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香蕉是热带亚热带的特色水果,香蕉丰产性好、总产量大,2009年中国达804万吨,为热带所有水果总产之和。香蕉营养全面丰富,且保健功能显著,为“新的水果之王”。但香蕉深加工是所有水果中最落后的,加工率大约0.2%。导致“卖难”和采后损失均非常严重。
抗性淀粉是指在健康人体小肠中不能被消化吸收,而在大肠中能被微生物菌体发酵分解利用的淀粉及其降解产物的总称,具有控制体重、降血脂、预防糖尿病、增加粪便体积、预防便秘和结肠癌等生理功能,已引起医学界、营养学界和食品学界学者的广泛关注和重视。
青香蕉富含淀粉,占其干重的80%左右,其中超过80%为抗性淀粉,是天然抗性淀粉的理想来源。研究以青香蕉为原料生产天然抗性淀粉,提供一种纯天然、健康、营养、保健的功能食品配料,符合当前健康食品的发展趋势。本文开展了香蕉抗性淀粉制备工艺优化及其失抗规律研究;利用复合酶法、乳酸发酵法和挤压膨化法对香蕉天然抗性淀粉进行改性,比较了三种改性方法对香蕉淀粉颗粒特性、分子特性、理化特性和加工特性的影响;利用In-Vitro消化模型模拟人体消化比较不同香蕉淀粉在人体中的消化特性,并对发酵产物进行了分离鉴定;以雄性大鼠为研究对象,采用肥胖模型法,研究了香蕉天然抗性淀粉的减肥降脂功效及其机理。
本文的主要工作及结论如下:
1、通过对比MC法、Goni法、Berry法、TSA法和Champ法等五种测定方法对三品种香蕉抗性淀粉测定结果的标准偏差和相对标准偏差,以及对不同测定方法的差异性分析,确定了MC法作为香蕉天然抗性淀粉含量的测定方法。
2、对香蕉抗性淀粉的纯化工艺进行了研究,结果表明:要提高产品中抗性淀粉的纯度,必须去除香蕉中所含有的果胶、纤维素、蛋白质和可消化淀粉等大分子物质,本研究通过在青香蕉浆中添加果浆复合酶和淀粉酶进行纯化,经正交试验优化得到的最佳提取工艺为:果浆复合酶和淀粉酶用量均为0.15%,pH为5.0,酶解温度40℃,酶解时间为1小时,此时所得的香蕉抗性淀粉纯度为99.02%。对制得的香蕉抗性淀粉进行X-衍射测定结果表明其结晶结构为C型,结晶度达23.13%;利用DSC热分析可知香蕉抗性淀粉的糊化起始温度To、峰值温度Tp和结束温度Tc分别是72.10℃、77.56℃和80.40℃,糊化焓△H为9.698J/g,对香蕉抗性淀粉的酸解稳定性分析、碱稳定性分析结果表明,其对酸的最大耐受度为pH=3.0,对碱的最大耐受度为pH=12.0。表明香蕉抗性淀粉的热稳定性较差而耐酸碱的范围较宽;
3、通过香蕉淀粉制备过程中的干燥方法研究表明:真空冷冻干燥效果最好,香蕉抗性淀粉颗粒保留率达93.05%,产品质量好;低温热风干燥对香蕉天然抗性淀粉的保留率(87.29%)明显高于高温热风干燥(43.80%),但两者所得产品的吸水能力和水溶性均较差;喷雾干燥对香蕉抗性淀粉颗粒的保留率较高,在80%以上,产品色泽好,L值为86.17,吸水指数和水溶性指数分别为2.59和18.18;挤压处理所得香蕉粉中抗性淀粉颗粒保留率仅为29.87%,产品色泽深;高温处理会使香蕉抗性淀粉颗粒结晶结构倾向A型模式转化。
4、以抗性淀粉含量为评价指标,对香蕉抗性淀粉的失抗规律进行了研究,在单因素试验的基础上利用响应面法建立了湿热干燥条件下香蕉天然抗性淀粉含量(Y)与干燥温度(X1)、样品水分含量(X2)和干燥时间(X3)的数学模型:Y=-297.84+6.98X1+3.56X2+1.24X3-0.016X1X2-0.01X1X3-0.009X2X3-0.04X12-0.017X22-0.001X32。确定香蕉天然抗性淀粉失抗临界条件为:干燥温度为70℃,样品水分含量为60%,干燥时间为40 min:抗性完全消失的临界条件为:干燥温度100℃,样品水分含量60%,干燥时间120 min。证实香蕉抗性淀粉有较好的加工稳定性。
5、利用三种方法对香蕉淀粉进行了改性与对应理化特性和加工特性研究。结果表明,复合酶法改性能较好地保持香蕉抗性淀粉的颗粒结构,且能提高产品的热稳定性、凝沉性和冻融稳定性,产品的透明度也保持较好,且对产品的色泽影响最小,因此复合酶法最适合用于香蕉抗性淀粉的改性处理。而挤压膨化法对香蕉淀粉进行改性处理后,产品颗粒结构完全破坏,不能保持产品抗性。
6、利用In-Vitro消化模型模拟研究了香蕉淀粉和三种改性淀粉的消化特性。四种淀粉在胃酸环境下均发生部分降解;四种淀粉在小肠液中均能部分被消化,其水解程度依次为:挤压膨化>原淀粉>乳酸发酵>复合酶法;四种淀粉在大肠液中均能发酵产生短链脂肪酸,产酸总量依次为:原淀粉>复合酶法>挤压膨化>乳酸发酵。三种改性方法均能降低甲酸含量,提高丁酸含量;复合酶法能提高乙酸和丙酸的含量,而乳酸发酵和挤压膨化降低乙酸和丙酸的含量。
7、香蕉抗性淀粉对雄性大鼠的减肥降脂功效研究结果表明:与模型组相比,高、中、低三个剂量组都能显著降低大鼠体重,其中高、中剂量组还能显著改善雄性大鼠血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)以及高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)等生化学指标,降低肥胖大鼠的Lee’s指数和脂肪指数,而低剂量组血清总胆固醇(TC)虽然降低,但无统计学意义。高、中、低三个剂量组对大鼠肝脂酶均无显著影响,且从实验过程来看,发现各剂量组大鼠有饱腹感,提示其减肥机制主要是通过饱腹感降低摄食量来达到的。