基于水分活度和玻璃化转变理论大米淀粉体系贮藏稳定性的研究

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本论文基于水分活度(aW)和玻璃化转变的保藏理论,探讨二者对大米淀粉(籼米淀粉、糯米淀粉)及可溶性膳食纤维-大米淀粉体系贮藏稳定性影响;分析了一种淀粉基食品(方便米粉)的水分吸附等温线和热力学特性。从而为大米淀粉、富含可溶性膳食纤维的淀粉基食品的速冻、冻干及运输等加工贮藏过程提供理论基础和技术支持。主要研究内容和结论分述如下:1、采用静态重量法研究了 2种主要的大米淀粉(籼米淀粉、糯米淀粉)在25℃C下的水分吸附-解吸等温线,并分析了其滞后现象。结果表明籼米淀粉(IRS)和糯米淀粉(WRS)的吸湿和解吸等温线的形状都为S型,属于II型等温线;这二种淀粉的解吸-吸附等温线都存在一个明显的滞后现象,根据IUPAC分类,都属于H3型。采用了 8种常见的数学模型对25 ℃℃时大米淀粉的水分吸附-解吸过程进行非线性拟合,获得了 GAB模型为最适合描述大米淀粉水分吸附及解吸特性的数学模型,且预测IRS和WRS在25 ℃下的单层水分含量值为7.43%和8.87%(干基)。从而为大米淀粉基食品的干燥和贮藏条件的选择提供理论支持。2、采用差示扫描量热法(DSC)测定大米淀粉及可溶性膳食纤维-大米淀粉复合体系(IRS-SDF/WRS-SDF)的玻璃态转变温度Tg和冻结点TF,分别采用Gordon-Taylor方程和Clausius-Clapeyron方程对其Tg和TF进行非线性拟合,计算获得最大冻结浓缩条件,从而绘制出大米淀粉及可溶性膳食纤维-大米淀粉复合体系的状态图。从状态图上可以看出,随着水分活度从0.11到0.90,4种样品的玻璃态转变温度都随着水分含量的增加而显著降低,如WRS-SDF复合体系的Tg从18.68 ℃下降到了-29.72℃;在高水分含量范围内,随着水分含量的增加,4种样品的冻结点温度也存在着一定程度上的增大,如WRS体系的TF由-8.61℃上升到了-0.51 ℃。当处于同一水分活度时,IRS体系的Tg要显著大于IRS-SDF复合体系,WRS体系的T&要显著大于WRS-SDF复合体系;非线性拟合后的热力学参数Tgs和K,IRS和WRS体系也要分别大于IRS-SDF和WRS-SDF复合体系;结果表明:相比较大米淀粉体系,可溶性膳食纤维-大米淀粉复合体系更不易于储藏。根据对状态图的理解,并结合Williams-Landel-Ferry(WLF)方程建立4种样品的货架期预测模型,能够更为准确地预测样品的最适贮藏条件及其货架期。3、基于水分吸附原理,在环境温度为15 ℃、25 ℃和35 ℃下,水分活度0.11~0.91范围内,采用静态称量法研究了方便米粉的吸附等温线。采用7个常见的非线性回归方程对吸附实验进行拟合,以决定系数(R2)、平均相对偏差(P)和标准估计误差(SE)为评价指标,确定最佳拟合模型及其参数,探讨了方便米粉在水分吸附过程中净等量吸附热、微分熵和熵焓互补等热力学性质的变化。结果表明:方便米粉的水分吸附特性属于II型等温线,Peleg和GAB模型都适合描述方便米粉的水分吸附特性。用GAB模型拟合得到的X0值在15 ℃、25 ℃和35 ℃下分别为9.23%、8.34%和7.65%(干基)。在水分吸附过程中,方便米粉的净等量吸附热和微分熵都会随着平衡水分含量的升高而显著下降。在水分吸附过程中,存在焓熵补偿现象;根据实验结果绘制净等量吸附热与微分熵的关系图,计算获得方便米粉的吸附过程属于熵驱动和自发过程。
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