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加酶挤压联合酶解法制备多孔淀粉及其在甜橙油粉末化中的应用

吴文琪  
【摘要】:多孔淀粉是一种具有优良吸附性能和缓释作用的改性淀粉,在食品、医药等领域有着广泛的应用。酶解法是目前应用最多的制备多孔淀粉的方法,但该方法仍存在耗时长、淀粉成孔不均一等问题,亟需进一步改进。加酶挤压将挤压机作为酶反应器,在剧烈的挤压过程中快速实现酶对底物的催化反应,目前该技术已被广泛应用于糖化、发酵等领域。基于加酶挤压绿色高效的特点,本课题将加酶挤压作为活化淀粉的一种预处理技术手段,并结合传统酶法水解作用,建立了一种加酶挤压预处理与酶法相结合的制备多孔淀粉的新工艺,并探索其制备甜橙油粉末的应用潜力,以期为开发具有良好孔隙结构和吸附性能的多孔淀粉材料提供理论依据。首先,研究了加酶挤压作为预处理技术联合酶解法对多孔淀粉的形成及多孔淀粉微观结构和理化性质的影响。扫描电子显微镜结果显示,加酶挤压处理后的淀粉表面出现密集的小孔,加酶挤压联合酶解的多孔淀粉表面孔数量较多且分布均匀。偏光显微镜观察到加酶挤压-酶解淀粉内部空腔结构和颗粒完整性良好。通过傅立叶变换红外光谱、X-射线衍射、差示扫描量热法测定,加酶挤压联合酶解的多孔淀粉较无预处理的多孔淀粉具有更高的结晶度(12.87%)、更高的短程有序程度及糊化温度(73.33°C)。低温氮吸附实验结果表明,加酶挤压联合酶解能显著提升多孔淀粉的比表面积(2.52 m~2/g)、总孔径(4.53×10~(-3) cm~3/g)和平均孔径(7.36 nm)。水解度测定结果也表明加酶挤压可提高后续酶水解过程中酶对淀粉的水解效率。在对油、水和亚甲基蓝的吸附实验中,加酶挤压联合酶解的多孔淀粉的吸附量均显著增加(吸油率63.29%,吸水率162.61%,亚甲基蓝吸附率6.04%)。上述结果表明,加酶挤压预处理能够改善多孔淀粉的孔隙结构和提高吸附率,是制备多孔玉米淀粉的一种有效的方法。其次,以多孔淀粉的吸油率为考察指标,研究了加酶挤压-酶解法制备多孔淀粉的参数对吸油率的影响。通过Placket-Burman试验筛选出显著影响多孔淀粉吸油率的因素为中温α-淀粉酶添加量、物料含水率、糖化酶添加量、酶解时间。最陡爬坡试验确定因素的最大响应区域并采用Box-Benhnken试验得出最佳工艺参数:物料含水率36%、中温α-淀粉酶添加量0.52%(14.97 U/g干基淀粉)、挤压温度70°C、螺杆转速120 r/min、pH 5.0、酶解温度50°C、酶解时间7.7 h、糖化酶添加量1.73%(1417.15 U/g干基淀粉)、底物浓度25%。在此条件下,吸油率达到最大值68.83%,比仅酶解法的多孔淀粉提高14.97%。最后,对多孔淀粉吸附甜橙油制备得到的甜橙油粉末进行储藏及理化性质分析。激光共聚焦图分析结果显示,甜橙油能均匀的吸附于多孔淀粉的颗粒结构内部。储藏稳定性实验表明,新工艺制备的粉末化甜橙油的保留曲线与Avrami’s公式拟合良好,相较于喷雾干燥制备的甜橙油粉末,多孔淀粉甜橙油粉末在不同温度、空气、光照条件下具有更高的稳定性。粉体物性分析表明多孔淀粉甜橙油粉末具有较好的流动性(36.02o)、较低的堆积密度(0.68 g/cm~3)和较高的吸湿率(27.66%)。热重分析结果可知多孔淀粉吸附的甜橙油能够在低于150°C下较好保留,保留温度上限高于喷雾干燥法制备的甜橙油粉末。利用气相色谱-质谱联用技术分析甜橙油中的风味物质,结果表明较喷雾干燥制备的甜橙油粉末,多孔淀粉甜橙油粉末更好地保留了原油的风味物质,其中关键致香组分d-柠檬烯的保留率高达77.10%。综上,通过对加酶挤压-酶解法联合作用制备多孔淀粉的研究可知,加酶挤压是制备多孔淀粉的有效预处理方法,制备出的多孔淀粉具有良好的孔隙结构和吸附性能,可作为甜橙油的优良粉末化壁材。本研究可为多孔淀粉制备和其应用于甜橙油的粉末化提供思路借鉴和理论支持。


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