油莎豆淀粉在不同制油工艺中的结构功能变化及改性研究

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油莎豆是最具竞争力的新型油料作物之一,油脂含量在24-30%之间,具有发展潜力大、亩产量高、营养丰富等特点。与传统油料不同的是,其蛋白含量低(5-8%),淀粉含量高(27-32%),尤其是制油后豆粕中淀粉含量可达45%以上。研究表明油莎豆淀粉具有与玉米及马铃薯淀粉相似的理化和功能特性,是一种优质的淀粉资源。鉴于此,合理利用制油后粕中的淀粉对于实现油莎豆资源的高值化利用具有十分重要的意义,而类似的研究仍未见报道。因此本研究首先揭示出常规制油工艺对油莎豆淀粉结构及功能性质的影响规律,随后利用木瓜籽胶及干热处理方式对豆粕中淀粉的功能性质进行改性,以进一步扩大其应用范围,本研究可为油莎豆粕的高值化利用提供理论基础。主要研究内容及结论如下:1.冷榨对油莎豆淀粉结构及功能特性的影响:采用冷榨制油工艺,将油莎豆在40Mpa和60 Mpa条件下分别挤压1次和3次,从饼粕中分离淀粉,并与未处理的做对比。结果发现,随着冷榨压力和次数的增加,淀粉的产率由11.74%增加至15.99%,但淀粉颗粒的多层级结构以及功能性质没有发生显著的变化,仅仅表现为相对结晶度由19.43%降至18.03%,粒径由8.22μm轻微增加至8.82μm,淀粉糊化性能以及凝胶性能几乎没有差异。总之,经过冷榨工艺处理后从饼粕中分离出的淀粉与天然淀粉具有相似的性质。2.焙炒预处理对油莎豆淀粉结构及功能特性的影响:采用焙炒预处理将油莎豆在105°C、120°C、135°C、150°C条件下分别焙炒30 min,同时取未焙炒的油莎豆做对比。利用浸提法分离出五种样品的油脂,随后从豆粕中分离淀粉。结果表明,焙炒预处理也使得淀粉的产率增加,与冷榨工艺相似,这可能是由于油莎豆原始的细胞壁骨架结构被破坏,导致淀粉颗粒更容易分离。随着焙炒温度的增加,淀粉颗粒的相对结晶度由20.14%降低至15.54%,支链淀粉的平均链长由20.03降低至19.04,这些结构的变化导致其功能性质产生差异,主要表现为淀粉糊的峰值粘度由3668 c P降至3164 c P,凝胶焓值由15.6 J/g降至13.0 J/g,并且冻融稳定性得到显著(p<0.05)改善。3.挤压膨化预处理对油莎豆淀粉结构及功能特性的影响:采用挤压膨化预处理将油莎豆在不同的螺杆温度(100°C、130°C、140°C、150°C、160°C)以及水分含量(7%、11%、15%)下进行预处理,同时取未挤压膨化的油莎豆做对比。利用浸提法分离出五种样品的油脂,随后从豆粕中分离淀粉。结果表明,当螺杆温度为130°C,物料水分为11%时,从豆粕中获得淀粉的产率达到18.18%,比未处理的高1.5%,这可能是由于挤出物的多孔结构,使得被束缚的淀粉颗粒(主要为不规则的颗粒)更充分的暴露出来。当螺杆温度超过140°C时,淀粉完全不能被正常分离,这可能是由于挤出物较高的DG(凝胶化程度)值使淀粉的可用度降低。而对于被分离出的六种淀粉,挤压膨化预处理轻微地降低了支链淀粉A链的相对比例(由23.83%降至23.47%),增加了B链比例(由13.31%增至15.52%)。X-RD分析表明挤压膨化预处理技术轻微的降低了淀粉颗粒的相对结晶度。以上这些变化导致淀粉的功能性质产生差异,主要表现为峰值粘度由4443 c P降至4121 c P,膨胀能力下降了25.81%,并促进了淀粉糊的短期回生能力。4.利用木瓜籽胶(CQSG)改善油莎豆粕淀粉的功能性质:研究表明,CQSG的加入显著(p<0.05)提高了淀粉的糊化温度、峰值、分解、终值粘度和回生值。随着胶浓度的增加,胶-淀粉共混物的冻融稳定性显著增加(p<0.05),说明CQSG可以有效的控制淀粉凝胶的析水率。CQSG的加入使凝胶化焓值由16.57 J/g降至12.98 J/g,以及降低了在75°C和85°C下的淀粉糊中直链淀粉的溶解度。结构分析表明,CQSG抑制了淀粉凝胶的重结晶,这表明它可能通过包覆淀粉颗粒或者影响直链淀粉的相互作用来阻止淀粉分子链的重新谛合。此外,CQSG使淀粉的相对结晶度由20.67%降低至15.57%。流变分析表明,随着CQSG含量的增加,假塑性(n值)从0.46降至0.29。总之,利用光皮木瓜籽胶可以改善淀粉的冻融稳定性以及凝胶性能,并且在木瓜籽胶与油莎豆淀粉以1:100的质量比复配时为较经济的改性方式。5.干热法协同木瓜籽胶对油莎豆粕淀粉改性的研究:结合第4节内容,采用胶与淀粉以1:100的质量比在130°C条件下干热处理2 h和4 h,并且对油莎豆淀粉也进行同样的干热处理以作为参考。研究表明,仅对淀粉颗粒进行干热处理,淀粉颗粒会发生严重破裂,而木瓜籽胶的加入则缓解了这种损伤,并且,随着干热时间的延长,淀粉颗粒的相对结晶度持续下降。此外,干热处理油莎豆淀粉使峰值粘度由3947 c P增加至4594 c P,而添加木瓜籽胶后,峰值粘度进一步增加至5973 c P,并且还增加了淀粉糊的回生值。这表明干热协同木瓜籽胶可以增加淀粉糊的粘度以及促进短期回生。膨胀力和溶解度结果表明,对淀粉或木瓜籽胶-淀粉复配物进行干热处理会显著(p<0.05)降低淀粉的膨胀能力以及直链淀粉在糊中的溶解能力。总之,利用干热协同木瓜籽胶可以进一步改善淀粉的糊性能。6.综上所述,本研究初步明晰了常规制油工艺对从粕中分离出的油莎豆淀粉结构和功能性质的影响规律,发现挤压膨化预处理的高温过程(>130°C)使油莎豆内部的淀粉发生不同程度的凝胶化作用,导致淀粉的可分离程度下降,并且会影响分离出的淀粉结构及功能特性;焙炒预处理的高温过程(>135°C)导致从油莎豆粕中分离出来的淀粉产率增加,但结构和功能性质也会发生不同程度变化。相比而言,利用低温制油工艺(冷榨)不仅可以提高淀粉的产率,并且还可获得未降解或变化的油莎豆淀粉。此外,以上三种工艺制取的油莎豆油理化性质均符合行业标准。最后,利用木瓜籽胶可以显著(p<0.05)改善油莎豆制油后粕淀粉的冻融稳定性,回生性能以及糊特性,干热协同木瓜籽胶进一步强化了糊性能的改性效果,这将在速冻食品、面包产品以及作为食品粘稠剂领域具有较好的应用潜力。
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