多孔淀粉的制備及其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展

堯梅香，榮利遠(yuǎn)，王誠遠(yuǎn),，韓秀英，井 瑩，謝建華

（1.江中食療科技有限公司，江西九江 330000；2.南昌大學(xué)食品科學(xué)與資源挖掘全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330047）

淀粉是應(yīng)用最廣泛的天然生物聚合物之一，為人類的生命活動提供了大部分能量，具有安全、便宜、可生物降解等多種優(yōu)良特性[1]。由于其優(yōu)異的天然特性，淀粉在食品工業(yè)中被廣泛用作食品穩(wěn)定劑、增稠劑、膠凝劑和保水劑[2]。隨著食品科技的發(fā)展，食品加工對淀粉原料有了更高的要求。天然淀粉存在老化、熱穩(wěn)定性差、水不溶性和pH 敏感性等缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了其在食品工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用[3]。因此，國內(nèi)外學(xué)者通過物理法[4]、化學(xué)法[5]和生物酶法[6]對淀粉進(jìn)行改性，從而獲得理化性能更好的改性淀粉。Liu 等[7]發(fā)現(xiàn)中國木瓜籽膠通過包裹淀粉顆粒和影響直鏈淀粉的相互作用防止了淀粉老化，增加了膠/虎果塊莖淀粉混合物的凍融穩(wěn)定性。Lin 等[8]報道黃原膠和魔芋膠顯著提高了綠豆淀粉凝膠的K 值和動態(tài)模量（G′，G″），降低了酶解速率。

天然淀粉較小的比表面積和孔隙體積限制了其作為吸附劑的應(yīng)用，多孔淀粉的開發(fā)能有效改善該缺陷[9]。多孔淀粉，又稱有孔淀粉或微孔淀粉，是指在淀粉表面和內(nèi)部含有孔洞結(jié)構(gòu)的一類淀粉[10]。相比于天然淀粉，多孔淀粉的表面出現(xiàn)明顯的空洞（圖1）[11]，其表面孔洞由表面向中心延伸，1.0～1.5 μm的微孔均勻或不均勻地分布于淀粉顆粒表面[12]。李敏等[13]發(fā)現(xiàn)生物酶法制備的多孔淀粉孔徑大小從5.39 nm 提升至11.13 nm，比表面積從1.57 m2/g 提升至3.91 m2/g，高比表面積和孔體積賦予了其優(yōu)良的吸附和緩釋特性。包尕紅[14]報道經(jīng)過溶劑交換法改性后，木薯多孔淀粉的吸油率從91.87%增加至174.33%，吸水率從83.00%顯著增加到895.77%。目前，多種改性方法已被應(yīng)用于制備多孔淀粉，且多孔淀粉的生產(chǎn)效率和理化性質(zhì)與其制備方法息息相關(guān)，因此不同制備方法之間對比也是本文的研究重點(diǎn)之一。近年來，多孔淀粉在食品領(lǐng)域的應(yīng)用也得到廣泛關(guān)注，其被用于食品營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)載、脂肪替代和食品保鮮等領(lǐng)域。Zhao 等[15]設(shè)計了植酸-殼聚糖包裹的多孔淀粉載體材料用于口服給藥，該遞送體系實(shí)現(xiàn)了疏水性紫杉醇在結(jié)腸內(nèi)持續(xù)釋放，有效提升了其生物利用度。通過噴霧干燥法將紅薯多孔淀粉和阿拉伯膠制備成粉末黃油，其可以替代傳統(tǒng)的食用黃油，從而改善傳統(tǒng)黃油因脂肪含量高而易氧化變質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量和貨架期的缺陷[16]。Lei 等[17]將紫甘薯多孔淀粉基微膠囊應(yīng)用于橄欖油的負(fù)載，結(jié)果表示該負(fù)載材料具有良好的橄欖油負(fù)載率和氧化穩(wěn)定性，且工藝易于規(guī)?；袧摿Τ蔀橐环N新興的食品工業(yè)油保護(hù)方法。

