动态高压微射流对莲子淀粉结构及理化性质影响的研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xiaoxianjihuoma
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莲子是我国重要的特产经济作物,淀粉占莲子干物质含量50%以上,其中直链淀粉含量高达42%,属于直链淀粉含量高的特异性淀粉。但莲子淀粉在加工过程易出现溶解度低、稳定性差、易老化等现象,严重制约莲子的产业化。动态高压微射流技术(Dynamic high-pressure microfluidization,DHPM)作为目前食品加工领域新兴的一种物理改性方法,集输送、超微粉碎、加温加压、膨化、混合等功能为一体,能够安全有效地对淀粉进行改性修饰,改善淀粉原料的结构和理化性质。因此,本课题以莲子淀粉为原料,研究动态高压微射流参数(如:次数和压力)对回生前后莲子淀粉的结构及理化特性的影响,构建结构与理化性质之间的关系,研究结果为淀粉质食品的动态高压微射流改性开发提供一定的理论依据。主要研究结果如下:(1)动态高压微射流次数对莲子淀粉结构影响的研究研究不同的DHPM循环次数对未回生组(LS)和回生组(LRS)结构的影响。结果表明,莲子淀粉在DHPM的瞬时高压作用下,LS组形貌发生变形,失去原有的形态,LS-7和LS-9的颗粒变形严重,表面发生了凹陷;LRS组颗粒经糊化回生聚集成团状或片状的形貌。LS组粒径和分子量的结果表明,DHPM处理5次效果最显著,面积平均径和体积平均径分别从11.93μm和20.17μm降至10.80μm和12.00μm。随着循环次数的增加,颗粒直径和分子量规律均先减小后增大,说明DHPM对莲子淀粉具有一定的降解作用,当达到一定的均质次数时莲子淀粉有部分糊化现象,小颗粒聚集在大颗粒表面。采用X-射线衍射仪检测莲子淀粉的结晶区,发现特征衍射峰明显减弱,但仍然呈现C-型淀粉的晶体结构,随着高压剪切力对淀粉的破坏加剧,结晶度显著下降,处理5次的结晶度降到最低;DHPM处理后再回生对淀粉晶体影响较大,LRS组的晶体类型从C-型转化为B-型晶体。结果与固体核磁共振以及红外光谱的测定一致。低场核磁的水分分布研究表明,LS组中结合水逐渐往束缚水和自由水方向转移;而LRS组中结合水和自由水有小幅度的增大,束缚水则是减小,说明DHPM处理导致内部水相发生相互转移。(2)动态高压微射流次数对莲子淀粉理化特性影响的研究研究DHPM循环处理次数对LS组和LRS组理化性质的影响。差示扫描量热法研究发现,糊化温度值以及糊化焓均呈现先减小后增大的趋势。LS-5的糊化温度值以及热焓值均为最低;相对于LS-0而言,LRS-0的糊化温度值较高,这归因于LRS-0呈现B型晶体结构相对稳定,其糊化回生需要更多的能量,其中LRS-5相比于其他样品变化效果显著,LRS-3次之。RVA结果表明,LS组和LRS组的黏度特征值均呈现先减小后增大的趋势,LS-5的黏度下降得最明显,说明DHPM具有一定的抗老化作用。溶解度和膨胀度以及凝沉稳定性的结果表明,处理5次的效果较好,DHPM通过减小淀粉颗粒的大小,进而增大淀粉分子与水分子之间的结合,增强其持水性,使淀粉溶液中的淀粉颗粒不易被离心分离,并且分子链被降解,因此,LS-5和LRS-5表现出较优的效果,澄清指数也印证了这一点。冻融稳定性也得到了一定的改善,LS-5的析水率最低,LS-3次之;LRS组的LRS-5的析水率最低,LRS-3次之。以上结果印证了结构与理化特性之间的相关联系,同时表明DHPM处理5次对LS组和LRS组的结构和理化特性影响比较显著,对LS组具有一定的抗老化作用,对保持LRS组凝胶原有的特性有一定促进作用。(3)动态高压微射流压力对莲子淀粉结构影响的研究在研究了不同DHPM循环次数对LS组和LRS组结构和理化性质影响的基础上,选择了循环次数5次作为第三、四章节的处理次数。本章节主要探究不同DHPM的压力对LS组和LRS组结构方面的改性作用。通过FESEM观察莲子淀粉颗粒,当压力达到80 MPa时,淀粉颗粒聚集成团,破裂严重,有的甚至穿孔;当压力达到120 MPa时,颗粒进一步团聚,有些颗粒出现熔融粘合的现象;当压力超过160 MPa时,颗粒膨胀破裂,大部分糊化成块状形貌。LRS组中LRS-80可以看到淀粉糊表面粗糙,LRS-200完全吸水膨胀,糊化再回生成表面光滑的块状形貌。粒径检测显示,LS组颗粒大小均一,主要还是以小颗粒的形式存在,LS-80的均一性是最优的,其次是LS-120,随压力的增大往大颗粒方向转移;而LRS组峰型由单峰向双峰转移,表明均一性较差,LRS-80的峰型表现为单峰,相对于其他样品而言颗粒均一性是最好的,LRS-120次之。LS组分子量整体规律是随压力增大先减小后增大,LRS组相反,随压力增大先增大后减小,在160 MPa时MW和Mn达到峰值,规律与第二章节分子量分析中的LRS-5相类似,其次是LRS-120。X-射线衍射仪所呈现的图谱表明,LS-120的结晶结构破坏的最严重,结晶度从LS-0的50.79%减小为33.91%。回生减弱淀粉的特征衍射峰,LRS-120的结晶度降到最低值。固体核磁共振的波谱图在120 MPa时相对结晶度降到最低。红外光谱图分析显示LS-120的R995/1022和R1047/1022比值最小,LRS组中LRS-80处理效果最好,LRS-120次之,当压力大于120 MPa时,比值逐渐增大,但均低于LRS-0。低场核磁水分分布分析显示,与LS-0相比,LS-120的结合水含量减少,束缚水和自由水含量增加。与LRS-0相比,LRS-120的结合水含量下降显著,束缚水和自由水含量明显升高。(4)动态高压微射流压力对莲子淀粉理化特性影响的研究研究DHPM处理压力对LS组和LRS组理化性质的影响。DSC结果显示,随着DHPM压力的逐渐增大,糊化焓呈现先减小后增大的趋势,相对于LS-0而言,LRS-0的糊化温度值较高,当压力达到120 MPa时,糊化温度值以及糊化焓最低,改性效果好。结合FESEM、粒径分析和GPC分子量测试可知120-160 MPa是糊化临界点的区间。RVA结果表明LS组的LS-120相对于LS-80的效果要好,黏度特征值下降明显;LRS组的黏度特征值和回生值呈现先增大后减小。凝沉稳定性的测定是在120 MPa和160 MPa条件下表现较好的凝沉性,不易被离心沉淀,同时证明了DHPM能够提高LS组和LRS组在水中的溶解度和膨胀度。通过析水率来表征LS组和LRS组的冻融稳定性,处理后的样品析水率分别低于LS-0和LRS-0,第一次冻融后的析水率普遍较高,其中LS-120和LRS-120最低。第二次冻融的析水率开始减小,到第三次趋于平衡。综上,DHPM技术对LS组和LRS组的冻融稳定性有一定促进作用。从DHPM的压力对莲子淀粉结构和理化特性影响的研究结果来看,120 MPa处理对LS组和LRS组的结构和理化特性影响比较显著,延缓了LS组的回生速度,提高了溶解度,对LRS组的品质稳定性也有一定的改善。
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