玉米中主要成分是淀粉和蛋白质，另外还富含膳食纤维、维生素及不饱和脂肪酸等多种营养物质。但制作的主食品易老化变硬，主要是由于天然玉米粉（NCF）中缺乏面筋蛋白，加工特性较差。双螺杆挤压技术是通过高温度高压力、高速剪切多个物理场共同作用的新型现代化加工技术，能够改善全谷物制品的感官特性及其品质营养特性，使产品的质量显著提升。目前学者的研究多集中在改善谷物粉消化特性及延缓淀粉老化等方面，但采用挤压技术改善玉米面团的拉伸特性、提升全玉米主食加工特性的相关研究却鲜有报道。

  吉林农业大学食品科学与工程学院的侯景瑶、吴玉柱*、许秀颖*利用挤压膨化技术，经过控制水分质量分数（15%、18%、21%、24%）及挤压温度（100、120、140、160 ℃），对玉米粉做挤压改性处理，探究挤压处理对改性玉米粉颗粒形态、结晶结构、短程有序结构及其拉伸特性等理化特性的影响，使用挤压玉米粉可以替代小麦粉，以期为玉米主食化加工提供有力的技术支撑。

  从表1可看出，与天然玉米面团和小麦面团相比，挤压处理明显提高了玉米面团的拉伸特性（P＜0.05）。这是因为玉米粉中的淀粉经过挤压糊化，使淀粉颗粒起到黏合剂的作用，与玉米粉中其他组分交联，形成类似于面筋蛋白的凝胶网络结构，使面团结构变得更紧密，促使挤压玉米面团成团，从而提升了挤压玉米面团的拉伸特性。在同一挤压温度条件下，随着物料水分质量分数的增加，挤压玉米面团的抗拉伸力逐渐升高（P＜0.05）；在同一物料水分质量分数条件下，当水分质量分数低时（15%），随着挤压温度的升高，挤压玉米面团的抗拉伸力呈下降趋势，当物料水分质量分数在18%～24%时，抗拉伸力先下降后升高。而随着物料水分质量分数的增加或挤压温度的升高，拉伸距离先增加后减小，且当挤压温度为120 ℃、物料水分质量分数为18%时，拉伸距离达到最大，为（28.95±0.66）mm。这原因是随着物料水分质量分数的增加，淀粉颗粒吸水溶胀形成较强的凝胶化结构，使抗拉伸力和拉伸距离均有增加，但在同一挤压温度条件下，物料水分质量分数升高至21%，凝胶网络结构形成过于紧密，导致抗拉伸力增加，拉伸距离减小；而在同一物料水分质量分数条件下，随着挤压温度的升高，淀粉颗粒发生糊化，形成凝胶网络结构，使拉伸距离增加。但当挤压温度上升至140 ℃时，拉伸距离呈下降趋势，这可能是由于高温使淀粉颗粒被严重破坏，凝胶网络结构也随之破坏，以此来降低其拉伸距离。综上，挤压处理可诱导淀粉凝胶网络结构的形成，有效使其成团，并显著改善了玉米面团的拉伸特性（P＜0.05）。

  基于上述实验结果，根据玉米面团的拉伸距离，筛选确定了5 组样品进行后续实验，分别为T100M18、T120M15、T120M18、T120M21、T140M18。探究其在挤压过程中，挤压温度与物料水分质量分数对玉米粉微观结构及其理化特性的影响。

  如图1所示，NCF颗粒边缘清晰，呈不规则的多边形结构，表面相对光滑，个别颗粒表面有片状结构，这可能是包裹在淀粉颗粒表面的蛋白质。而经挤压处理的玉米粉颗粒结构发生了较大改变，表面未曾发现完整的淀粉颗粒，而是形成了形状不规则、表面相对粗糙的块状聚合物。这是因为玉米淀粉在高温、高压、高速剪切的共同作用下发生糊化，淀粉颗粒被破坏，促使淀粉凝胶网络的形成，其可能与玉米粉中蛋白质等组分发生交联聚合，形成了较大的聚合物，从而改善了玉米粉的拉伸特性使其更易成团。