圖1 玉米淀粉（A）和微孔玉米淀粉（B）的SEM 照片（500×）[11]Fig.1 The SEM pictures of core starch (A) and porous core starch (B) (500×)

為了進(jìn)一步促進(jìn)多孔淀粉在食品工業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，本文通過對比物理、化學(xué)和生物酶法制備多孔淀粉中存在的優(yōu)勢及不足，提出多孔淀粉在制備方法中亟需改進(jìn)的工藝優(yōu)化建議。本文綜述了多孔淀粉在食品領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及其前景，主要包括多孔淀粉在食品營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸、脂肪替代物制備以及食品活性包裝領(lǐng)域的應(yīng)用。本綜述提供的信息將有助于人們了解多孔淀粉在食品領(lǐng)域應(yīng)用中的潛力，以及拓展改性淀粉在食品工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用。

1 多孔淀粉的制備方法

1.1 物理法制備多孔淀粉

物理法是指利用物理手段通過破壞淀粉結(jié)構(gòu)產(chǎn)生孔洞，常見方法有：機(jī)械擠壓法、微波法、超聲波法、濕熱處理法和凍融等。機(jī)械擠壓法通常由混合、攪拌、加熱、噴涂和膨脹幾個步驟對淀粉進(jìn)行改性，在淀粉糊噴涂過程中采取強(qiáng)大的壓力差快速蒸干水分，從而使淀粉中形成疏松的孔洞結(jié)構(gòu)[18]。機(jī)械擠壓法制備的多孔淀粉的孔隙率與含水率呈負(fù)相關(guān)，與溫度呈正相關(guān)。然而，機(jī)械擠壓法制備多孔淀粉具有孔徑不均勻的缺點(diǎn)，制備效率不高。

微波法具有高效、環(huán)保的特點(diǎn)，其制備效率主要受微波功率、處理時間和淀粉用量的影響[19]。微波的熱效應(yīng)促使淀粉顆粒在交變磁場中通過分子摩擦形成多孔結(jié)構(gòu)。如圖2A 所示，排列有序的淀粉顆粒在微波產(chǎn)生的交變磁場作用下發(fā)生高頻振動。高頻振動產(chǎn)生的熱能促使淀粉粒中的水分迅速蒸發(fā)，在淀粉粒內(nèi)部產(chǎn)生高壓，從而導(dǎo)致淀粉顆粒膨脹并破裂，形成孔隙[21]。微波法制備多孔淀粉簡單經(jīng)濟(jì)，但具有一定的局限性，其不適用于制備細(xì)孔淀粉。類似于微波處理，超聲處理具有低能耗、操作便利等特點(diǎn)，如圖2B，超聲導(dǎo)致液體中出現(xiàn)氣泡，在不停的聲波刺激中，氣泡體積膨脹直至破裂，破裂產(chǎn)生的沖擊波導(dǎo)致周圍的淀粉顆粒表面出現(xiàn)孔洞[22]。超聲波處理時間、功率和頻率是影響多孔淀粉孔徑大小的重要因素，Hu 等[23]報道與單頻超聲（20 kHz 或25 kHz）處理相比，雙頻超聲（20 kHz+25 kHz）處理更能有效制備多孔淀粉。另外，微波和超聲波處理常用于輔助酶解法制備多孔淀粉，有效提高酶解多孔淀粉得率，制備的多孔淀粉孔徑、孔深和孔數(shù)目與對照組相比效果更好，表現(xiàn)出較好的吸油率和吸附特性[24]。

圖2 微波法（A）、超聲法（B）、溶劑置換法（C）和酶解法（D）制備多孔淀粉機(jī)理[20]Fig.2 Preparation mechanism of porous starch by (A) microwave method (A),ultrasonic method (B),solvent exchange and (C)enzymatic hydrolysis (D)

