处理后,淀粉衍射峰强度逐渐在减弱,80 min时样品的衍射峰几乎消失,说明延长球磨时间会削弱特征峰强度,而特征峰的减弱反映结晶度的降低。如表2所示,当球磨处理时间为80 min时,相对结晶度由原淀粉的24.75%显著降低至4.49%,这可能是由于机械力的作用,导致氢键发生断裂,使得原本紧密排列的双螺旋结构解体,造成淀粉的晶体结构崩解和无定形区增加,类似的结果也出现在马铃薯淀粉中[14]。

2.1.5 球磨处理对荞麦淀粉红外光谱的影响

不同球磨时间处理样品的FTIR图如图5所示,由图5-A可知,所有样品均没有新峰出现和特征峰位置的改变,这表明淀粉在球磨过程中没有新官能团生成。此外,3 300 cm-1附近的吸收峰强度随球磨处理时间的递增而降低,表明球磨处理破坏了淀粉颗粒结晶区域中的氢键,这是由于3 300 cm-1处的吸收峰与淀粉分子中O—H键的伸缩振动有关。图5-B为样品去卷积后的图谱,波数在1 047 cm-1和1 022 cm-1处的吸收峰分别对淀粉中的结晶区和无定型区敏感,R1 047/1 022通常用于量化淀粉分子的短程有序性[15]。表2为不同球磨时间处理荞麦淀粉的R1 047/1 022和R1 022/995,观察到随着球磨处理时间的延长,R1 047/1 022逐渐降低,R1 022/995逐渐升高,说明球磨处理破坏了淀粉分子的有序结构,该结果与XRD图谱结果一致,类似的现象在球磨处理泰国糯米淀粉中也有出现[16]。随着球磨时间从5 min延长到45 min,马铃薯淀粉的R1 041/1 015逐渐降低,表明球磨处理增加了淀粉颗粒中无定形结构。

2.1.6 球磨处理对荞麦淀粉拉曼光谱的影响

图6为不同球磨时间处理荞麦淀粉的拉曼光谱图。由图6可知,所有淀粉样品均未形成新峰,表明淀粉分子并未在分子层面生成新的化学键或官能团。相关研究表明在480 cm-1处的半峰宽用于衡量淀粉的短程有序性,当淀粉的短程有序性较低时,其晶体结构会更加疏松,这反映在拉曼光谱上即为480 cm-1处的半峰宽会更大[17]。由表2可知,当球磨时长达80 min时,位于480 cm-1处的半峰宽数值由原来的16.30增加到24.97,这可能是由于球磨工艺破坏了淀粉的短程有序结构,淀粉分子内的糖苷键以及淀粉结晶区域内的氢键在机械力的作用下断裂或解离。LIU等[18]的研究结果表明,糯玉米淀粉和糯米淀粉经球磨处理后,其480 cm-1处的半峰宽均显著增加。该结果与FTIR的结果相互佐证。

2.2 球磨处理对荞麦淀粉理化特性的影响

2.2.1 球磨处理对荞麦淀粉吸水指数的影响

通常吸水指数用来评估粉颗粒对水分的吸附和保留能力,淀粉的吸水指数越大,表明对水分的吸附能力越强。不同球磨时间处理荞麦淀粉的吸水指数如图7所示,随着球磨处理时间的延长,吸水指数呈上升趋势,吸水指数值从1.35 g/g上升到7.23 g/g,这可能是由于淀粉晶体结构在球磨过程中被破坏,从而增大了其比表面积以及孔隙结构的形成,AHMAD等[19]在球磨处理七叶树淀粉、菱角淀粉、莲茎淀粉中也观察到类似的结果。此外,淀粉颗粒在机械处理下可导致其无定形生长环的稳定性降低,分子内外氢键断裂的同时解离出大量的自由羟基基团,当水分子和更多的游离羟基相互结合时,淀粉颗粒的吸水能力得到显著增强,使其更加充分地吸收水分[20]。

