淀粉是地球上最经济有效的加工材料之一，通常存在于种子、根茎、块茎、未成熟果实和茎叶中，被认为是优良植物储藏的主要碳水化合物，不同种类的淀粉因地理位置等因素而各有差异[1]。食品工业中常用的淀粉主要来自于玉米、木薯、小麦和马铃薯等，能够赋予食品理化、功能和消化等特性。除了在食品上的应用，淀粉还是一种常见的工业辅助剂，在医药、生物降解材料、纺织以及造纸等重要领域被广泛应用[2]。现如今，淀粉资源的开发已成为国内外研究的热点之一，但是由于其易老化、难溶于冷水、受热易分解和加工后贮藏稳定性差等因素使其开发的领域受到限制。
动态高压微射流(dynamic high-pressure microfluidization，DHPM)技术作为目前食品加工领域新兴的一种物理改性方法，适用于流体物料的连续化非热加工方式，集输送、超微粉碎、加温加压、膨化、混合等功能为一体，该技术利用液压泵产生的高压气体将物料输入反应腔中，之后高速通过微孔道在相互作用腔中发生强烈撞击、高频剪切、高速振荡和气穴爆炸等一系列的作用，最终实现对物料的物理改性[3]。DHPM技术能够安全有效的对淀粉进行改性修饰，进而影响其结构特性和理化性质，提高淀粉的溶解度和透光率，改变结晶度、糊化焓、膨胀性能等性质，延缓老化时间，改善其加工及营养特性，提高淀粉的可利用价值。本文就DHPM技术对淀粉结构和理化性质影响的最新研究进展进行综述，对存在的问题进行分析总结，并指明淀粉类食品未来开发的研究方向。
1 动态高压微射流的设备及原理
随着淀粉类食品行业的发展，淀粉深加工产品逐渐增多，而天然淀粉在加工性质上具有许多不稳定性，如蒸煮时易形成质地差、黏度高、橡胶态的淀粉糊，且溶解性和机械性能差，冷却后易重新聚合、出现淀粉老化等现象。因此，为了满足食品加工上对淀粉品质的要求，通过物理改性的方法来处理淀粉，一方面淀粉原料的结构和理化性质能够得到改善；另一方面，淀粉内部没有化学试剂残留，安全环保。淀粉的物理改性主要是指通过微波、超声波、湿热处理和动态高压微射流等技术手段改善淀粉。微波是一种高频电磁波，通过交变电磁场中的“分子摩擦”在介质内部深处产生热量，具有加热均匀、升温快、操作简单等特点，但不便于清洗[4]。陈秉彦等[5]研究表明，莲子淀粉经过微波辐射处理后，颗粒形态有明显的变化，随着功率的增加，小颗粒数量不断增多，淀粉中细碎的颗粒之间发生了明显的聚合作用。超声波作为一种具有特殊能量的机械波，具有操作简便、用时短、能耗低等特点，但反应效率不高，影响因素较多。闫巧珍等[6]采用超声处理马铃薯全粉，发现产物晶体结构有明显的变化，结晶度增大，膨胀度、溶解度、糊化温度和黏度等都减小。湿热处理作为一种新型的淀粉改性方法，仅涉及水和热的作用，不破坏其颗粒结构，通过促进淀粉链在无定形区和晶体结构内的相互作用而改变淀粉的物理化学性质[7]。但在实际操作中，通常需要施加一定的压力促进热量均匀地渗入淀粉，否则热量分布不均，效果较差。XING等[8]运用湿热法处理天然玉米淀粉，阐述了湿热法的主要作用原理在于破坏微晶结构,破坏非晶区中双螺旋结构，促进淀粉链之间的相互作用。
DHPM是在微射流均质机的基础上延伸出的一种新兴粉碎技术。其原理示意图如图1所示，在瞬时压力的推动下，流动的混合物料在相互作用腔内受到强烈撞击、高频剪切、高速振荡和气穴爆炸等一系列综合作用力，经外部冷却系统冷却以避免糊化，最终使物料得到超微细化、均一化处理，进而改变物质的结构特性和理化性质[9-11]。KASEMWONG等[12]研究报道DHPM对木薯淀粉悬浮液结构和热性能的影响，经微射流处理后样品部分凝胶化，但淀粉颗粒处理前后的双折射现象无明显差异，随着压力的增大，结晶度和糊化焓逐渐降低。
图1 动态高压微射流设备及原理示意图[13]
Fig.1 The schematic diagram of dynamic high-pressure microfluidization[13]
2 动态高压微射流技术对淀粉结构特性的影响
2.1 动态高压微射流技术对淀粉颗粒结构的影响
淀粉普遍以颗粒形式存在于自然界中，淀粉的颗粒特性是研究淀粉表观结构的基础，主要包括大小、形态、轮纹等，从不同植物来源提取的淀粉呈现出不同的颗粒特性，形态主要是椭圆形、球形、多边形和其他不规则类型[14]。淀粉颗粒特性及DHPM对淀粉颗粒特性的影响如表1所示。淀粉颗粒直径大小范围一般在2～100 μm，粒径大小直接影响淀粉透光率和糊化特性等重要的理化性质。