濕熱處理是指在較低的水分含量（35%以下），和較高溫度（100 ℃以上）下對淀粉進(jìn)行改性處理，濕熱處理能有效改善多孔淀粉的理化性質(zhì)，但是其一般不單獨(dú)應(yīng)用于多孔淀粉的制備[25]。張倩倩等[26]發(fā)現(xiàn)與普通酶法相比，濕熱處理輔助酶法制備多孔淀粉其酶解時間縮短一半便可達(dá)到同等的吸附效果，有效提高了酶解制備多孔淀粉的效率。凍融處理是將淀粉顆粒進(jìn)行冷凍和解凍循環(huán)的一個過程，多次的凍融循環(huán)能促使淀粉分子內(nèi)部相分離和冰晶生長，從而影響淀粉的微觀結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，該方法常被用于輔助酶處理制備多孔淀粉[27]。由于凍融處理后淀粉顆粒中出現(xiàn)孔洞，增強(qiáng)了淀粉對酶解的敏感性，因此凍融輔助酶處理淀粉比單獨(dú)酶處理產(chǎn)生更多的孔隙，經(jīng)聯(lián)合處理后的多孔淀粉對水、油的吸附能力、溶脹能力和溶解度均有所提高[28]。

物理法具有操作便捷、安全、無化學(xué)殘留、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢，但是物理法制備多孔淀粉往往會由于水分的不均勻分布導(dǎo)致多孔淀粉的孔徑分布不均，而且物理法加工伴隨的較高溫度也會破壞淀粉結(jié)構(gòu)，不利于多孔淀粉的工業(yè)推廣和應(yīng)用[29]。因此，物理加工方法常被應(yīng)用于化學(xué)和生物酶改性的預(yù)處理手段，經(jīng)物理加工處理后的天然淀粉顆粒對化學(xué)法和生物酶法改性更加敏感，提高了其生產(chǎn)效率和改性效果[30-31]。

1.2 化學(xué)法制備多孔淀粉

化學(xué)法通過酸、交聯(lián)劑和酯化劑等化學(xué)試劑的處理使淀粉顆粒表面出現(xiàn)由外向內(nèi)延伸的孔洞[32]?；瘜W(xué)法主要包括溶劑交換法、乳液交聯(lián)法和酸水解法等，溶劑交換法是利用淀粉水凝膠網(wǎng)絡(luò)中的水與溶劑（如乙醇、丙酮）進(jìn)行交換，避免水凝膠結(jié)構(gòu)在直接風(fēng)干下坍塌和收縮[14]。如圖2C 所示，水溶性直鏈淀粉凝膠化后形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)之間吸收了大量的水分子。隨后，用乙醇取代凝膠網(wǎng)絡(luò)中的水，并通過真空干燥去除乙醇得到多孔淀粉。溶劑交換法制備的多孔淀粉的結(jié)構(gòu)受溶劑濃度和干燥條件的影響[33]。溶劑交換法制備的多孔淀粉顆粒表面存在大量的空洞，呈珊瑚狀，且溶劑交換處理沒有改變淀粉的結(jié)晶類型，制備過程未產(chǎn)生新的官能團(tuán)[14]。

乳液交聯(lián)法也是實(shí)驗(yàn)室常用于制備多孔淀粉的方法之一，該方法將淀粉溶液作為水相分散于油相中，在水相中發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)從而制備具有多孔結(jié)構(gòu)的淀粉顆粒。乳液交聯(lián)法降低了淀粉分子間的相互作用力，制備的多孔淀粉表面結(jié)構(gòu)豐富，比表面積大，表現(xiàn)出良好的吸附能力。乳液交聯(lián)法解決了多孔淀粉結(jié)構(gòu)易碎的缺陷，其制備工藝簡單，不需要價格昂貴的酶，降低成本，有利于在工業(yè)中推廣。在污水凈化中有較好的應(yīng)用前景[34]。魏曉巖等[35]發(fā)現(xiàn)N，N-亞甲基雙丙烯酰胺交聯(lián)的多孔淀粉表面粗糙，存在大量的空洞，吸附性能力明顯增強(qiáng)，能有效吸附廢水中的有害物質(zhì)。

