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基于粉丝生产的湿热改性甘薯淀粉性质及机理研究

廖卢艳  
【摘要】:甘薯粉丝是深受人们喜爱的一种传统食品,甘薯淀粉的特性对甘薯粉丝的品质起着决定性的作用。但由于甘薯淀粉分子结构与豆类淀粉存在较大差异,导致甘薯粉丝品质明显不如豆类粉丝,如何通过改善甘薯淀粉特性提高甘薯粉丝品质是甘薯粉丝研究的热点问题。淀粉湿热改性(heat-moisture treatment,HMT)是指在淀粉水分含量较低,温度一定条件下处理一段时间,使淀粉性质改变的一种物理改性方法,相对于化学改性方法,此种方法成本较低而且免除了使用化学试剂改性造成对环境的污染,可以达到改善淀粉特定功能特性的目的,已在淀粉改性方面呈现出良好的应用前景。本论文系统研究湿热改性处理对甘薯淀粉结构及性质的影响规律,探究了湿热改性处理对甘薯淀粉粉丝品质改善的效果,并阐明湿热改善甘薯粉丝品质的影响机制。论文研究可为湿热改性技术调控淀粉应用性质提供有价值的思路和基础数据,同时为甘薯粉丝品质改善提供一种绿色、高效的技术方案。因此,本论文开展的研究具有很好的学术价值和现实意义,涉及湿热改性技术真正应用于淀粉粉丝加工领域的基础性关键科学问题。全文主要研究内容与结果如下:1、不同来源淀粉糊化凝胶特性与粉丝品质的关系为了探明甘薯淀粉特性与其甘薯粉丝相关的关键品质特性指标,对比研究了甘薯、绿豆、马铃薯、大米和玉米等五种原料淀粉的糊化凝胶特性及其粉丝品质,并且对淀粉糊化凝胶特性与其粉丝品质的相关性作了研究。研究结果发现:5种淀粉原料所制的粉丝中,绿豆粉丝的品质是较好,其次就是马铃薯粉丝和甘薯粉丝,大米粉丝和玉米粉丝的品质较差;淀粉的糊化特性与粉丝品质之间具有显著相关性,按显著程度的大小(P值大小)依次是:峰值黏度谷值黏度衰减值回生值、最终黏度;淀粉凝胶的硬度、弹性、黏性和咀嚼性对粉丝品质的影响较大,按显著程度的大小(P值大小)依次是:硬度黏性咀嚼性弹性。在粉丝加工原料选择及粉丝品质改善中可以考虑用谷值黏度、回生值以及淀粉凝胶特性特征值回复性、咀嚼性和黏性作为考核衡量指标。研究结果为粉丝生产中原料选择及品质改善提供参考依据。2、湿热与非湿热改性甘薯淀粉及其粉丝品质的对比研究为了探究湿热改性改善甘薯淀粉性质,并运用甘薯粉丝生产中的可行性,采用快速黏度测定仪(RVA)、傅立叶红外光谱、电镜扫描仪和质构分析仪等仪器对比研究湿热改性、乳酸菌发酵和乳酸处理等三种不同改性处理对甘薯淀粉性质的影响,同时以未改性的甘薯淀粉粉丝为对照,对湿热改性、乳酸菌发酵和乳酸处理等三种改性甘薯淀粉粉丝品质进行了对比分析。研究结果表明:与甘薯原淀粉相比,三种改性淀粉糊化特性的峰值黏度和衰减值有所降低;回生值都有不同程度的升高;淀粉分子结构的有序度也有不同程度的增加;除湿热改性淀粉的颗粒结构表面无明显变化,其他改性淀粉的颗粒结构表面有不同程度破坏。对三种改性淀粉与原淀粉粉丝品质进行比较研究发现湿热改性淀粉所制粉丝的断条率比原淀粉降低50%,粉丝的硬度由原甘薯淀粉的23.91N增加到29.64N,粉丝的拉伸强度由0.79N增加到了1.61N。研究表明湿热改性淀粉可以达到改善甘薯淀粉粉丝品质的目的。3、应用于粉丝生产的湿热改性甘薯淀粉工艺条件优化研究甘薯淀粉糊化特性回生值是影响甘薯粉丝品质的关键因素,湿热改性技术对甘薯淀粉粉丝品质有明显的改善效果,试验以甘薯淀粉回生值为响应值,根据单因素试验结果建立Box-Behnken模型对改性技术进行优化,所得模型拟合度高,切实可行。利用响应面分析法探讨甘薯淀粉含水量、湿热改性温度和湿热改性时间3因素对湿热改性甘薯淀粉回生值的影响。