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超高压处理对莲子淀粉结构及理化特性影响的研究

郭泽镔  
【摘要】:淀粉是自然界中第二大天然高分子碳水化合物,产量仅次于纤维素,天然淀粉因不溶于冷水,乳化能力差,易老化,机械稳定性和贮藏稳定性差等不足,极大限制了淀粉的应用。对淀粉进行改性处理使之符合工业化应用的要求已成为当前淀粉研究领域的一大热点。在各种物理改性淀粉方法中,超高压(Ultra High Pressure)技术是非热力物理加工技术,为淀粉改性提供了一种新方法,具有良好的应用前景。本文以莲子淀粉为研究对象,系统研究不同超高压压力、保压时间和淀粉乳浓度处理对莲子淀粉结构和理化特性的影响,探明作用机理,研究经超高压处理后的淀粉对双歧杆菌体外增殖作用以及对罐藏莲子品质的影响,研究结果表明: (1)超高压处理对莲子淀粉颗粒特性的影响 莲子淀粉乳在超高压处理下的颗粒形态、偏光十字、粒径大小和分布以及淀粉颗粒的结晶结构发生不同程度的变化。莲子淀粉乳在500MPa压力处理60min以及600MPa压力处理30min条件下的颗粒特性发生明显变化。莲子淀粉乳经600MPa压力后偏光十字消失,颗粒内部有序的晶体结构被破坏,淀粉的X-射线衍射图谱由C-型向B-型转变;淀粉颗粒发生崩溃,表面出现凹陷,糊化的淀粉颗粒粘连在一起,颗粒粒径大小和分布达到最大值。超高压处理对不同淀粉乳浓度的莲子淀粉颗粒特性无显著影响。 (2)超高压处理对莲子淀粉分子特性的影响 傅立叶红外光谱仪(FTIR)研究发现莲子淀粉乳在超高压处理前后没有出现新的吸收峰或某个特征峰的消失,没有产生新的基团,表明超高压处理淀粉乳是物理改性过程。核磁共振波谱仪(NMR)研究结果表明莲子原淀粉在C1区域出现三重峰,表现出A-型晶体结构特征,经600MPa压力后表现出B-型晶体结构特性。随着超高压处理压力或保压时间的增加,C1和C4区域特征峰的强度逐渐减弱,相对结晶度降低。尺寸排阻色谱与18角度激光光散射仪和示差检测器串联系统(SEC-MALLS-RI)研究结果表明,莲子原淀粉的重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)分别为1.433×107Da和1.118×107Da,多分散系数(MW/Mn)为1.282。超高压处理导致莲子淀粉分子量分布变宽,分子内部结构受到破坏。 (3)超高压处理对莲子淀粉糊特性的影响 超高压处理提高了莲子淀粉在低温条件下(55℃-75℃)的溶解度和膨胀度;降低了淀粉糊的透光率以及淀粉在高温条件下(85℃~95℃)的溶解度和膨胀度;经500MPa超高压处理10~50min或100~500MPa处理30min有利于改善莲子淀粉糊的凝沉性和冻融稳定性,而随着超高压处理压力和保压时间的增加,淀粉糊的凝沉性和析水率显著升高。与莲子原淀粉形成的凝胶相比,超高压处理改变了莲子淀粉糊的凝胶质构特性,降低了淀粉的胶黏性、硬度、凝聚性、咀嚼性和粘性,而弹性无显著性变化。 (4)超高压处理对莲子淀粉糊化和老化特性的影响 快速粘度仪(RVA)研究结果表明,超高压处理可以显著提高莲子淀粉糊的峰值粘度、谷粘度和最终粘度,而显著降低淀粉糊的崩解值和回生值,但经600MPa压力处理后的莲子淀粉表现出最小的峰值粘度、谷粘度、最终粘度、崩解值和回生值。在适当超高压压力和保压时间处理下,莲子淀粉糊的峰值时间和成糊温度随着超高压处理压力和时间的增加而增大。差示扫描量热仪(DSC)研究结果表明,莲子淀粉的起始温度、峰值温度、终止温度、糊化温度范围和热焓值均随着超高压处理压力和保压时间的增加而显著下降,莲子淀粉乳经600MPa压力处理后热力学参数均未检出。糊化后的莲子淀粉样品在4℃条件贮藏期间,与莲子原淀粉相比,超高压处理提高了淀粉的Avrami成核指数,降低了重结晶速率常数,表明超高压处理有利于延缓莲子淀粉糊在低温贮藏条件下的老化速率。 (5)超高压处理对莲子淀粉流变特性的影响 静态流变学特性研究结果表明,经超高压处理前后的莲子淀粉糊均属于非牛顿流体,表现出假塑性流体特征,可用Herschel-Bulkley方程对其流变学特性曲线进行较好的拟合。莲子淀粉糊的表观黏度经超高压处理后发生不同程度的变化,在相同处理条件下,淀粉糊的表观黏度随剪切速率的增大而减小。超高压处理前后的淀粉糊均存在剪切稀化现象,具有明显的触变性。动态流变特性研究结果表明,莲子淀粉糊的储能模量(G')显著大于损耗模量(G”),二者随超高压处理压力和时间的增加呈先上升后下降的趋势。剪切结构恢复力试验结果表明,经超高压处理后的淀粉糊在经历低速一高速—低速剪切后较难恢复到原始结构。 (6)超高压处理莲子淀粉对双歧杆菌体外增殖作用的影响 以不同超高压条件处理后的莲子淀粉作为培养双歧杆菌的碳源,研究了其体外促进双歧杆菌的增殖效应以及对双歧杆菌耐酸性、耐胆汁酸盐和模拟胃肠液逆环境耐受性的影响。结果表明,经超高压处理后的莲子淀粉对促进双歧杆菌增殖作用优于对照组(莲子原淀粉组和葡萄糖组)。600MPa压力处理30min的莲子淀粉对双歧杆菌的增殖作用以及对模拟胃肠液逆环境耐受性的效果最显著。 (7)超高压处理对罐藏莲子品质特性的影响 通过选择能够延缓淀粉老化的超高压处理条件,将其应用于整颗莲子的复杂体系中,结合莲子罐头的加工工艺,研究了超高压前处理对罐藏莲子在贮藏过程中品质特性的变化规律。结果表明,超高压预处理能显著降低莲子罐头在贮藏期间抗性淀粉的含量和莲子的硬度值,延缓莲子返生味的出现时间,具有较好的抗老化效果。验证试验表明,莲子经600MPa压力处理30min后制成的莲子罐头在常温条件下贮藏300d未出现返生味,提示超高压预处理技术具有明显的商业应用价值。


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