表1 淀粉颗粒特性及DHPM对淀粉颗粒特性的影响
Table 1 Starch granule characteristics and effect of DHPM on starch granule properties
种类形状粒径分布/μm单复粒高压微射流案例参考文献玉米淀粉椭圆或多角形5～20单粒95 MPa处理3次,电镜显示颗粒大小无明显变化,6次有大量胶体形态的黏着物附着表面[22]莲子淀粉圆形或椭圆形7.5～16.8单粒随着压力的增大发生糊化现象,淀粉颗粒聚集粒径增大[23]马铃薯淀粉椭圆形10～100单粒80 MPa平均粒径减小,120 MPa颗粒聚集粒径增大[24]大米淀粉圆形和多角形3～8复粒压力增大,粒径减小,比表面积增大,到180 MPa处于动态平衡[25]木薯淀粉椭圆形6～15单粒80 MPa下粒径从36.79 μm下降到17.26 μm[26]
DHPM能够显著地破坏淀粉的表观结构，改变淀粉的颗粒特性，WANG等[15]通过扫描电镜发现玉米淀粉大多数呈现椭圆形，部分大颗粒为多角形，并且观察到颗粒表面有微针孔状结构，经过100 MPa微射流处理1次之后，微针孔结构增多，3～5次时颗粒表面出现球状凸起，推测无定形结构受到破坏，内部发生聚集。尹月斌[16]实验表明玉米直链淀粉经80 MPa微射流处理后颗粒平均粒径减小，压力达到120 MPa时，平均粒径不再减小反而增大，以马铃薯直链淀粉为对照也发现类似的规律。一方面是由于淀粉颗粒随压力的增大而减小，小颗粒数量的增多加剧了颗粒表面的范德华力和静电引力，形成团聚，即二次颗粒；另一方面是瞬时高压处理环境使淀粉发生糊化，导致颗粒聚集成团使粒径变大。CHEN等[17]通过DHPM技术对莲子淀粉进行物理改性，如图2所示，实验处理的均质压力为20～100 MPa，均质次数为8次，结果发现随着压力的升高淀粉颗粒开始发生形变，当压力超过70 MPa时，颗粒形态完全崩裂并转变为凝胶状结构。涂宗财等[18]采用原子力显微镜观察马铃薯直链淀粉颗粒表面形貌，发现经200 MPa微射流处理后的颗粒表面较未处理前光滑，凸起分布均匀，且凹凸高度由8～13 nm降低到7～9 nm。激光共聚焦显微镜常用于观察淀粉颗粒内部的微观结构，经100 MPa微射流处理1次的玉米淀粉内部轮纹和颗粒表面孔道结构相比于未处理样孔道变宽，处理3～5次后颗粒内部形成团聚，处理7次时荧光强度基本消失，只有小部分球状亮点，且孔道变小，内部结构破坏严重[19]。李贵萧等[20]研究证实经100 MPa微射流处理1～3次的绿豆淀粉内部轮纹和孔道结构变化明显，荧光强度减弱且分散，孔道被打破，处理5次后内部轮纹逐渐消失，有球状的微颗粒结构凸起，处理7次后内部结构趋于均匀。TU等[21]以6%玉米直链淀粉水悬浮液为对照，在80、120、160和200 MPa条件下进行单次DHPM处理，在80 MPa的微射流处理下，颗粒平均直径略有下降，而压力在120 MPa以上时，颗粒平均直径由于聚集或部分凝胶化则有显著增加；经DHPM处理的玉米直链淀粉透光性和膨胀性较好，但溶解度降低，冻融稳定性无显著差异。因此，DHPM能够显著破坏淀粉颗粒形貌，微射流次数的增多会导致颗粒粒径变小，并发生部分糊化后的团聚现象，且颗粒结构的改变也引发了内部分子结构的一系列变化。
图2 不同均质压力制备的莲子淀粉的扫描电子显微镜图(5000×)[17]
Fig.2 Micrographs of LS complexes prepared by different homogenization pressure. SEM(5000×)[17]
2.2 动态高压微射流技术对淀粉分子结构的影响
在DHPM处理的过程中，淀粉颗粒受到巨大的瞬时压力，颗粒内部的直链和支链分子结构受到相应的冲击。其中淀粉分子构象主要包括2点特征：淀粉链聚集，缠绕成螺旋结构；螺旋聚集形成结晶[27]，DHPM对淀粉分子结构的影响如表2所示。
表2 DHPM对淀粉分子结构的影响
Table 2 Effect of DHPM on the molecular structure of starch
