超高压处理对燕麦淀粉/β-葡聚糖复配体系的影响及抑制淀粉老化机制的研究

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:holyturtle
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燕麦淀粉与β-葡聚糖的相互作用在燕麦面团的形成中发挥着重要作用。淀粉存在易老化、抗剪切能力差等不足,限制了其应用范围。超高压处理通过作用于非共价键,从而破坏高分子物质的结构,引起大分子物质改性。为了探讨超高压处理对燕麦淀粉/β-葡聚糖复配体系的影响及其抑制淀粉老化的机制。本研究以燕麦中提取淀粉为原料,通过添加β-葡聚糖形成燕麦淀粉/β-葡聚糖复配体系,利用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、X-射线衍射仪、核磁共振仪、流变仪、差示量热扫描仪等研究超高压处理对燕麦淀粉、燕麦淀粉/β-葡聚糖复配体系结构及特性的影响,建立超高压改变燕麦淀粉微观结构的模型,探讨超高压处理对燕麦淀粉、燕麦淀粉/β-葡聚糖复配体系老化影响的机制。结果表明:(1)燕麦淀粉提取的最优条件为料液比1:10(g/ml),pH 10,提取时间2 h,提取温度35℃,在此条件下,燕麦淀粉的提取率为72.37%;燕麦淀粉颗粒较小,形状不规则,为A-型淀粉;燕麦淀粉热稳定性和抗剪切能力较强,糊化温度较高,更容易发生重结晶;透光率较低,凝沉性较高,在反复冻融过程中,析水率较高,不适合应用于冷冻食品中。(2)超高压处理对燕麦淀粉微观结构的改变经历结晶完善、结晶破坏和结晶解体糊化三个阶段。超高压处理压力较小(100~300 MPa处理15 min)时,燕麦淀粉颗粒表面变化不明显,粒径减小,晶体结构为A-型,相对结晶度升高,短程有序结构及双螺旋结构增多,无定形区占比变化不明显,为结晶完善阶段;当超高压处理压力适中(400 MPa处理15 min)、处理时间较短(500 MPa处理5 min)时,颗粒吸水膨胀,表面发生黏结,粒径变大,晶体结构仍为A-型,但相对结晶度降低,无定型区域增大,为结晶破坏阶段;随着压力的升高(500~600 MPa处理15 min)、处理时间的延长(500 MPa处理15~30 min),燕麦淀粉颗粒吸水膨胀,表面坍塌,黏结形成胶状连接区,颗粒粒径显著增大,晶体结构变为V-型,淀粉糊化,相对结晶度显著降低,短程有序结构及双螺旋结构减少,无定形区占比增大,为结晶解体糊化阶段。(3)超高压处理后燕麦淀粉结构与性质之间的关系为:超高压处理压力较小时,由于压缩韧化作用,燕麦淀粉分子链间相互作用增强,晶体结构被完善,从而引起燕麦淀粉糊化温度、糊化焓、相变温度、G’、G’、剪切应力、SDS、RS含量升高,抗剪切能力增强;凝沉性、析水率、崩解值、水解率降低,稳定性提高。随着压力的升高、处理时间的延长,淀粉分子间的缔合状态遭到严重破坏,淀粉透光率、糊化温度、粘度、糊化焓、相变温度、G’、G’、黏弹性、剪切应力显著降低,稳定性减弱;凝沉性、析水率、崩解值、水解率、RDS含量升高。(4)燕麦淀粉中添加β-葡聚糖后,β-葡聚糖通过氢键与燕麦淀粉相互连接,形成均匀、致密、交联的网络结构,并对淀粉结晶区有一定的保护作用。β-葡聚糖添加后,复配体系具有更好的热稳定性和抗老化性,表现出弱凝胶动态流变学特性;β-葡聚糖添加量为5%~10%的复配体系粘弹性较强,稠度系数较大,剪切变稀现象更明显。(5)超高压处理对燕麦淀粉/β-葡聚糖复配体系结构的影响经历结晶完善和结晶解体的过程。复配体系经300~400 MPa处理后,颗粒表面变化不明显,粒径减少,相对结晶度升高,短程有序结构及双螺旋结构增多,无定型区占比减小,为结晶完善阶段;进而导致相变温度、糊化焓、成糊温度升高,粘度、崩解值降低,稳定性提高。500~600 MPa处理后,大多数颗粒出现膨胀和变形,颗粒表面变得粗糙、黏结,粒径显著增加,短程有序结构及双螺旋结构减少,相对结晶度降低,无定型区占比增大,为结晶解体阶段;进而导致相变温度、糊化焓、成糊温度降低,粘度、崩解值升高,稳定性降低。(6)超高压处理能够抑制燕麦淀粉与燕麦淀粉/β-葡聚糖复配体系的老化。与燕麦淀粉相比,超高压处理及β-葡聚糖添加后,老化期间,凝胶体系硬度降低,短程有序结构、双螺旋结构减少,相对结晶度降低,老化延缓。老化动力学模型表明,超高压处理及β-葡聚糖添加后,凝胶体系n值升高,成核方式由瞬间成核趋近于自发成核,重结晶速率减小,直链淀粉相互作用形成晶核的过程延缓。水分子迁移结果表明,超高压处理及β-葡聚糖添加后,凝胶体系T2值减少,体系中结合水含量升高,自由水含量降低,水分子流动性减弱。(7)超高压处理和β-葡聚糖的添加通过延缓老化初期直链淀粉相互作用形成晶核的过程并降低体系老化过程中水分子的流动性和重结晶速率从而抑制燕麦淀粉的老化。抑制老化的机制为:超高压处理增强了燕麦淀粉颗粒内部直链淀粉分子的相互作用,减少了糊化过程中直链淀粉的溶出,β-葡聚糖添加后通过氢键与直链淀粉相互作用,抑制了老化初期直链淀粉相互作用形成晶核的过程,从而使支链淀粉以该晶核为中心形成晶体结构的过程延缓;此外超高压处理及β-葡聚糖的添加增强了淀粉凝胶体系对水分的束缚作用,导致体系中水分子流动性减弱,减缓了淀粉分子的迁移重结晶速率,从而抑制淀粉的老化。
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