吐温和脂肪酸盐类两亲性分子对淀粉性质的影响

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淀粉是人类日常饮食过程中最主要的成分,同时也是重要的工业原料。鉴于文献中大量与淀粉相互作用的物质一般是局限于添加剂的种类,如脂质、多酚、蛋白质等等,鲜有系统地研究两亲性分子对淀粉性质影响的结构效应。本文以直链和支链淀粉含量不同、种类及结构不同的玉米淀粉、马铃薯淀粉和玉米支链淀粉为原料,研究非离子型两亲分子吐温(TW)和离子型两亲分子脂肪酸钠(NaFA)对不同种类淀粉的性质、结构及消化性能的影响,以期为两亲性乳化剂应用于淀粉基食品加工提供一定的理论基础。(1)TW和NaFA对马铃薯淀粉性质的影响对于具有B-型淀粉晶体结构的马铃薯淀粉,因淀粉颗粒中存在磷酸基团而导致糊化粘度较高,TW和NaFA的加入能够阻碍马铃薯淀粉直链淀粉的浸出而导致淀粉糊化粘度值的降低。糊化特性的改变没有遵循链长依赖效应。TW和NaFA都能增大马铃薯淀粉的弹性模量(G′)和粘性模量(G″)。TW和NaFA都能改变马铃薯淀粉的羟基基团吸收峰,以及使得C-H伸缩振动峰由单峰变为双峰。马铃薯淀粉的短程有序性随TW和NaFA疏水链长度的增加而增强。马铃薯淀粉的消化率较低,TW和NaFA对马铃薯淀粉的消化具有抑制作用,且抑制作用随疏水链长度的增加而增强。两亲性分子与直链淀粉之间形成的复合物或许是淀粉分子结构和短程有序性变化的主要原因,淀粉的结构改变导致其消化率降低。(2)TW和NaFA对玉米支链淀粉性质的影响纯支链淀粉因其有强吸附水能力而导致糊化粘度值较高。TW抑制了支链淀粉颗粒的水合作用,较短链的NaFA能够增加支链淀粉的峰值粘度。支链淀粉与两亲性分子相互作用较弱,导致其G′和G′′基本不变。TW和NaFA的存在能够改变支链淀粉的羟基基团吸收峰,以及使得C-H伸缩振动峰演变为双峰状态。支链淀粉的短程有序性随TW和NaFA疏水链长度的增加而增强。支链淀粉的消化率较低,疏水链越长的TW和NaFA对支链淀粉的消化抑制作用就越强。(3)TW和NaFA对玉米淀粉性质的影响玉米淀粉的糊化粘度值低于马铃薯淀粉和支链淀粉,其糊化特性受添加的TW和NaFA疏水链长度和浓度的影响。TW的加入降低了玉米淀粉的糊化粘度值,略微提升了糊化温度,TW有阻碍直链淀粉浸出的能力。短链饱和的NaFA使得玉米淀粉的糊化粘度值增加,具有电荷的NaFA大幅度降低了玉米淀粉的糊化温度。淀粉的水合作用受添加的TW和NaFA极性头基和疏水链长度的双重影响。两亲性分子与直链淀粉相互作用形成复合物是玉米淀粉糊化参数变化的主要原因。流变学实验中,TW的加入降低了玉米淀粉的G′和G″,短链饱和的NaFA大幅增加了G′和G″。玉米淀粉的G′和G″随TW和NaFA疏水链长度的增加而降低,随TW20和NaFA(C-8)浓度的增加而降低。加入TW或NaFA后,玉米淀粉的羟基基团吸收特征峰强增强,C-H伸缩振动峰演变成两个峰。淀粉的短程有序性随TW和NaFA疏水链长度的增加而增强,随TW20浓度的增加而增强,随NaFA(C-8)浓度的增加而降低。TW和NaFA对玉米淀粉消化率的抑制作用随疏水链长度和浓度的增加而增强,或许与直链淀粉和两亲性分子形成复合物有关。(4)TW和NaFA对冷冻玉米淀粉性质的影响冷冻会破坏淀粉颗粒结构,导致其水合能力减弱,使得糊化粘度值显著降低,TW的加入降低了冷冻淀粉的粘度值,NaFA(C-8)和NaFA(C-10)使得冷冻淀粉的粘度值大幅度升高。流变学测试结果表明,冷冻处理大幅度降低玉米淀粉的G′和G″,加入TW进一步降低了玉米淀粉的G′和G″,而较短链饱和的NaFA大幅度提高了淀粉的G′和G″,可能与其修复冷冻对淀粉凝胶结构破坏的能力有关。冷冻不会使淀粉产生新的官能团,但羟基基团的峰强变化与两亲性分子的添加有关,C-H伸缩振动峰在加入TW和NaFA之后演变成了两个峰,说明两亲性分子会改变冷冻淀粉分子结构。冷冻会促进淀粉回生,使其短程有序性增强。冷冻处理和两亲性分子的加入会协同抑制玉米淀粉的消化,抑制作用随TW和NaFA疏水链长度和浓度的增加呈现规律性下降。综上所述,对于不同直链和支链淀粉含量的马铃薯淀粉、纯玉米支链淀粉、玉米淀粉、冷冻玉米淀粉,不同种类、不同浓度的TW或NaFA两亲性分子对淀粉的糊化性质、流变特性、消化性能和淀粉短程有序性结构表现出不同的链长依赖效应和浓度依赖效应。这为科学选择食品乳化剂调控淀粉的加工性质和消化功能或许有一定的理论和实际意义。
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