酸水解法則是在保持淀粉顆粒完整性的基礎(chǔ)上，利用鹽酸使天然淀粉部分水解，從而在淀粉顆粒表面形成孔洞結(jié)構(gòu)。酸水解是從淀粉顆粒的表面逐漸向顆粒內(nèi)部進(jìn)行，從在表面形成的凹痕逐步水解擴(kuò)大形成凹坑和孔洞，最終反應(yīng)進(jìn)行到顆粒中心，淀粉核被反應(yīng)成空腔結(jié)構(gòu)，且空腔與孔洞之間有微細(xì)通道連接。與生物酶法相比，酸水解法有極高的價格優(yōu)勢，但是其反應(yīng)速率較慢，隨機(jī)性強(qiáng)，難以形成穩(wěn)定有效的孔洞，目前仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段[36]。酸法醇介質(zhì)則是在酸水解法的基礎(chǔ)上，利用乙醇作為介質(zhì)改進(jìn)酸水解的效率，該方法具有工藝過程簡單，容易控制的特點(diǎn)。乙醇介質(zhì)的存在可以影響水分子進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部與淀粉的糖苷鍵發(fā)生的反應(yīng)和速度，因此通過控制乙醇濃度可以將淀粉在高于水介質(zhì)中糊化溫度的情況下發(fā)生水解反應(yīng)，并保持淀粉顆粒的基本結(jié)構(gòu)，進(jìn)而有效加快淀粉水解的速率，縮短反應(yīng)時間，降低生產(chǎn)成本[37]。

近年來，多種新型化學(xué)法被應(yīng)用于制備多孔淀粉。分子插入法是通過致孔劑結(jié)合酸間接處理來制備多孔淀粉，Pourjavadi 等[38]選擇碳酸鈣顆粒作為致孔劑處理天然淀粉，然后利用鹽酸去淀粉顆粒中存在的碳酸鈣顆粒，從而獲得多孔淀粉。該天然淀粉制備的水凝膠作為亞甲基藍(lán)吸附劑，吸附量達(dá)到714.29 mg·g-1。另外，有研究發(fā)現(xiàn)巰基琥珀酸能與淀粉形成分子間氫鍵，相比于鹽酸，巰基琥珀酸處理有利于形成更多的多孔結(jié)構(gòu)[39]?；瘜W(xué)法相對于物理法和生物酶法具有設(shè)備要求低，耗能小，生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢，但化學(xué)方法制備過程中容易造成化學(xué)殘留，隨機(jī)性強(qiáng)，孔隙度低等缺陷，不利于其在食品工業(yè)中的推廣應(yīng)用。

1.3 生物酶法制備多孔淀粉

生物酶法是利用酶對淀粉分子結(jié)構(gòu)的水解作用，從而催化淀粉顆粒的內(nèi)部和表面產(chǎn)生孔隙，該方法具有反應(yīng)條件溫和，催化效率和底物特異性高等特點(diǎn)[40]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，α-淀粉酶和糖化酶水解淀粉具有良好的效果，被廣泛應(yīng)用于多孔淀粉的制備。單一酶的作用效果有限，因此往往需結(jié)合多種酶共同作用來制備多孔淀粉[41-42]。Zhang 等[43]和吳季勤等[44]利用α-淀粉酶和糖化酶成功制備多孔淀粉，并評估了其吸附性能。在酶解過程中，多孔淀粉的孔洞是沿著非還原性末端逐漸形成的，孔隙的尺寸隨著水解程度變深變大，從而允許水滲透到淀粉顆粒內(nèi)部[45]。其機(jī)理如圖2D 所示，淀粉顆粒的不規(guī)則內(nèi)部和無定型區(qū)域被葡萄糖淀粉酶水解，然后酶沿著淀粉分子的非還原端水解。此外，由于淀粉的水膨脹，α-淀粉酶更容易進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部進(jìn)行隨機(jī)內(nèi)切，從而為糖化酶提供了新的非還原端，使水解不斷深入淀粉分子內(nèi)部，最后在酶的作用下，淀粉的表面和內(nèi)部形成中空結(jié)構(gòu)。酶用量、反應(yīng)環(huán)境等因素都不同程度地影響酶解效率和多孔淀粉的吸附效果，其影響效果排序?yàn)椋好赣昧?反應(yīng)時間>pH>酶配比>反應(yīng)溫度>淀粉濃度[10]。另外，生物酶制備多孔淀粉的過程中改變了淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)，其理化性質(zhì)也隨之改變，α-淀粉酶和糖化酶酶解處理能明顯降低淀粉的糊化粘度和提高其糊化溫度和相對結(jié)晶度[46]。