种类处理条件平均分子量结论参考文献玉米直链淀粉80、120、160和200 MPa减小分散的线性结构,高压处理后为有序的网状结构[16]莲子淀粉500 MPa,60 min以及600 MPa,30 min减小支链淀粉分子链被降解[23]马铃薯直链淀粉80、120、160和200 MPa减小分散的线性结构,高压处理后为有序的网状结构[16]大米直链淀粉60、100、140和180 MPa减小直链淀粉含量先增大后减小[28]蜡质玉米淀粉600 MPa,9 min减小高压处理中分子量变化与直链淀粉含量无关[31]高粱直链淀粉600 MPa,9 min无明显变化高压处理中分子量变化与直链淀粉含量无关[31]苋菜支链淀粉600 MPa,9 min减小高压处理中分子量变化与直链淀粉含量无关[31]
直链淀粉分子通过分子间氢键的相互作用，以长链分子弯曲蜷缩构的象存在，分为单螺旋以及双螺旋构型。而支链淀粉分子由一条主链和多条侧链构成，分支程度广，但仍呈现双螺旋构象。直链和支链淀粉分子经DHPM处理后分子量普遍降低，分子链被降解，模型图如图3所示。尹月斌[16]通过原子力显微镜观察玉米直链淀粉和马铃薯直链淀粉发现，直链淀粉分子链分布较为分散，呈无规律的线性结构。经200 MPa压力处理后直链分子链团聚成型，形成排列紧密、有序的网状结构，分子量分别从1.77×106和2.40×106 g/mol减小到1.59×106和2.15×106 g/mol，表明直链淀粉发生部分降解现象。朱秀梅[28]采用140 MPa压力处理大米直链淀粉，发现直链淀粉含量随着压力增大而逐渐升高，达到180 MPa时略有下降。WEI等[29]发现在同一压力增加循环次数以及同一循环次数增大压力的条件下处理蜡质玉米淀粉，相对重均分子量都呈现逐渐降低的趋势，但淀粉内部支链淀粉的平均旋转半径却没有明显降低，即使循环次数不断增大。这说明淀粉颗粒的破碎主要是在通道结构中发生的，是一种由内向外的模式[30]。即DHPM对支链分子的降解主要发生在聚合物的主链上。SZWENGIEL等[31]采用尺寸排阻色谱分析玉米淀粉、高粱淀粉、蜡质玉米淀粉和苋菜淀粉等典型的直链和支链淀粉，发现高压引起淀粉结构的变化大小取决于淀粉的植物来源，玉米淀粉和高粱淀粉的平均分子质量几乎没有变化，而蜡质玉米淀粉和苋菜淀粉却降低了；从红外光谱数据分析得到加压过程导致蜡质玉米淀粉和苋菜淀粉中α -1,4糖苷键数量的增加，而玉米淀粉和高粱淀粉则有所减少。
图3 DHPM对淀粉分子双螺旋结构解旋模型[32]
Fig.3 Derotation model of double helix structure of starch molecule by DHPM[32]
2.3 动态高压微射流技术对淀粉晶体结构的影响
淀粉是一种由结晶区和非结晶区交替组成的天然多晶聚合物。淀粉颗粒模型图及晶型如图4所示，通过X-射线衍射曲线可知，结晶区呈现尖峰衍射特征，而非结晶区为弥散衍射特征。根据X-衍射图可将淀粉的晶体类型分为4种：一类为A型晶体结构(属于单斜晶系)，如谷物淀粉如玉米、大米、小麦等；另一类为B型晶体结构(属于六方晶系)，如根茎类淀粉如马铃薯、香蕉等；还有一些是由A型和B型晶体结构混合而成的C型晶体结构，如莲子淀粉等豆类淀粉。除此之外，还有一种V型晶体结构，主要是由直链淀粉与脂肪酸等脂质复合物形成[33]。
图4 淀粉颗粒模型图及晶型示意图[34-37]
Fig.4 Starch granule model diagram and crystal form[34-37]
淀粉的晶体结构在食品加工应用方面具有一定的局限性。直链淀粉分子能在高温下溶于水且不成糊状，具有良好的成膜性能、抗剪切力强、不易消化、易凝沉等特点。因此，通过DHPM等物理方法破坏淀粉颗粒的结晶结构，使直链淀粉溶出，从而扩大淀粉的应用领域。DHPM对淀粉晶体结构的影响如表3所示。
表3 常见淀粉晶体结构及DHPM改性
Table 3 Common starch crystal structure and DHPM modification
