超高压辅助酶法制备高粱多孔淀粉及其理化性质的研究

来源 :吉林农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:tianlong3311
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本研究以高粱为原料,首先采用复合酶法研究制备高粱多孔淀粉,确定了酶解最佳工艺参数。在此基础上,采用超高压技术辅助酶法研究制备高粱多孔淀粉,减少了一半酶添加量及酶解时间。通过测定淀粉吸油率、吸水率、溶解度、膨胀度及比容积,并采用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、差示扫描量热仪、快速粘度分析仪等检测手段,分析多孔淀粉与原淀粉的结构和理化性质的差异。同时,探究不同压力、保压时间、淀粉乳浓度对多孔淀粉结构及理化性质的影响。研究结论如下:(1)经单因素及正交试验优化得出酶法制备高粱多孔淀粉的最佳工艺参数为:酶配比1:5、底物浓度25%、酶添加量3%、酶解时间10h、酶解温度50℃和pH4.6,此工艺条件下制得的多孔淀粉的吸油率最高为132.04%,较原淀粉提高了92.81%;扫描电子显微镜结果表明高粱多孔淀粉的成孔效果较好。(2)酶解多孔淀粉、超高压辅助酶法制得的多孔淀粉与原淀粉相比吸油率及吸水率均显著升高。在压力为300Mpa、保压时间为20min、淀粉乳浓度为1:1时,多孔淀粉的吸油率及吸水率最高分别为132.04%和91.17%,与普通酶解多孔淀粉的吸油率132.04%及吸水率91.17%达到了同等吸附效力。超高压辅助酶法与普通酶解相比减少一半酶添加量及4个小时的酶解时间。这些结果表明,改变不同压力、保压时间、淀粉乳浓度处理均对多孔淀粉的吸附率有显著影响。(3)通过电子显微镜对淀粉样品进行观察分析,高粱原淀粉颗粒完整,呈圆形、不规则多角形结构,表面光滑;最佳酶解工艺条件下制得的高粱多孔淀粉颗粒保持完整,表面布满蜂窝状小孔,孔径大小及深度适中。而经超高压处理后酶解得到的多孔淀粉颗粒保持完整,淀粉颗粒表面均出现了孔洞,与酶解多孔淀粉相比,孔径更大,孔洞分布均匀,孔数目较多,成孔效果较为理想。不同压力、淀粉乳浓度、保压时间处理对淀粉颗粒的结构有影响,与吸油率及吸水率的结果趋势相同。(4)溶解度及膨胀度的结果表明:经超高压辅助酶解及普通酶解制备得到的多孔淀粉的溶解度及膨胀度可达到同等效果,均显著高于原淀粉,随着保压时间的增加,多孔淀粉的溶解度及膨胀度先上升后下降;随着压力水平的上升,多孔淀粉的溶解度及膨胀度先上升后下降;随着淀粉乳浓度的降低,多孔淀粉的溶解度及膨胀度逐渐下降。(5)比容积的测定结果表明:经超高压辅助酶解及普通酶解制备得到的多孔淀粉的比容积可达到同等效果,均显著高于原淀粉,随着压力水平的上升,多孔淀粉的比容积先上升后下降;随着保压时间的增加,多孔淀粉的比容积先上升后下降;随着淀粉乳浓度的下降,多孔淀粉的比容积逐渐下降。不同压力、保压时间、淀粉乳浓度处理对多孔淀粉比容积有一定的影响。(6)粒度分析结果表明:经超高压辅助酶解及普通酶解制备得到的多孔淀粉的D4.3、D3.2、D50值与原淀粉相比均下降,比表面积显著增加,超高压辅助酶解制备的多孔淀粉的比表面积与酶解多孔淀粉相比显著增加。随着压力水平的上升,多孔淀粉的比表面积先上升后下降,在压力为300Mpa时,多孔淀粉的比表面积最大;随着保压时间的增加,多孔淀粉的比表面积先上升后下降,在保压时间为20min时,多孔淀粉的比表面积最大;随着淀粉乳浓度的下降,多孔淀粉的比表面积逐渐下降,在淀粉乳浓度为1:1时,多孔淀粉的比表面积最大。(7)DSC分析结果表明:酶解多孔淀粉的热特性参数及焓值均显著高于原淀粉,而经超高压辅助酶解制备的多孔淀粉,其相变温度To、Tp、Tc值均显著高于原淀粉,但焓值下降,与酶解多孔淀粉相比,超高压辅助酶法制备的多孔淀粉的焓值显著下降。当压力过大时,淀粉受压过度,非结晶区被破坏,酶解过程中个别小颗粒淀粉结晶结构被破坏,双螺旋结构被解体,导致淀粉的焓值下降;随着保压时间的增加,淀粉与水分子受压力作用时间较长,导致少量的直链淀粉溶出,淀粉的非结晶区不稳定,在酶解过程中使淀粉颗粒更易被酶解,当非结晶区被完全水解后,在继续水解其结晶区,使淀粉颗粒结晶区的双螺旋结构被破坏,淀粉的焓值下降;淀粉乳浓度越小,淀粉颗粒与水的接触越充分,水分子进入淀粉颗粒内部与淀粉发生水和作用,破坏淀粉分子的非结晶区,酶解过度导致淀粉颗粒瓦解,焓值下降。(8)RVA结果表明:经超高压辅助酶解及普通酶解制备的多孔淀粉的粘度参数均显著低于原淀粉,随着压力水平的上升,多孔淀粉的粘度参数逐渐下降;保压时间越长,多孔淀粉的粘度越小;淀粉乳浓度越小,淀粉的粘度越小,说明超高压处理使淀粉的抗剪切力下降,这些结果说明不同压力、保压时间、淀粉乳浓度对多孔淀粉的粘度性质有显著影响。总之,超高压辅助酶解与普通酶解制备多孔淀粉相比,可降低一半酶添加量及减少4个小时酶解反应时间,得到与酶解淀粉相同吸附效率的多孔淀粉,超高压可以较好的促进酶解反应,得到孔径更大,成孔效果更好的多孔淀粉。
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