生物酶法制備多孔淀粉的生產(chǎn)成本較高，且單一使用酶制備多孔淀粉存在局限性。近年來，研究人員開始將其他加工技術(shù)應(yīng)用到酶法制備多孔淀粉中。最常見的就是結(jié)合物理加工方法來輔助酶解制備多孔淀粉，利用物理預(yù)處理加工對淀粉顆粒的破壞作用，能有效提高淀粉顆粒對酶的敏感性，從而節(jié)約酶的用量以及酶解時間，提高多孔淀粉的制備效率。干熱預(yù)處理可明顯破壞淀粉的表面結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了酶解反應(yīng)的進(jìn)行，有效提高了酶解效率，其制備的多孔淀粉比表面積和總孔容積顯著增大，表現(xiàn)出更強(qiáng)的吸附能力。吳麗榮等[47]發(fā)現(xiàn)超聲預(yù)處理有助于復(fù)合酶法制備多孔淀粉，超聲波處理的淀粉表面出現(xiàn)皺褶、裂縫和凹陷，酶解后的淀粉表面出現(xiàn)了多而深且較大的孔。生物酶法結(jié)合化學(xué)改性也是提高酶解效率的有效手段之一，董芝宏等[48]發(fā)現(xiàn)三偏磷酸鈉（Sodium trimetaphosphate，STMP）交聯(lián)可以提高酶解淀粉顆粒的穩(wěn)定性，提高用酶量，使顆粒多孔增加，從而提高吸附率。OSA 改性的多孔淀粉則是表現(xiàn)出更好的精油保留能力，因?yàn)镺SA 中的長鏈烯基與精油分子形成范德華力，減小了精油揮發(fā)程度，提高緩釋效果。相對于物理法和化學(xué)法制備多孔淀粉，生物酶法制備多孔淀粉具有獨(dú)特的優(yōu)勢，表現(xiàn)在安全，工藝簡單，酶制劑易得，工藝條件易控制等。然而，生物酶法制備多孔淀粉在食品工業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用往往受其較高的生產(chǎn)成本所限制，因此探究如何降低酶用量，提高酶解效率是生物酶法制備多孔淀粉的重要研究方向，如將生物酶法結(jié)合物理法、化學(xué)法等其他方法是提高酶解效率的有效手段。

2 多孔淀粉在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

天然淀粉具有安全無毒、易降解等特點(diǎn)，經(jīng)改性后的多孔淀粉具有高比表面積和孔體積，表現(xiàn)出優(yōu)良的吸附和緩釋特性。近年來，多孔淀粉在食品領(lǐng)域的應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注[49]，其主要應(yīng)用在營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)載、脂肪替代以及食品活性包裝上。

2.1 食品營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)載

隨著食品科技的發(fā)展，人們對功能性食品的需求一直在增長，具有特殊功能的食品營養(yǎng)物質(zhì)可以有效影響人體的身體機(jī)能，在心理疾病，慢性疾病的預(yù)防和發(fā)展中發(fā)揮重要作用，以及對于具有特殊飲食要求的人群具有重要意義，如病人、老人、兒童、特殊工作者等[50]。然而，常見的營養(yǎng)物質(zhì)或生物活性化合物很容易被熱療、光束和氧氣降解，或者在胃腸道中被消化酶水解失活。因此，國內(nèi)外學(xué)者往往將食品營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行包埋遞送，從而改善其生物利用度[51]。