种类晶体类型处理条件结果参考文献玉米淀粉A型40、80、120和160 MPa160 MPa偏光十字现象消失,特征峰减弱,结晶结构受到破坏[40]大米淀粉A型60、100、140和180 MPaDHPM对直链淀粉的无定形结构无明显影响[28]木薯淀粉B型30、60、90、120和150 MPa结晶度从25.8%降低到17.1%[31]木薯淀粉B型40、60、80、100和120 MPa结晶度从56.78%降低到34.13%[38]莲子淀粉C型100、200、300、400、500和600 MPa100～500 MPa偏光十字无明显变化,600 MPa后完全消失,且晶体类型由C型转为B型。[23]绿豆淀粉C型处理2、4、6和8 h4 h后衍射峰完全消失,晶体结构完全被破坏[39]蚕豆淀粉C型处理2、4、6和8 h2 h后衍射峰完全消失,晶体结构完全被破坏[39]豌豆淀粉C型处理2、4、6和8 h4 h后衍射峰完全消失,晶体结构完全被破坏[39]
常用检测结晶度的方法有偏光显微镜法和X-射线衍射法。KASEMWONG等[12]研究DHPM对木薯淀粉结晶度的影响，随着压力从30 MPa增加到150 MPa，木薯淀粉的相对结晶度从25.8%降低到17.1%，结晶结构遭到明显破坏。谢宇等[38]表明DHPM对木薯淀粉产生的剪切、挤压等作用力使淀粉内部出现晶格畸变破裂、晶粒尺寸变小和晶体有序排列程度降低等现象。当压力达到120 Mpa时，X-射线衍射曲线呈平缓的拱形，结晶度从56.78%降低到34.13%[38]。淀粉虽然是由结晶区和非结晶区交替组成，但密度和折射率的差异使得两者对光源产生了不同的反射，形成了双折射现象，即偏光十字。其形态和荧光程度与淀粉内部微晶的数量和结晶度有关。朱秀梅[28]发现大米直链淀粉几乎没有结晶区结构，只存在杂乱的无定形区，因此观察不到偏光十字现象。郭洪梅[39]通过偏光显微镜观察杂粮淀粉和杂豆淀粉，发现其偏光十字的类型分别为十字型和X型，随着处理时间的增加，偏光十字的现象逐渐模糊直至完全消失，最后无法辨认出具体的晶型。任维[40]发现玉米淀粉在40和80 MPa压力下能清楚地看到偏光十字现象，当压力达到120或160 MPa时则变得模糊不清，且特征峰明显减弱，说明DHPM能有效地破坏淀粉内部结晶结构。
3 动态高压微射流技术对淀粉理化性质的影响
淀粉作为一种多羟基大分子，不易溶于水，在冷水中经搅拌形成淀粉乳。这是由于淀粉的相对密度比水大，淀粉内支链淀粉结构存在大量的分子间氢键使其排列紧密，空隙较小，水分子难以进入发生反应。在生产中，大部分的淀粉类食品都需要在水溶液中经过糊化加工。随着环境温度的升高，淀粉结晶区内连接微晶的较弱的氢键容易被破坏，水分渗透到淀粉内部，颗粒膨胀，使结晶区遭到破坏，双折射现象逐渐消失，淀粉发生糊化[2]。这个过程主要包括溶解度、膨胀度、透光率、黏度、热稳定性、冻融和凝沉稳定性等多种理化性质的变化。
一般来说，不同来源的淀粉在理化性质方面存在一定的差异，这些差异显著影响了淀粉在食品工业中的应用。DHPM对淀粉理化性质的影响如表4所示。DHPM技术在改善淀粉理化性质方面提供了一个很好的物理手段，通过压力作用促使颗粒内部结晶区和非结晶区变化，进而引起淀粉整体理化性质的改变。涂宗财等[41]以含有大量支链分子的蜡质玉米淀粉为对象，经过40、80、120、160 MPa压力处理，证实随着压力的增大能够明显地提高蜡质玉米淀粉的溶解度和膨胀度，这是由于剧烈的冲击力使大颗粒破碎成小颗粒，比表面积和表面能增大，大部分羟基暴露在颗粒表面与水分子通过氢键结合，溶解度和膨胀度随之增大。以马铃薯直链淀粉为研究对象，经200 MPa压力处理后，溶解度和膨胀度突然减小，可能是高压促进直链淀粉糊化，发生凝沉现象抑制了淀粉颗粒的溶解[18]。
表4 DHPM对淀粉理化性质的影响
Table 4 Effect of DHPM on the physicochemical properties of starch
种类处理条件结果参考文献玉米直链淀粉80、120、160和200 MPa透光率和膨胀性较好,溶解度降低,冻融稳定性无明显变化[21]蜡质玉米淀粉40、80、120和160 MPa淀粉的膨胀度和溶解度有明显提高[41]蜡质大米淀粉40、80、120和160 MPa溶解度、膨胀度以及吸湿性随压力增大而增大,玻璃化转变温度从63.25 ℃降低到55.86 ℃[46]马铃薯直链淀粉80、120、160和200 MPa溶解度和膨胀度先增大,200 MPa后突然减小[18]木薯淀粉0、20、40、60、80和100 MPa表观黏度随压力增大而降低,透明度逐渐升高[43]马铃薯淀粉0、20、40、60、80和100 MPa表观黏度随压力增大而降低,透明度逐渐升高[43]糯米淀粉处理2、4、6和8 h黏度、衰减值、回生值均降低[39]青稞淀粉处理2、4、6和8 h黏度、衰减值、回生值均降低[39]