  从图2能够准确的看出，NCF在15°、17°、18°、23°附近有特征峰出现，说明天然的玉米粉为A型结晶结构。而经过挤压处理的玉米粉特征峰出现在7.5°、13°、20°附近，呈现V型结晶结构，晶型发生明显的变化，这表明在挤压过程中，直链淀粉与脂质生成了直链淀粉-脂质复合物。从表2能够准确的看出，与NCF相比，挤压后的玉米粉结晶区被严重破坏，玉米粉的相对结晶度从36.23%下降至最低7.05%。随着挤压温度的升高或水分质量分数的增加，相对结晶度逐渐下降，且当挤压温度为120 ℃、水分质量分数为21%时，相对结晶度最低，为7.05%。这是由于在高水分质量分数或高温条件下，淀粉颗粒可充分吸水，更易糊化，其结晶结构也随之被破坏的更为严重。但当挤压温度为140 ℃、水分质量分数为18%时，与T120M21相比，玉米粉的相对结晶度又有所上升，达7.73%，这可能与玉米粉挤压处理后，淀粉颗粒回生，出现重结晶结构有关。

  如图3所示，NCF与挤压玉米粉在3 448.57 cm-1附近处存在较强的羟基缔合的O—H伸缩振动吸收峰，在2 929.74 cm-1处存在饱和的C—H键的伸缩振动吸收峰，在1 593.13 cm-1处为醛基C＝O键的伸缩振动吸收峰，在1 350.11 cm-1处为—O—的伸缩振动吸收峰，在1 155.31 cm-1处存在与伯、仲醇羟基相连的C—O伸缩振动吸收峰。1 018.37、1 018.39 cm-1处是吡喃糖环的C—O伸缩振动吸收峰，931.58 cm-1处为D-吡喃葡萄糖的I型吸收带（吡喃环的环非对称伸缩振动），862.14 cm-1为D-吡喃葡萄糖的α型吸收带，763.78 cm-1为D-吡喃葡萄糖的III型吸收带（吡喃环的环对称伸缩振动）。能够准确的看出，NCF与挤压处理玉米粉的红外光谱图相似，没再次出现新的特征峰或特征峰消失，这说明挤压处理未改变玉米粉的官能团。如图4所示，在吸收峰1 200～800 cm-1范围内，其中R1051/1022代表淀粉分子的晶体结构有序性；R992/1022代表淀粉的双螺旋结构的程度，与C—OH和C—O—C的伸缩振动有关。

  从表2可看出，挤压处理后，玉米粉的R1051/1022值和R992/1022值显著减小（P＜0.05），R1051/1022值由0.86±0.02减小至最低0.72±0.00，R992/1022值由1.06±0.03减小至最低0.62±0.00。而随着挤压温度的升高或水分质量分数的增加，R1051/1022值和R992/1022值呈减小趋势，且当挤压温度为120 ℃、水分质量分数为21%时，R1051/1022值和R992/1022值最小，这原因是淀粉颗粒在高温或高水分作用下发生糊化，支链淀粉发生分解，结晶结构和双螺旋结构被破坏。但当挤压温度为140 ℃、水分质量分数为18%时，与T120M21相比，R1051/1022值和R992/1022值又呈上涨的趋势，这可能是由于挤压玉米粉老化，淀粉结晶区发生重排，这与结晶结构分析结果一致。

  WAI可表征淀粉吸水能力，其主要与亲水基团数量有关。从图5A能够准确的看出，与NCF相比，玉米粉在挤压处理后，WAI和WSI均非常明显升高（P＜0.05），WAI由2.95 g/g升高到5.83～7.11 g/g，且在水分质量分数为18%、温度为120 ℃时，WAI达到最大。这原因是在挤压过程中，玉米粉在筒腔中受高温、高压、高速剪切的共同作用，淀粉颗粒被破坏，亲水基团更多地暴露出来，导致WAI升高。Saccomanno等研究表明，WAI高的样品制作的面团更具有弹性。因此，挤压后的玉米粉制作的面团更富有弹性。如图5B所示，与NCF相比，挤压处理后的玉米粉SP的变化趋势与WAI一致，由2.88 g/g升高至3.79～5.94 g/g，这可能是随着水分质量分数的增加或温度的升高，淀粉结构被破坏，淀粉分子易吸水膨胀，从而增加其SP。

