天然淀粉無法滿足日益增長的食品和非食品工業(yè)需求,為了拓展淀粉的應用范圍,常常需要對天然淀粉進行改性處理。而擠壓是一種常用的物理改性手段,課題組前期為研發(fā)營養(yǎng)重組米,自主研發(fā)了改良擠壓技術(Improved Extrusion Cooking Technology,IECT),發(fā)現(xiàn)IECT制備的營養(yǎng)質(zhì)構(gòu)米食用品質(zhì)良好。此外,利用IECT改性大米淀粉可改善其凍融穩(wěn)定性。然而,IECT處理對大米淀粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)(糊化、老化、消化和流變學性質(zhì))的影響尚不清楚,這限制了IECT在淀粉基食品中的應用。本研究擬采用IECT處理大米淀粉,研究改性前后大米淀粉糊化、老化、消化和流變性質(zhì)影響的差異性;表征IECT對大米淀粉各層次結(jié)構(gòu)的影響;建立結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)之間的關系。此外,本研究還通過IECT技術制備慢消化淀粉和即食糙米,拓展IECT在淀粉改性和淀粉基食品中的應用。本文主要研究結(jié)果如下:本論文首先通過調(diào)節(jié)大米淀粉原料的不同水分含量(30-70%),用IECT技術制備預糊化淀粉。原料水分60%時,淀粉幾乎完全糊化。IECT制備的預糊化淀粉與原淀粉相比,在低溫(30℃)時有較高的WAI和WSI,較低的崩解值(740 cP)和回生值(1440 cP),這表明IECT處理可以提高淀粉糊的穩(wěn)定性,降低短期老化程度,水分含量越高,效果越明顯。淀粉糊性質(zhì)的變化主要是由于淀粉分子降解引起的,原淀粉分子尺寸約39.2 nm,降解后分子尺寸約20.7 nm。IECT處理大米淀粉引起的分子降解主要是發(fā)生在支鏈淀粉上。利用不同溫度和轉(zhuǎn)速的IECT參數(shù)在60%水分條件下處理大米淀粉,結(jié)果表明高溫(130°C)和高轉(zhuǎn)速(50 Hz)可以使淀粉的降解程度最大化(分子尺寸降低55%),而且降解還是優(yōu)先發(fā)生在支鏈淀粉分子中,幾乎沒有直鏈淀粉發(fā)生降解。這與制備預糊化淀粉降解結(jié)果一致。降解的小分子通過延緩水分流動性降低和儲能模量增加可以有效抑制淀粉的短期老化,但是會加速支鏈淀粉的長期老化。IECT處理引起淀粉降解程度越大,抑制短期老化和促進長期老化的效果越明顯。此外,分子動力學模擬支鏈淀粉的老化結(jié)果與改性淀粉長期老化結(jié)果一致,這表明分子模擬技術是一種可以在分子水平研究淀粉長期老化的有效手段。通過對比原大米淀粉和不同分子尺寸的IECT改性淀粉(ERS)的消化,糊化和流變學性質(zhì)發(fā)現(xiàn):ERS與原淀粉相比,ERS的消化速率明顯高于原淀粉(增加3倍),且隨著分子尺寸的減小而增加。IECT改性大米淀粉中快消化淀粉含量增加3倍,慢消化淀粉含量減少58%,抗性淀粉含量減少87%。隨著分子尺寸的降低,ERS在高溫下糊化時,溶解度增加,但水吸收度下降。從流變學性質(zhì)得出,大米淀粉擠壓前后都呈現(xiàn)出弱凝膠和剪切變稀的性質(zhì),屬于假塑性流體。相同濃度下,IECT改性淀粉的臨界應變值,儲能模量,表觀粘度和觸變性都降低,降低程度和淀粉分子降解程度成正比。擠壓加快淀粉凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)形成的速率,提升了淀粉凝膠的剪切回復能力,最多提升36%。采用擠壓結(jié)合老化的方法研究改性大米淀粉、馬鈴薯淀粉和豌豆淀粉消化性發(fā)現(xiàn),改性淀粉凝膠老化后消化速率與原淀粉凝膠老化后的消化速率相比分別降低24%、17%和28%。其中改性豌豆淀粉凝膠老化后消化速率最低(3.02×10~(-2)/min),改性馬鈴薯滴淀粉次之(4.61×10~(-2)/min),改性大米淀粉消化速率最快(6.05×10~(-2)/min)。而且老化過程對于改性淀粉凝膠儲能模量增加與原淀粉相比小5-13×10~3 Pa,硬度的增加比原淀粉少227-719 g,這說明老化對于改性淀粉品質(zhì)的影響比原淀粉小,擠壓結(jié)合老化是有效降低淀粉消化速率的方法。此外,研究淀粉基食品老化特性時需要綜合考慮淀粉性質(zhì)和結(jié)構(gòu)變化。利用超微粉粉碎得到不同粒徑(103,28.3和15.3μm)的糙米粉,結(jié)合擠壓成型技術制備即食糙米產(chǎn)品,蛋白含量降低6-38%,粗脂肪含量減少19-49%,同時減少產(chǎn)品的總能量值。促進不可溶性膳食纖維轉(zhuǎn)化成可溶膳食纖維,增加總膳食纖維含量(47%),降低膳食纖維的粒徑(最小至16.5μm),但是當原料粒徑為15.3μm時,擠壓前后膳食纖維粒徑不會發(fā)生顯著變化。雖然擠壓可以糙米中酚酸的釋放率提高16-30%,但是仍然會降低體外抗氧化活性。此外即食糙米產(chǎn)品具有較好的儲存穩(wěn)定性。原料粒徑降低雖然對某些營養(yǎng)成分提高有幫助,但是也帶來一些負面影響。原料粒徑越小,產(chǎn)品顏色越深,伴隨著一股焦味,這會影響人們對產(chǎn)品的接受度。所以在今后的生產(chǎn)中,需要綜合考慮各方面因素,選擇合適的原料粒徑制備糙米產(chǎn)品。綜上所述,改良擠壓法通過改變大米淀粉各層次結(jié)構(gòu),可以有效改變大米淀粉的糊化,老化,消化和流變性質(zhì),使其適用于不同產(chǎn)品,這些性質(zhì)的變化主要是由于支鏈淀粉的降解引起的。IECT結(jié)合老化處理可以降低淀粉的消化性,此外,IECT可以改善糙米的食用品質(zhì)和營養(yǎng)特性。
【學位單位】：南昌大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TS235.1
【部分圖文】：