淀粉的透光率与颗粒大小呈负相关，与溶解度呈正相关[42]。CHE等[43]通过比较马铃薯淀粉和木薯淀粉得出淀粉颗粒越大，透光率越低。在20～100 MPa压力条件下，大颗粒粉碎成小颗粒，透光率逐渐增加。而绿豆淀粉经120 Mpa高压处理后透光率降低，说明不同的淀粉来源和处理压力等条件对颗粒透光率都有影响[44]。淀粉的糊化特性在食品生产中至关重要，快速黏度仪是测定淀粉颗粒在高温环境吸水膨胀破裂，内部淀粉分子溶出过程的仪器[45]。TU等[21]以玉米直链淀粉水悬浮液为对照，在80、120、160和200 MPa条件下进行单次DHPM处理，发现淀粉透光率和膨胀性较好，溶解度降低，冻融稳定性无明显变化，根据质构分析可知，处理后的淀粉凝胶具有较高的硬度和黏附性。玻璃化转变温度是非晶态物质的固有性质，在食品加工上直接影响淀粉的工艺特性，随着DHPM压力的增加，体系会产生一定的温度，而在较低温度下非结晶区会产生玻璃化转变温度。张博[46]通过40 MPa处理蜡质大米淀粉后其玻璃化转变温度从63.25 ℃降低到55.86 ℃，压力达到160 MPa时降低到48.16 ℃，说明DHPM显著降低蜡质大米淀粉的玻璃化转变温度，且溶解度、膨胀度以及吸湿性随压力增大而增大。
4 动态高压微射流技术对淀粉消化特性的影响
淀粉作为功能性大分子，是人体主要的能量来源，为机体提供大量的葡萄糖。淀粉消化率是淀粉的另一个重要性质，在食品加工中采用不同的处理方式会对淀粉的消化特性产生影响。一般认为，糊化淀粉颗粒具有较高的消化速率，这是由于颗粒的非晶区被破坏，水分渗透，导致有序结构吸水膨胀，使其更容易被淀粉酶水解。淀粉体内消化模型示意图如图5所示，根据淀粉在机体内消化程度可将其分为3类：快消化淀粉(rapid digested starch, RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch, SDS)、抗性淀粉(resistant starch, RS)。RDS能够引起血糖水平的突然升高，而SDS则会引起血糖水平综合升高，因此，SDS和RS水平较高的淀粉对抑制人体血糖迅速升高具有好的功效。直链/支链淀粉比例影响着淀粉的消化性能，然而DHPM能够显著的改善直链/支链淀粉比例，且直链淀粉含量高的淀粉具有较高的抗消化能力以及较高的RS含量[47]。大量的实验表明DHPM技术对天然淀粉的物理改性效果显著，尤其是在提高淀粉消化率方面。ZHOU等[48]发现在室温条件下高压处理会导致荞麦淀粉晶粒消失，淀粉消化率提高。与天然淀粉对照，经高压改性后的高粱淀粉样品体外水解率降低，RDS含量降低，SDS和RS含量增加，因此，高压处理是提高高粱淀粉体外消化的有效方法。王曦等[49]模拟糙米淀粉体外消化，结果发现在300 MPa压力下糙米淀粉的消化速率明显加快，处理前RDS和RS含量分别为55.41%、11.86%，处理后RDS含量提高到64.32%，而RS含量降低到7.29%，有效地延缓糙米淀粉的回生。DENG等[50]发现200 MPa处理前后3种淀粉含量变化不大，但其他高压处理后的RDS(41.82%～44.18%)、SDS(30.93%～51.44%)明显升高，RS含量从25.79%降低到6.74%。HU等[51]通过对比天然淀粉和高压回生的蜡质小麦淀粉发现，经过高压回生后的淀粉SDS含量增加。TIAN等[52]研究不同处理方式对大米淀粉慢消化特性的影响，发现高压糊化的SDS含量(36.7%)高于热糊化(33.9%)的淀粉。综上，DHPM技术能够有效地增加SDS和RS的含量，提高淀粉的消化率，为淀粉类食品深加工提供了一个新的思路。
图5 淀粉体内消化模型示意图[13]
Fig.5 Schematic diagram of in vivo digestion model of starch[13]
5 物理改性淀粉的结构特性和理化性质的相关性