2.2.2 球磨处理对荞麦淀粉冷水溶解度和膨胀度的影响

图8是不同球磨时间处理荞麦淀粉的冷水溶解度和膨胀度图。由图8可知,原荞麦淀粉在冷水环境下具有较低的溶解度和膨胀度,经过球磨处理后,其冷水溶解度和膨胀度得到了显著提升。与原淀粉相比,当球磨时间达80 min时,淀粉的冷水溶解度从0.99%增加到5.32%,这可能是由于球磨处理导致荞麦淀粉的结晶区降解,并破坏了其分子间的氢键连接,这使得原本刚性的结构变得较为松散,从而为水分子进入淀粉颗粒内部提供了更多机会[21]。此外,随着球磨处理时间的延长,淀粉颗粒表面逐渐变得粗糙,形成了诸多凹痕和细微的裂隙。这种形态的变化不仅增大了颗粒的表面积,还使得原本藏在颗粒内部的羟基暴露出来。当这些羟基与水分子结合形成氢键,增强了淀粉颗粒的吸水能力,最终导致膨胀度的增大。LIU等[22]的研究表明,球磨工艺显著提高了玉米淀粉的孔隙率,并说明了球磨处理能增强淀粉的吸附能力。

2.2.3 球磨处理对荞麦淀粉糊化特性的影响

如图9所示,荞麦淀粉在球磨处理过程中,随着处理时间的延长,其整体糊化特性曲线逐渐下移。根据表3的数据对比,球磨处理显著降低了荞麦淀粉的糊化黏度特性,具体表现在糊化黏度和糊化温度均较原淀粉有所下降,当球磨处理时间为80 min时,荞麦淀粉的峰值黏度从4 631.00 cP下降到2 129.67 cP,糊化温度从74.58 ℃下降到55.45 ℃,说明球磨处理与淀粉的糊化性能显著相关,这主要是由于球磨处理导致荞麦淀粉结构被破坏,与天然淀粉相比,破损淀粉在糊化时呈现出较低的黏度和温度,当破损淀粉增加时,糊化黏度和温度均随之降低。YU等[23]也观察到有类似的结果出现。此外,崩解值和回生值也分别从1 560.67、1 839.67下降至871.33、1 084.67 cP,这可能是由于淀粉在经过球磨处理后,其内部结构变得松散,这种结构上的变化使得淀粉在加热过程中更容易碎裂和崩解;经过球磨处理的淀粉,其颗粒内部的直链淀粉易于渗出,在冷却过程中淀粉分子的重聚合作用不明显,使得淀粉的回生值显著降低[24]。崩解值降低代表荞麦淀粉热糊稳定性的提升,而回生值的下降则进一步证明了其抗老化能力的增强。这些变化表明处理后的荞麦淀粉在热稳定性和抗老化方面均优于原淀粉。

2.2.4 球磨处理对荞麦淀粉热特性的影响

图10直观地展示了荞麦淀粉在球磨处理前后的差示扫描量热分析结果对比。结果表明,在球磨处理过程中,样品的吸热峰位置随着处理时间的延长向低温端移动。如表4所示,随着球磨处理时间延长,糊化温度和ΔH值整体减小,当球磨处理持续80 min,样品无法检测到明显的吸热峰,表明球磨处理使得淀粉的热力学稳定性大幅下降,样品呈现几乎完全糊化的状态。这主要是由于球磨处理不仅产生大量的游离羟基而更易与水结合,降低了糊化温度,还破坏了淀粉颗粒表面原本起到的物理屏障作用。分子内外氢键断裂削弱了淀粉分子之间的相互作用力,淀粉糊化时所需的能量更小,使得样品呈现更低的糊化温度和焓值[25]。此外,当球磨处理80 min时,荞麦淀粉的糊化度达到96.16%,这表明球磨处理显著提升了淀粉的糊化度,这可能是由于淀粉颗粒内部的结构发生变化,受损淀粉增多,使得水分子更易于与受损区域结合,这有利于淀粉的糊化。XU等[26]发现马铃薯淀粉的糊化焓、糊化范围和短程有序结构与糊化度呈负相关。

2.2.5 球磨处理对荞麦淀粉动态流变特性的影响

淀粉和淀粉基食品凝胶在受到周期性应力作用下所展现的黏弹性,通常通过动态流变特性来进行评估。G′反映淀粉在受到外力作用时,能量以弹性形式储存的能力,即淀粉的类固性质,G″则反映了淀粉在受到外力作用时,能量以热量形式释放的能力,即淀粉的类液性质[27]。如图11所示,球磨处理前后的G′一直大于G″,tanδ值均小于1,表明该凝胶体系以弹性特征为主,淀粉中G′和G″值之间的差异表明其具有弱凝胶的性质;与原淀粉相比,经球磨处理后荞麦淀粉的G′值均低于原淀粉,且G′值的降低与处理时间呈正相关,样品的G″值与G′值的变化趋势相同,这可能是因为在球磨的机械力作用下,淀粉的双螺旋结构、短程有序和晶体结构被破坏,导致其原本刚性的三维结构逐渐减弱,从而使糊化淀粉的黏弹性减弱[28],X-衍射和FTIR的测定结果与此相印证。由图11-C可以观察到,糊化淀粉的tanδ随着球磨时间的延长呈现出升高的趋势,表明球磨后荞麦淀粉的类固体性质逐渐减弱,流动性增强,淀粉凝胶体系呈现黏弹性液体状[29]。

