来自山东农业大学食品科学与工程学院的张奎亮、代养勇和侯汉学等人利用超声波处理马铃薯淀粉，通过扫描电子显微镜（SEM）、偏光显微镜（PLM）、激光共聚焦显微镜（CLSM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、快速黏度分析（RVA）等手段研究超声对马铃薯淀粉结构及理化性质的影响，借鉴机械力化学相关理论，探讨超声对淀粉颗粒的机械力化学效应。该研究不仅能丰富超声的“空化效应”理论，也为淀粉分子化学修饰开辟新研究领域提供理论依据。
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对淀粉颗粒内部微观结构的影响
超声处理1 min后淀粉生长环结构变得模糊，可见超声对淀粉颗粒结晶区和无定形区产生机械力作用，导致颗粒内部发生形变。同时还可发现，超声后“裂缝区”变大且荧光亮度减弱，可见机械力作用使淀粉颗粒中直链淀粉含量减少，脐点周围的无定形区发生破坏，结构疏松。当超声处理8 min时，部分淀粉颗粒的“裂缝区”变得不清晰且数量减少，中心亮度增强，但透射光扫描图显示“裂缝区”存在。而超声处理60 min时，淀粉颗粒内部结构破坏严重，且亮度减弱。
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对淀粉颗粒形貌的影响
马铃薯原淀粉形状大小不均，大颗粒呈椭圆状，小颗粒呈圆状，表面平坦光滑。超声处理1 min时，淀粉颗粒表面粗糙，出现一些凹陷，可见超声的“空化效应”对淀粉颗粒产生了破坏作用。超声处理8 min时，淀粉颗粒表面形成一些球状凸起。而超声处理16～60 min时，淀粉颗粒表面凸起逐渐变小，表面开始变得光滑。
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对淀粉颗粒偏光十字的影响
马铃薯淀粉颗粒偏光十字清晰而完整，但部分颗粒偏光十字并不对称，其十字交叉点位于颗粒边缘的脐点处。超声处理1～2 min时，大部分淀粉颗粒仍具有偏光十字，说明该阶段超声处理对淀粉颗粒结晶结构破坏较弱。而处理8 min时，部分淀粉颗粒偏光十字变得模糊，可见此时超声破坏了淀粉原有的半结晶体系，结晶结构变得无序化。当处理60 min时，部分淀粉颗粒偏光十字特征开始消失，说明这部分颗粒的结晶结构破坏严重，无序化程度提高，导致机械力化学非晶化。
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对淀粉结晶结构的影响
原淀粉结晶度为26.2%，当超声处理8 min时，淀粉的结晶度显着升高至29.5%，可见超声促进了亚微晶晶体化，该阶段淀粉颗粒表面形成的球状凸起是由亚微晶和晶体聚集而成的。而超声处理60 min时，5.6°、22.0°、24.0°处衍射峰明显减弱，结晶结构破坏，淀粉颗粒结晶度下降至24.0%。
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对淀粉粒径的影响
超声处理1 min后，粒径在33.1～75.9 μm之间的淀粉颗粒减少，可见超声处理对淀粉颗粒产生很强破坏作用。同时由于超声8 min淀粉颗粒内部发生聚集，结构更加紧密，故该阶段淀粉粒径减小。而超声60 min时，淀粉颗粒粒径分布峰高降低，粒径增大，该现象与淀粉颗粒内部结构变疏松和颗粒间发生团聚有关。
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对淀粉糊透光率的影响
超声处理1～8 min时，透光率增大到29.24%，这是由于该阶段淀粉颗粒无定形区和小部分结晶区破坏，直链淀粉溶出，同时也使得淀粉链在糊液中分散得更充分，对光的反射减小，从而使透光率增大。当处理16～32 min时，马铃薯淀粉透光率降低，可能是因为淀粉颗粒发生团聚，淀粉不易溶出和伸展，导致透光率降低。当处理60 min时，透光率又明显增大，可能是因为该阶段淀粉结晶结构被破坏，部分支链淀粉分子断裂，溶出淀粉增多，使淀粉链更易在水中扩散。
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对淀粉分子结构的影响
超声处理后淀粉在1047 cm-1处的吸收峰信号减弱，说明超声处理后淀粉有序结构破坏。但马铃薯淀粉经超声处理后没有出现新的吸收峰或某个特征峰的消失，表明超声处理淀粉前后未产生新的基团，属于物理改性过程。
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对淀粉糊特性的影响
当超声处理8 min时，淀粉的峰值黏度和峰谷黏度最低，可见淀粉颗粒内部聚集后结构更紧密，水分子不易进入结晶区内部。随着超声时间延长至60 min，淀粉峰值黏度显着上升至5238 Pa·s，这是因为聚集效应破坏后水分子更易进入结晶区内部与支链淀粉结合，从而导致峰值黏度逐渐上升。
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对淀粉热稳定性的影响
超声处理后淀粉水分蒸发快且热解逸散温度降低，可见超声处理影响了淀粉热稳定性。当超声8 min时淀粉质量损失率降低，可见淀粉颗粒内部聚集后，结构紧密，淀粉热解慢；而超声60 min时，因部分结晶区受到破坏，结构又变疏松，因此失质量速率又增大。同时还可发现，当超声8 min时淀粉热解逸散温度最低，可见该阶段未发生聚集的淀粉分子容易热解。
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对淀粉糊化特性的影响
超声1 min时淀粉的ΔH比原淀粉低，可见该阶段超声处理使淀粉颗粒无定形区和亚结晶区结构疏松，吸热水化需要的热量降低。超声处理8 min时，淀粉的To升高至62.1 ℃，Tc升高至74.3 ℃，ΔH显着升高至10.86 J/g，且此阶段结晶度最大，可见此阶段淀粉颗粒内部聚集后，无定形区和亚结晶区结构紧密，稳定性增加，吸热水化需要的热量增加。而超声处理60 min时，淀粉的To降至61.4 ℃，Tc降至72.5 ℃，ΔH减小至9.70 J/g，可见该阶段聚集效应破坏后，淀粉颗粒无定形区和亚结晶区结构疏松，稳定性减弱，吸热水化所需热量降低。
结 论
由于马铃薯淀粉颗粒内部“狭长的脐点区”结构比较疏松，超声处理对马铃薯淀粉可产生显着机械力化学效应；随着超声时间延长，马铃薯淀粉颗粒内部依次经过受力阶段、聚集阶段、团聚阶段；同时由于超声处理引起了马铃薯淀粉颗粒结构变化，故导致了马铃薯淀粉理化性质显着变化。