淀粉的理化性质受其结构特性的影响，因此，研究对淀粉结构特性能够为深入探索其理化性质提供重要依据。常见淀粉改性后结构与理化性质的相关性如表5所示，大量研究者通过物理手段改变淀粉的结构，探索其改性前后结构变化与理化性质之间存在的联系，如颗粒的大小是否会影响溶解度和透光率，分子链的长短是否会影响糊化温度和焓变，直链支链含量及比例是否会影响黏度等。朱秀梅[28]分析大米直链淀粉颗粒的微观结构和分子结构与溶解度、膨胀度以及黏度等理化性质之间的联系，发现淀粉颗粒的增多使比表面积增大，较多的羟基暴露在颗粒表面从而与水分子结合，导致处理后的淀粉溶解度增加，且吸附能力随之增强；淀粉破碎成小颗粒后容易在水溶液中带电荷，抑制分子团聚，使得颗粒具有良好的亲水性和分散性，从而增大淀粉的膨胀度；随着压力的增加，强烈的剪切作用力使淀粉颗粒粒径变小，分子间的氢键遭到破坏，结构变得松散，对流体产生的黏滞阻力随之变小，因此，黏度值也逐渐变小。另外，淀粉经DHPM技术在一定压力条件下处理后，内部结构遭到破坏，小颗粒脱落，部分分子链断裂，导致分子量分布发生变化，进而导致溶解性、膨胀性、热力学特性等理化性质的改变。张博[46]发现经高压微射流处理后的淀粉分子结构变得松散，在淀粉加热糊化的过程中，淀粉结晶区内较弱的氢键被破坏，使得淀粉内部吸水膨胀，结晶区和双折射现象逐渐消失，相应的引起淀粉热特性的改变，糊化温度、玻璃态转化温度和结晶熔融转变温度都呈现下降趋势[16]。莫紫梅[53]研究糯米淀粉分子结构和理化性质的相关性，发现碘蓝值与其直链淀粉含量呈正相关，而黏度值与直链淀粉含量呈负相关；淀粉结晶度与其糊化温度呈极显著的正相关关系，两者与支链淀粉分子量呈正相关。此外，淀粉结晶区主要为排列紧密的支链淀粉结构，结晶度低则直链淀粉含量高，而直链淀粉易析水凝沉，因此，淀粉的结晶度与析水率呈极显著负相关。
表5 常见淀粉改性后结构特性与理化性质的相关性
Table 5 Correlation between structural properties and physical and chemical properties of common starch modified
种类结构理化性质相关性参考文献玉米淀粉分子链长糊化焓和峰值黏度正相关[54]玉米淀粉直链淀粉含量糊化焓极显著负相关[55]小麦淀粉直链淀粉含量峰值黏度、糊化温度和膨胀度极显著负相关[56]糯米淀粉直链/支链淀粉含量碘蓝值正/负相关[53]糯米淀粉结晶度、支链淀粉分子量糊化温度极显著正相关[53]糯米淀粉直链淀粉含量黏度显著负相关[53]蜡质玉米淀粉结晶度回生值显著正相关[57]
6 总结和展望
随着食品行业对淀粉类产品创新的不断深入，需使淀粉原料在加工性能上的一些不稳定性得到改善。DHPM作为一种新兴改性技术，对淀粉进行物理改性可使其满足食品工业的需求，主要在结构特性以及理化性质方面对淀粉进行特定的改性，找到不同种类的淀粉对应其最优处理压力和时间等改性条件，使其增加一些新的特性，达到预期的效果，但对于DHPM处理后淀粉的结构特性与理化性质之间关系的研究甚少，明确两者之间的相关性对于淀粉类食品的开发至关重要。
目前，关于DHPM技术对淀粉结构特性和理化性质的研究取得了一定的进展，但机理和深入研究较少，今后对于DHPM改性淀粉的研究可致力于以下4个方面：(1)进一步探究DHPM处理对淀粉内部原子和分子等多尺度结构之间的影响机制；(2)研究DHPM对淀粉内部介于单元尺度和系统尺度范围内的介尺度之间的影响；(3)研究DHPM对淀粉结构特性和理化性质之间的相关性，如Pearson(皮尔逊)，Kendall(肯德尔)和Spearman(斯皮尔曼)等。(4)在宏观改变淀粉消化性的基础上深入研究DHPM对淀粉消化特性的影响机理。致力于为淀粉品质的控制和淀粉深加工领域的拓展等方面提供一定的理论依据和基础数据。
[1] PA M C, PC F S, LA B P. Starch structure influences its digestibility:a review[J].Journal of Food Science,2017,82(9):2 016-2 023.
[2] 李贵萧. 高压均质对淀粉结构、性质影响及其机械力化学效应研究[D].泰安:山东农业大学，2017.
[3] 陈军，戴涛涛，刘成梅，等. 动态高压微射流在食品大分子改性方面的应用[J].中国农业科技导报，2015，17(5):106-113.
[4] 陈秉彦. 莲子淀粉微波效应的研究[D].福州:福建农林大学，2015.