  WSI可表征淀粉分子的降解程度。由图5A可发现，与NCF相比，挤压处理明显提高了玉米粉的WSI（P＜0.05），这原因是在挤压过程中，高温使玉米粉分解成可溶性的小分子，使WSI由原来的2.33%明显地增加至最高35.00%（P＜0.05），但在同一水分质量分数条件下，随挤压温度的升高，WSI呈下降趋势，这原因是温度过高，筒腔中的水分被大量蒸出，玉米粉可利用的水分减少，水溶性小分子形成受限，或由于玉米粉中的可溶性蛋白和可溶性糖发生了美拉德反应，形成聚合物，以此来降低其WSI。而当在同一挤压温度的条件下，随着水分质量分数的增加，WSI逐渐降低，这可能与水分在筒腔中起到缓冲作用，减少淀粉颗粒糊化有关。综上，挤压处理可明显提高玉米粉的水合特性（P＜0.05），从而有效改善玉米粉的成团性。但WSI过大会导致样品黏度过高，不利于食品的机械化生产，因此，在实际工艺流程中应合理选择挤压处理条件。

  从表3能够准确的看出，挤压处理后的玉米粉，除崩解值以外，各糊化曲线的特性值均显著小于NCF（P＜0.05）。峰值黏度可表征淀粉颗粒的持水能力，峰值黏度由（1 572.33±9.98）cP明显降低至最低（232.00±6.16）cP，且随着水分质量分数的增加或挤压温度的升高，挤压玉米粉的峰值黏度逐渐升高。崩解值可表征淀粉颗粒的耐热性，挤压玉米粉的崩解值显著大于NCF（P＜0.05），这说明挤压处理破坏了淀粉颗粒的结构，使玉米粉耐热性变差，耐剪切能力变弱。且随着挤压温度的升高或水分质量分数的增加，崩解值逐渐增加。回生值是终止黏度与谷值黏度的差值，用于表征淀粉分子的老化程度，从表3能够准确的看出，挤压处理明显降低了玉米粉的回生值（P＜0.05），由（1 356.33±11.73）cP降低至最低（21.33±2.05）cP，且随着挤压温度的升高或水分质量分数的增加，回生值逐渐增加。这原因是挤压处理能够抑制直链淀粉分子在冷却过程中的重排，进而阻碍淀粉分子形成新的结晶结构，从而有效抑制淀粉回生。

  从表3能够准确的看出，NCF冷糊黏度为（10.36±0.47）cP，而挤压处理后的玉米粉冷糊黏度明显提高约55～66 倍（P＜0.05），这说明挤压处理显著地提高了玉米粉的冷糊黏度（P＜0.05），且在一定的水分质量分数条件下，随着挤压温度的升高，冷糊黏度先升高后降低，可能是由于玉米粉经挤压，淀粉颗粒吸水膨胀，形成具有较高黏度的糊液；也可能由于玉米淀粉在挤压处理过程中发生降解，形成糊精等小分子物质，导致黏度降低。此结果与WSI结果相符。综上，挤压处理可提升玉米粉冷糊黏度，使其易成团。