多孔淀粉的多孔隙結(jié)構(gòu)能將食品營養(yǎng)物質(zhì)束縛在淀粉孔隙中，多孔淀粉的包覆能避免被運(yùn)載營養(yǎng)物質(zhì)被外界環(huán)境所干擾，從而達(dá)到營養(yǎng)物質(zhì)的保護(hù)作用[52]。近年來，多孔淀粉由于其良好的生物相容性、可降解性、吸附性和價格低廉等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于食品營養(yǎng)物質(zhì)的負(fù)載[9,53]，包括日常食品[16]、維生素[54-55]，多酚[56]，益生菌[57]及其他生物活性物質(zhì)[58]等。傳統(tǒng)食用黃油由于脂肪含量高容易氧化變質(zhì)，嚴(yán)重影響其感官品質(zhì)和貨架期，傅新征等[16]以紅薯多孔淀粉和阿拉伯膠為壁材包覆的粉末黃油具有良好的抗氧化性，且易于使用和儲運(yùn)。維生素、多酚和益生菌等生物活性物質(zhì)在保健食品領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用[59-60]，這些活性物質(zhì)在食品工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用受到其吸收率低和生物利用度差的限制，多孔淀粉可以為這些活性物質(zhì)提供強(qiáng)保護(hù)以應(yīng)對應(yīng)激環(huán)境，如酸、鹽和熱環(huán)境（圖3）。多孔淀粉通過化學(xué)吸附或強(qiáng)表面絡(luò)合多酚類物質(zhì)，在保持多酚生物活性不被破壞的基礎(chǔ)上提高了其在人體內(nèi)的生物可及性[61]。多孔淀粉的氣孔、通道和空腔結(jié)構(gòu)為益生菌提供了生存空間，具有較高的益生菌裝載效率，多孔淀粉負(fù)載可以避免益生菌受胃腸道環(huán)境的影響，促進(jìn)人體胃腸健康[57]。另外，食品加工過程容易導(dǎo)致食品風(fēng)味物質(zhì)的損失，嚴(yán)重影響食品的感官品質(zhì)，風(fēng)味物質(zhì)的封裝可以防止風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生不必要的化學(xué)反應(yīng)[62]，延長其儲存時間[63]。Belingheri 等[62]評估了多孔淀粉作為風(fēng)味物質(zhì)運(yùn)輸?shù)臐撛诳赡苄裕欢嗫椎矸蹖τ陲L(fēng)味物質(zhì)的運(yùn)載還鮮有報道，在未來的研究中進(jìn)一步探究其對風(fēng)味物質(zhì)的運(yùn)輸具有重要意義。

圖3 多孔淀粉對生物活性物質(zhì)的保護(hù)功能示意圖Fig.3 Schematic diagram of the protective effect of porous starch on bioactive substances

