综述：清洁标签淀粉的精确设计：非热物理修饰诱导的多尺度结构调控机制

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牛旭凯|牛斌|纪晓龙|史苗苗|闫一喆

郑州轻工业大学食品与生物工程学院，中国郑州450001

摘要

在全球向清洁标签和可持续食品生产转变的背景下，本文综述了绿色非热物理改性（NTPM）技术，如高压（HHP）、超声波（US）、冷等离子体（CP）、磁场（MF）、脉冲电场（PEF）和γ-辐照（IR）等技术，以及其它新兴技术，这些技术作为传统化学和热处理淀粉改性方法的替代方案具有巨大潜力。这些方法能够从分子链到结晶和形态层面精确调控淀粉的结构。文章阐明了物理场能量如何通过扰动氢键网络、解聚链和重构结晶秩序来调节淀粉的关键功能特性，如糊化、流变学、凝胶网络形成和消化动力学。此外，还建立了物理场-结构-功能范式下的定量结构-性质关系，并讨论了改性淀粉通过控制消化性支持肠道微生物健康和低血糖指数（GI）食品开发的潜力。然而，在机制阐明、规模化以及多种技术协同效应方面仍存在关键知识空白，这些需要通过直接实验验证。未来的研究方向包括整合屏障策略、先进的原位表征技术和基于机器学习的预测建模。本文为通过清洁标签淀粉的发展迈向更健康、更可持续的食品系统提供了科学路径。

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章节片段

缩写

缩写	全称
NTPM	非热物理改性
HHP	高压
US	超声波
CP	冷等离子体
MF	磁场
PEF	脉冲电场
IR	γ-辐照
RF	射频电场
SC-CO₂	超临界二氧化碳
LE-EBI	低能电子束辐照
UV	紫外线辐照
GI	血糖指数
RS	抗性淀粉
RDS	快速消化淀粉
SDS	缓慢消化淀粉
XRD	X射线衍射
SAXS	小角X射线散射
RC	相对结晶度
NMR	核磁共振
ALCs

淀粉独特的物理化学和功能性质源于其精确有序的多尺度结构，这种结构从分子链构象延伸到颗粒形态，每个层次都对其加工性能和应用潜力起着核心决定作用（Wongsagonsup等人，2026年）。因此，理想的NTPM技术必须具备精确调控特定结构层次的能力，以增强目标功能同时保持...

NTPM技术通过构建特定的能量场（如高压、声空化效应、等离子体生成的活性物种、高压PEF和电离辐射）来精确调控淀粉的层次结构，无需引入外源化学试剂或依赖传统热处理（Sudheesh等人，2024年）。该技术系统通过差异化的能量传递机制诱导链构象变化...

量化结构-功能关系的前提是对淀粉多尺度结构进行准确和全面的表征与量化。近年来，一系列先进表征技术的结合使用使得从分子链构象到颗粒聚集状态的复杂结构得以阐明（Sudheesh等人，2024年）。

NTPM技术通过精确编程淀粉的多尺度结构，将其从传统增稠剂提升为具有清洁标签特性和健康活性的智能食品成分。这一转变的核心在于利用物理场能量合理设计淀粉结构，使其不仅能满足食品加工的基本需求，还能直接促进身体健康和肠道微生物群的平衡（Sudheesh...

尽管关于大多数淀粉改性技术的工业可行性指标（如千瓦时/吨、资本成本）的系统定量数据在同行评审文献中尚不存在，但可以根据每种技术的内在操作原理和工程特性进行合理性比较分析。表3对本综述中讨论的十项技术进行了比较评估。这些评估是定性的...

NTPM技术为淀粉改性提供了一条革命性的路径，符合清洁标签和可持续发展原则。它们将重心从依赖化学添加剂转向通过精确的结构调控来释放天然材料的内在潜力。本文系统阐述了HHP、US、CP、MF、PEF和IR等关键技术的机制，并揭示了物理场能量如何实现淀粉的多尺度调控...

牛旭凯：撰写——原始草稿、方法论、数据分析。牛斌：撰写——原始草稿、验证、研究。纪晓龙：撰写——审稿与编辑、验证、方法论。史苗苗：撰写——原始草稿、数据分析。闫一喆：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、监督、资源管理、项目协调、方法论、概念化。

我们感谢河南省科学技术研究计划（262102110080、252102110113）、河南省高等学校重点科研项目（24A550020、26A550031）以及河南省青年科学家项目（225200810122）的支持。

He, Chen and Li, 2025bLi et al., 2020bLi et al., 2025bLi et al., 2023bLi et al., 2023cMa, Duan, Liu, Yang and Jiang, 2026aNiu, Fang and Yan, 2025aSong, Chen, Deng and Zhao, 2024bWang, Han, Liu and Wei, 2026bWang et al., 2025bZhang et al., 2024aZhang et al., 2024bZhang, Lin and Xu, 2024cZhao et al., 2025bZhu, Xiong, Devkota and Dhital, 2026a

作者声明，他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

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