  如图6所示，所有样品的表观黏度均随着剪切速率的增大而逐渐降低，即玉米粉存在剪切稀化行为。与NCF相比，挤压处理明显提高了玉米粉的表观黏度（P＜0.05），利用幂律方程公式，对NCF和挤压玉米粉的静态流变曲线进行拟合，具体参数见表4。表中多个方面数据显示R2趋近于1，说明拟合效果较好，所有样品幂律指数n值均小于1，说明所有样品皆为非牛顿流体，具有假塑性，n值与假塑性有关，K*值与黏度有关。挤压处理使玉米粉的K*值显著增大（P＜0.05），从（0.029±0.002）Pa·sn增大至最大（9.191±0.084）Pa·sn，n值从0.111±0.034显著性增加至最大0.521±0.002（P＜0.05）。且随着水分质量分数的增加或挤压温度的升高，挤压玉米粉的黏度及假塑性均呈先升高后降低的趋势。与其他挤压玉米粉相比，在温度为120 ℃、水分质量分数为18%时的挤压玉米粉具有最高的黏度和更强的假塑性，这原因是挤压处理使淀粉颗粒被破坏，大量吸水，形成凝胶网络结构，使黏度增强。综上，挤压处理可明显提高玉米粉的黏度及假塑性（P＜0.05），使挤压玉米粉中的淀粉作为一种黏合剂，与玉米粉中的其他组分聚合，从而有效提升玉米粉的成团性。

  本实验研究在不同挤压温度和不同水分质量分数条件下，挤压处理对玉米粉微观结构及拉伸特性等理化特性的影响。根据结果得出，与NCF制作的面团相比，挤压改性玉米面团拉伸特性明显提升（P＜0.05），挤压玉米粉的水合特性和冷糊黏度均明显提高（P＜0.05），具有较强的假塑性，且在同一物料水分质量分数或同一挤压温度条件下，随着挤压温度的升高或物料水分质量分数的增加，崩解值和回生值逐渐升高。当挤压温度120℃、物料水分质量分数为18%时，挤压处理效果最显著，其拉伸距离最大，达（28.95±0.66）mm，稠度系数K*值最大，为（9.191±0.084）Pa·s n 。此外，挤压处理使玉米粉中淀粉糊化，颗粒被破坏，与蛋白等组分发生交联聚合，促使淀粉凝胶网络结构的形成；使其晶体结构从A型变为V型，相对结晶度降低，短程有序性明显降低（P＜0.05）。综上，挤压处理可促使玉米粉成团并有效改善玉米面团的拉伸特性，且不同挤压温度和不同物料水分质量分数效果具有非常明显差异，本研究结果可为开发玉米全主食类产品提供理论依据。

  吉林农业大学食品科学与工程学院，硕士生导师，吉林大学博士，主要研究方向为粮食和农副产品的干燥储藏及相关装备开发。

  主持省级项目2 项，参与国家基金、重点研发计划等省部级项目10余项，近5年第一作者和通信作者发表SCI/EI期刊检索论文10余篇，授权专利4 件。

  许秀颖，副教授，党员，工学博士，吉林农业大学食品科学与工程学院硕士生导师。现兼任中国粮油学会理事，吉林省食品学会理事，吉林省首批“科创专员”，吉林鲜食玉米产业专家技术委员会委员，吉林省科技特派员，中国农技协吉林安图玉米科技小院首席专家。荣誉：作为骨干成员，先后荣获科技部“玉米和杂粮精深加工技术创新与产业化应用重点领域创新团队”等荣誉称号。

  研究方向：主要是做玉米杂粮精深加工及功能性食品开发研究工作，在淀粉与蛋白质、多酚、多糖等组分互作及对其食品品质提升等方面取得了系列创新性成果。

  科研成果：主持吉林省科技厅项目、吉林省教育厅等项目6 项；作为骨干成员，承担国家“十三五”重点研发计划等国家、省部级项目8 项；获得国家授权专利10余件；发表SCI/EI等高水平论文66 篇；制定《食用玉米营养品质评价》等区域标准、企业标准16 项；获国家科学技术进步二等奖1 项，吉林省科学技术进步一等奖3 项。

  个人学习经历：2021年9月-至今，吉林农业大学食品科学与工程学院粮食、油脂及植物蛋白工程专业。

  本文《挤压处理对玉米粉微观结构及理化特性的影响》来源于《食品科学》2024年45卷10期，作者：侯景瑶，邢佳悦，尹绂聿，魏超月，刘景圣，吴玉柱*，许秀颖*。DOI：10.7506/spkx0912-098。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

  实习编辑：普怡然；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

  为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科学技术创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。