2.2 食品脂肪代替

脂肪是人類生存不可或缺的營養(yǎng)物質(zhì)[64]，但脂肪的過量攝入會導(dǎo)致各種健康問題，如肥胖、高血壓和心血管等慢性疾病，甚至?xí)岣呋及┌Y風(fēng)險[65]。食品的脂肪含量也關(guān)系到消費(fèi)者對于該產(chǎn)品的購買欲望。近年來，國內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)多孔淀粉經(jīng)交聯(lián)、酯化或醚化等處理后與脂肪具有類似的口感和質(zhì)地，可以作為脂肪的替代物。目前，多孔淀粉的脂肪替代物主要被應(yīng)用于制備低脂肉制品[66]、人造黃油[67]及蛋黃醬[68]等。錢和等[69]利用多孔淀粉替代貢丸中的部分脂肪，改善了低脂貢丸的質(zhì)構(gòu)特性，降低了貢丸的總熱量及生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)的食用黃油因?yàn)橹竞扛咭籽趸冑|(zhì)，嚴(yán)重影響其產(chǎn)品質(zhì)量和貨架期，研究人員發(fā)現(xiàn)多孔淀粉經(jīng)改性處理可優(yōu)化其流變學(xué)和感官性質(zhì)，制備的淀粉基脂肪替代物擬脂擬油性較好，可替代傳統(tǒng)黃油為食品提供潤滑性以及黏稠度。吳珊等[70]通過工藝優(yōu)化制備的交聯(lián)氧化酯化多孔淀粉比普通淀粉具備更強(qiáng)的粘稠性和乳化性，有利于作為脂肪替代物應(yīng)用于沙拉醬的制作中?？傊?，多孔淀粉形成的網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)可以截留大量的水分子，從而具有一定的流動性，賦予淀粉基脂肪替代物類似脂肪的質(zhì)感和口感[71]。多孔淀粉基脂肪替代物由于其熱量低、來源廣、產(chǎn)量高和生物相容性好等特點(diǎn)，被認(rèn)為是理想的脂肪替代物。多孔淀粉基脂肪替代物能保持脂肪的優(yōu)良特性，并緩解脂肪對人體健康的不利影響[72]，可以很好地滿足特定消費(fèi)人群對于低脂和健康飲食的需求，在保健食品領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

2.3 食品包裝

在食品包裝中添加具有抗菌或抗氧化的活性成分，可以延緩食源性病原體和氧化引起的食品質(zhì)量惡化[73]。多孔淀粉經(jīng)過噴霧干燥或冷凍干燥微膠囊化可以保護(hù)這些活性抗氧抗菌成分不受惡劣環(huán)境的影響，調(diào)節(jié)其釋放行為。因此多孔淀粉可以作為這些活性成分的緩釋或控釋材料，從而延長其在活性包裝膜的作用時間或滿足特定的保存要求。Miao 等[74]發(fā)現(xiàn)多孔淀粉對茶多酚具有良好的吸附能力，以玉米淀粉/茶多酚負(fù)載的多孔淀粉為材料鑄造的可降解食品包裝膜成分分布均勻，具有良好的機(jī)械性能、防紫外線性能、熱穩(wěn)定性和抗氧化性能。類似地，以負(fù)載茶多酚的多孔淀粉為芯材，麥芽糊精為壁材，采用冷凍干燥法制備微膠囊，并將其作為活性膜中茶多酚的緩釋載體，該緩釋活性膜具有抗氧化活性和緩釋性能，可有效地延長食品的保質(zhì)期[63]。由于淀粉良好的生物相容性，多孔淀粉的引入可以改善復(fù)合包裝材料的延展性和熱穩(wěn)定性。Miao 等[75]添加負(fù)載茶多酚的多孔淀粉能將聚乙烯醇包裝膜的拉伸強(qiáng)度從5.09 MPa增加到25.58 MPa，斷裂延伸率從126%增加至346%。多孔淀粉作為良好的生物活性物質(zhì)負(fù)載體，以及其良好的生物相容性，在可降解包裝薄膜中具有極大的應(yīng)用潛力。然而目前國內(nèi)關(guān)于以負(fù)載抗氧化和抗菌物質(zhì)的多孔淀粉為基的包裝薄膜研究較少，探索利用多孔淀粉優(yōu)良的負(fù)載特性負(fù)載具有抗氧化和抗菌等特性的精油或金屬氧化物將是個有趣的研究方向。