[5] 陈秉彦，郭泽镔，许丽宾，等. 微波处理对莲子淀粉理化性质的影响[J].现代食品科技, 2015, 31(3): 213-219.
[6] 闫巧珍，高瑞雄，侯传丽，等. 超声波处理对马铃薯全粉理化性质和消化特性的影响[J].中国粮油学报， 2017，32(8):105-110.
[7] HOOVER R. The impact of heat-moisture treatment on molecular structures and properties of starches isolated from different botanical sources[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2010,50(9):835-847.
[8] XING J J, LIU Y, LI D, et al. Heat-moisture treatment and acid hydrolysis of corn starch in different sequences[J].LWT-Food Science and Technology,2017,79:11-20.
[9] 帅希祥. 动态高压微射流诱导果胶降解的研究[D].南昌:南昌大学，2014.
[10] 阮传英. 动态高压微射流技术对豆渣膳食纤维吸附重金属能力的影响[D].南昌:南昌大学，2014.
[11] 李亚楠，刘红芝，刘丽，等. 动态高压微射流处理过程对多糖结构与理化性质的影响研究进展[J].食品科学，2015，36(7):211-215.
[12] KASEMWONG K, SRINUANCHAI W, ITTHISOPONKUL T, et al. Effect of high-pressure microfluidization on the structure of cassava starch granule[J].Starch-Stärke,2015,63(3):160-170.
[13] 陈秉彦. 莲子淀粉-单甘酯复合物特性及结构研究[D].福州:福建农林大学, 2018.
[14] GUO Z B, JIA X Z, ZHAO B B, et al. C-type starches and their derivatives: structure and function[J].Annals of the New York Academy of Sciences,2017,1 398(1):47-61.
[15] WANG S Q, WANG L L, FAN W H, et al. Morphological analysis of common edible starch granules by scanning electron microscopy[J].Food Science,2011,32(15):74-79.
[16] 尹月斌. 动态高压微射流技术对直链淀粉性质和结构的影响[D].南昌:南昌大学，2013.
[17] CHEN B, ZENG S, ZENG H, et al. Properties of lotus seed starch - glycerin monostearin complexes formed by high pressure homogenization [J]. Food Chemistry, 2017,226:119-127.
[18] 涂宗财，余莉，尹月斌，等. 动态高压微射流对马铃薯直链淀粉性质和结构的影响[J].食品与发酵工业， 2014，40(3):46-51.
[19] 李贵萧，牛凯，侯汉学，等. 高压均质对玉米淀粉机械力化学效应研究[J].中国粮油学报，2017，32(9):62-68.
[20] 李贵萧，牛凯，侯汉学，等. 高压均质对绿豆淀粉机械力化学效应的影响[J].食品与发酵工业，2017，43(5):99-105.
[21] TU Z C, YIN Y B, WANG H, et al. Effect of dynamic high-pressure microfluidization on the morphology characteristics and physicochemical properties of maize amylose[J].Starch-Stärke,2013,65(5-6):390-397.
[22] 王立东，肖志刚. 气流粉碎对玉米淀粉结构及理化性质的影响[J]. 农业工程学报，2016，32(24):276-281.
[23] 郭泽镔. 超高压处理对莲子淀粉结构及理化特性影响的研究[D].福州:福建农林大学，2014.
[24] 牛凯，代养勇，董海洲，等. 碾轧对马铃薯淀粉的机械力化学效应[J].食品科学，2017，38(19):18-23.
[25] 顾正彪，李兆丰，洪雁，等. 大米淀粉的结构、组成与应用[J].中国粮油学报，2004，19(2):21-27.
[26] 荆晓燕，杨留枝，刘延奇. 天然淀粉的超高压糊化压力研究[J].郑州：轻工学报(自然科学版)，2012，27(4):40-43.
[27] TRAN T T B, SHELAT K J, TANG D. Milling of rice grains. the degradation on three structural levels of starch in rice flour can be independently controlled during grinding[J].Journal of Agricultural & Food Chemistry,2011,59(8):3 964-3 973.
[28] 朱秀梅. 大米直链淀粉在动态超高压微射流均质中的机械力化学效应研究[D].南昌:南昌大学，2010.
[29] WEI B X, CAI C X, XU B G, et al. Disruption and molecule degradation of waxy maize starch granules during high pressure homogenization process[J].Food Chemistry,2018,240:165-173.
[30] 陈佩. 不同链/支比玉米淀粉的形态及其在有/无剪切力下糊化的研究[D].广州:华南理工大学，2010.
[31] SZWENGIEL A, LEWANDOWICZ G, GRECKI A R, et al. The effect of high hydrostatic pressure treatment on the molecular structure of starches with different amylose content[J].Food Chemistry,2017,240:51-58.
[32] 杜晓冉. 甘薯淀粉回生过程中直链与支链淀粉相互作用研究[D].天津:天津大学, 2017.