3 结论

本研究分析了不同球磨处理时间对荞麦淀粉结构和理化性质产生的影响。结果表明,随着球磨时间延长,淀粉颗粒的表面逐渐变得粗糙,出现明显的裂隙和凹坑,损伤淀粉比例逐渐增加,这些受损淀粉在机械力的作用下聚集,形成粒径更大的颗粒。与原始荞麦淀粉对比,球磨处理后的淀粉在冷水中更易溶解,膨胀度更高,吸水性能也更强,淀粉的偏光十字特性明显减弱,短程有序性和相对结晶度均降低。在热力学方面,球磨处理后样品的糊化黏度逐渐降低,表现出更低的To、Tp、Tc和焓值。此外,荞麦淀粉的G′、G″值逐渐下降,糊化淀粉的黏弹性降低,tanδ值呈现上升趋势,表明球磨处理后荞麦淀粉凝胶体系流动性增强,呈现黏弹性液体状,本研究结果可为荞麦淀粉的精深加工提供参考。虽然采用球磨法处理淀粉具有独特的改性效果,但因其能耗高且生产效率相对较低,可能不适用于对成本和效率有严格要求的大规模生产场景,有望通过优化球磨工艺和研发新型球磨设备来提升生产效率。

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Effect of freezing ball milling treatment on structure and physicochemical properties of buckwheat starch

XU Hui, WU Zongjun, ZHAO Zhongyun, HAN Shengjun, HAO Zongwei, ZHENG Mingming, ZHOU Yibin, DU Yiqun*, YU Zhenyu*

(College of Food and Nutrition, Anhui Agricultural University, Key Laboratory of Jianghuai Agricultural Product Fine Processing and Resource Utilization, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Anhui Engineering Research Center for High Value Utilization of Characteristic Agricultural Products, National Key Laboratory for Tea Plant Germplasm Innovation and Resource Utilization, Hefei 230036, China)

Abstract As a non-thermal processing method, frozen ball milling has the advantages of environmental protection, safety, and controllability, and plays an important role in improving starch-based foods in actual production.To investigate the effects of frozen ball milling treatment on the structure and physicochemical properties of buckwheat starch, buckwheat starch was treated with different ball milling time, with the usage of scanning electron microscopy, fast viscometer, infrared spectrometer, rheometer, and other instruments, aiming to analyze the change of the properties of buckwheat starch before and after the ball milling treatment.Results showed that the starch granules were damaged after ball milling, and the phenomenon of agglomeration and clumping appeared, which was manifested in the obvious increase in particle size.In terms of physicochemical properties, the water absorption capacity, cold water solubility, and swelling degree were elevated to different degrees.The infrared and X-diffraction results showed that the short-range ordered structure was destroyed, the starch granule state was shifted from ordered to disordered, the polarized cross characteristic disappeared, and the starch crystallinity was reduced from 24.75% to 4.49%.Thermodynamically, the thermal stability and cold paste stability of buckwheat starch after ball milling treatment was better than the original starch.With the growth of ball milling time, the enthalpy of buckwheat starch decreased significantly, and its storage modulus and loss modulus were reduced.This study shows that frozen ball milling treatment can regulate the properties of buckwheat starch and provides a theoretical basis for the deep processing of starch.

Key words buckwheat starch; freezing ball milling; structure; physicochemical properties; thermodynamics

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.039928

引用格式：徐慧,吴宗俊,赵忠云,等.冷冻球磨处理对荞麦淀粉结构及理化性质的影响[J].食品与发酵工业,2025,51(12)：44-52.XU Hui,WU Zongjun,ZHAO Zhongyun, et al.Effect of freezing ball milling treatment on structure and physicochemical properties of buckwheat starch[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(12)：44-52.

第一作者：硕士研究生(余振宇讲师和杜逸群教授为共同通信作者,E-mail：yuzhenyuHF@163.com;duyiqun@ahau.edu.cn)

基金项目：国家自然科学基金项目(32172162);安徽农业大学稳定与人才引进项目(rc352008,rc352212);安徽省重点研究与开发计划项目(2023n06020038,2023n06020039);安徽省高等学校科学研究重点项目(2024AH050479)

收稿日期：2024-05-19,改回日期：2024-09-21