2.4 其他

隨著食品科技的發(fā)展，多孔淀粉在食品領(lǐng)域的研究也愈發(fā)深入。多孔淀粉較大的比容積和比表面積賦予了其良好的吸水、吸油能力。利用多孔淀粉優(yōu)異的吸油能力，多孔淀粉被應(yīng)用于功能性食用油的制備，江慧娟等[76]利用多孔淀粉包埋制得的粉末油脂能顯著延長食用紫蘇籽油的氧化時間，有效延長其保質(zhì)期。邱英華等[77]以木薯多孔淀粉為芯材，吸附蠶蛹油制備的蠶蛹油微膠囊，可以直接食用并長期穩(wěn)定貯存。食用精油具有揮發(fā)性強(qiáng)、穩(wěn)定性差、香氣不持久和攜帶不便等缺點(diǎn)，依賴于多孔淀粉的高吸油特性，多孔淀粉在食用精油的固定和緩釋的應(yīng)用具有潛力。固化后的杜香精油粉末比未固化精油的緩釋持香效果更顯著，以及表現(xiàn)出更好的熱學(xué)穩(wěn)定性[78]。付秋瑩等[79]發(fā)現(xiàn)羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉包覆的百里香精油/多孔淀粉具有良好的緩釋性能，可以延長百里香精油的主要成分麝香草酚在室溫下的釋放時間。另外，天然淀粉的多羥基的親水結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其乳化效果較弱，多孔淀粉經(jīng)丁酸酐改性后具備較好的乳化性和乳化穩(wěn)定性，該乳液在食品和醫(yī)藥等行業(yè)的藥物包埋和靶向釋放中有很好的應(yīng)用前景[79]。謝夢煥等[80]以3-氯-2 羥丙基三甲基氯化銨為醚化劑，采用堿催化干法制備了陽離子多孔淀粉，陽離子多孔淀粉能有效吸收部分卷煙煙氣中的有害成分（小分子醛），從而降低煙氣對人體的傷害。總之，多孔淀粉特殊的多孔結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)異的吸附特性，結(jié)合吸附特性和可食用性，多孔淀粉在食品領(lǐng)域的應(yīng)用具有較好的前景，在未來研究中亟需進(jìn)一步探究。

3 結(jié)論與展望

多孔淀粉是一種經(jīng)物理、化學(xué)或者生物酶法改性制備的一種具有蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)的改性淀粉，具有較大的比表面積和優(yōu)良的吸附性能，兼具生物相容性好和生物可降解等優(yōu)點(diǎn)。常用的多孔淀粉制備方法都存在不足之處，如物理法制備的多孔淀粉表面孔隙不均勻，化學(xué)法會導(dǎo)致化學(xué)殘留，生物酶法則是制備成本高，經(jīng)濟(jì)效益差等，這些方法亟需進(jìn)一步優(yōu)化工藝以實(shí)現(xiàn)在食品工業(yè)的廣泛推廣。超聲、微波等物理加工或者化學(xué)改性輔助酶制備多孔淀粉有效提高淀粉顆粒的酶解效率，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)多孔淀粉在食品工業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用。多孔淀粉的多孔結(jié)構(gòu)賦予了其極強(qiáng)的吸附緩釋能力，在食品領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用于生物活性物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)的負(fù)載緩釋。例如，多孔淀粉負(fù)載的食品營養(yǎng)物質(zhì)能受胃腸道環(huán)境中的干擾，提高其生物利用率。添加負(fù)載抗菌、抗氧化活性物質(zhì)的多孔淀粉可提高食品活性包裝的抗氧化和抗菌能力，從而延長食品的保質(zhì)期。為了進(jìn)一步促進(jìn)多孔淀粉在食品工業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，未來有必要繼續(xù)優(yōu)化多孔淀粉的制備方法，改進(jìn)多孔淀粉制備的效率以及成孔質(zhì)量、孔隙率和孔隙穩(wěn)定性。另外，不同來源的天然淀粉具有不同的結(jié)構(gòu)特征，包括粒徑、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和直/支鏈比例等，探究多孔淀粉的制備效率和吸附性能與天然淀粉來源之間的關(guān)系可能對多孔淀粉在食品工業(yè)中的推廣具有重要意義。