[33] 付宗强. 颗粒内残余晶体结构对玉米淀粉特性的影响研究[D].北京:中国农业大学，2014.
[34] HUANG J, WEI N, LI H, et al. Outer shell, inner blocklets, and granule architecture of potato starch [J]. Carbohydrate Polymers, 2014, 103: 355-358.
[35] WANG S, LI C, COPELAND L, et al. Starch retrogradation: A comprehensive review [J]. Comprehensive Reviews in Food Science & Food Safety, 2015, 14(5): 568-585.
[36] TANG H, MITSUNAGA T, KAWAMURA Y. Molecular arrangement in blocklets and starch granule architecture [J]. Carbohydrate Polymers, 2006, 63(4): 555-560.
[37] IBEN D, SØREN BALLING E, ANDREAS B, et al. First principles insight into the alpha-glucan structures of starch: their synthesis, conformation, and hydration [J]. Chemical Reviews, 2010, 110(4): 2 049-2 080.
[38] 谢宇，张宏伟. 高压微射流对木薯淀粉性质结构的影响[J].造纸科学与技术，2013，6:72-75.
[39] 郭洪梅. 超微粉碎处理对杂粮(豆)淀粉结构及理化特性的影响[D].咸阳:西北农林科技大学，2016.
[40] 任维. 超高压微射流对淀粉改性的研究[D].南昌:南昌大学，2007.
[41] 涂宗财，黄小琴，刘成梅，等. 动态超高压微射流对蜡质大米淀粉理化性质的影响[J].食品工业科技，2009，9:65-66.
[42] LI W H, GAO J M, WU G， et al. Physicochemical and structural properties of A- and B-starch isolated from normal and waxy wheat: effects of lipids removal[J].Food Hydrocolloids,2016,60:364-373.
[43] CHE L M, WANG L J, DONG L, et al. Starch pastes thinning during high-pressure homogenization[J].Carbohydrate Polymers,2009,75(1):32-38.
[44] LI W H, ZHANG F S, LIU P L, et al. Effect of high hydrostatic pressure on physicochemical, thermal and morphological properties of mung bean (Vigna radiata L.) starch[J]. Journal of Food Engineering,2011,103(4):388-393.
[45] CARRILLO-NAVAS H, AVILA-DE I R G, G
MEZ-LURíA D, et al. Impact of ghosts on the viscoelastic response of gelatinized corn starch dispersions subjected to small strain deformations[J]. Carbohydrate Polymers,2014,110(38):156-162.
[46] 张博. 动态超高压微射流技术对蜡质淀粉改性的影响及其机理初探[D].南昌:南昌大学，2008.
[47] OH I K, BAE I Y, LEE H G. Effect of dry heat treatment on physical property and in vitro starch digestibility of high amylose rice starch[J].International Journal of Biological Macromolecules,2018,108(1):568-575.
[48] ZHOU Z K, REN X C, WANG F, et al. High pressure processing manipulated buckwheat antioxidant activity, anti-adipogenic properties and starch digestibility[J].Journal of Cereal Science,2015,66:31-36.
[49] 王曦，潘见. 超高压处理对发芽糙米饭淀粉体外消化特性的影响[J].安徽农业科学，2017，45(13):96-98.
[50] DENG Y, JIN Y F, LUO Y L, et al. Impact of continuous or cycle high hydrostatic pressure on the ultrastructure and digestibility of rice starch granules[J].Journal of Cereal Science,2014,60(2):302-310.
[51] HU X P, ZHANG B, JIN Z Y, et al. Effect of high hydrostatic pressure and retrogradation treatments on structural and physicochemical properties of waxy wheat starch[J].Food Chemistry,2017,232:560-565.
[52] TIAN Y Q, LI D D, ZHAO J W, et al. Effect of high hydrostatic pressure (HHP) on slowly digestible properties of rice starches[J].Food Chemistry,2014,152(2):225-229.
[53] 莫紫梅. 糯米淀粉分子结构及其物化性质的研究[D].武汉:华中农业大学，2010.
[54] JI Y, WONG K, HASJIM J, et al. Structure and function of starch from advanced generations of new corn lines[J].Carbohydrate Polymers,2003,54(3):305-319.
[55] LIN J X, JIAN K X, XIANG L K, et al. Analysis of genotypic and environmental effects on rice starch. 2. Thermal and retrogradation properties[J].Journal of Agricultural & Food Chemistry,2004,52(19):6 017-6 022.
[56] WICKRAMASINGHE H A M, MIURA H, YAMAUCHI H, et al. Comparison of the starch properties of Japanese wheat varieties with those of popular commercial wheat classes from the USA, Canada and Australia[J].Food Chemistry,2005,93(1):9-15.
[57] 陆大雷. 糯玉米淀粉理化特性基因型差异及其调控效应研究[D].扬州:扬州大学，2009.