优化的工艺条件为:甘薯淀粉水分含量34%、湿热改性温度105.8℃、湿热改性时间1h。在此条件下得到的湿热改性甘薯淀粉制备的粉丝品质显著(P0.01)的优于原甘薯淀粉粉丝。湿热改性甘薯淀粉粉丝品质中的断条率比原淀粉粉丝下降70%,而粉丝硬度和粉丝拉伸强度有显著性的增加,由原来的23.91N、0.79N分别增加到30.81N和1.71N。结果表明湿热改性不仅使甘薯淀粉粉丝耐煮不糊汤而且粉丝弹韧性能也增强。该试验用响应面法优选出的改性工艺合理可行,为产业化应用提供了理论基础和科学依据。4、不同条件下湿热改性对甘薯淀粉糊性质的影响规律本章以甘薯淀粉为原料,采用快速黏度仪(RVA)和动态流变仪考察不同水分含量的淀粉、不同温度、不同时间条件下湿热改性甘薯淀粉体系糊化、流变特性的变化情况,通过对主要参数的统计分析,更好地了解湿热改性对甘薯淀粉糊特性的影响,有助于揭示湿热改性对改善甘薯粉丝品质的作用机理。研究结果表明:经过不同湿热条件下处理后的甘薯淀粉糊化曲线发生了较大的变化,不同条件下湿热改性后的甘薯淀粉的RVA糊化特性彼此之间差异显著(p0.05),湿热改性甘薯淀粉糊的谷值黏度、最终黏度、回生值、糊化时间和糊化温度比原甘薯淀粉显著提高,而峰值黏度和衰减值相对原淀粉则显著下降。静态流变特性测试结果表明,所有淀粉样品的静态流变曲线适合使用Herschel-Bulkley方程进行拟合,复合相关系数都大于0.99,拟合精度高。经过湿热改性后甘薯淀粉的屈服应力60减小,稠度系数K值增加,流体指数n值减小,说明湿热改性使甘薯淀粉的假塑性增强。动态流变特性测试结果表明,在测试频率范围内,湿热改性对甘薯淀粉的弹性模量(G')与黏性模量(G")影响显著。经过湿热改性后的甘薯淀粉的弹性模量(G')显著的上升,而湿热改性后淀粉黏性模量(G")的变化基本上也呈现上升的趋势,但是淀粉水分含量34%,湿热改性温度105℃、湿热改性时间1h条件下的湿热改性淀粉黏性模量(G")呈下降趋势,说明此条件下湿热改性的甘薯淀粉与原淀粉相比表现出更强的弹性和较低的黏度。5、湿热改性对甘薯淀粉糊性质的作用机理研究本章以甘薯淀粉为原料,运用傅立叶红外光谱(FTIR)仪、X-射线衍射仪、测定直链淀粉仪等仪器,探究不同水分含量的淀粉、不同温度、不同时间条件下湿热改性甘薯淀粉分子结构上的变化,阐述湿热改性对甘薯淀粉性质影响的机理。研究结果表明:FTIR分析结果表明经过湿热改性后淀粉与原淀粉相比无明显的差异,没有新的化合物产生。随着湿热改性条件的不同,淀粉的吸收峰峰位没有发生变化,但吸收峰峰位上的强度有差异;X衍射分析结果表明原甘薯淀粉及湿热改性甘薯淀粉的晶型并没有发生改变,只是个衍射峰上的衍射强度发生变化。淀粉水分含量34%,湿热改性温度105℃、湿热改性时间1h条件下的湿热改性淀粉有序度增加,相对结晶度也比原淀粉大,分别在1650-2029 cm-1、2210-2935 cm-1、3000-3850 cm-1区域内吸收峰强度明显比原淀粉强,说明此条件下湿热改性甘薯淀粉的分子结构发生了变化,淀粉分子的长链产生断裂,羰基和羟基数量增加,并且还可能增加新的C-H键。不同条件下湿热改性后的甘薯淀粉中直链淀粉含量均有所增加,且在水分含量34%、温度105℃以及处理时间1h的甘薯淀粉的直链淀粉增加比较明显。湿热改性改善甘薯淀粉粉性质及粉丝品质的主要机理可能是:水和热的作用,使淀粉大分子发生降解,导致直链淀粉含量增加,同时有可能淀粉大分子链的降解使淀粉链长趋于一致,分子链比较集中,淀粉分子量趋于某一特定范围,分布狭窄,淀粉的有序度增加。


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