圖 1.1 淀粉中葡萄糖連接示意圖[4,5]Fig.1.1 The linkage of glucose in starch圖 1.2 淀粉六個層次的結(jié)構(gòu)[6,7]Fig.1.2 Different level structure of starch大多研究認為淀粉的結(jié)構(gòu)可以分為六個層次（如圖 1.2 所示）[7]：第一個層次為組成淀粉分子的獨立的鏈，稱為完全脫支淀粉分子。在檢測分

2圖 1.2 淀粉六個層次的結(jié)構(gòu)[6,7]Fig.1.2 Different level structure of starch大多研究認為淀粉的結(jié)構(gòu)可以分為六個層次（如圖 1.2 所示）[7]：第一個層次為組成淀粉分子的獨立的鏈，稱為完全脫支淀粉分子。在檢測分析中的結(jié)果稱為淀粉鏈長分布（chainlengthdistribution,CLD）,包括 N 條由 X 個（degreeofpolymerization,DP=X）葡萄糖組成的分子鏈，表示為 Nde(X)。平均鏈長在 17-25 的短鏈（這取決于淀粉的品種和不同的組織）構(gòu)成了支鏈淀粉，而直

第 1 章 緒論鏈淀粉由較長的淀粉鏈構(gòu)成，DP 大約在 102~104之間，這些數(shù)據(jù)是淀粉通過脫支酶處理后得到的。第二個層次為每一個單獨鏈組成的直鏈淀粉和支鏈淀粉分子（如圖 1.3 所示），稱為全分支淀粉分子。早期研究認為直鏈淀粉就是葡萄糖單體通過 α-1,4 糖苷鍵連接的直鏈狀分子，支鏈淀粉是短的直鏈狀分子通過 α-1,6 糖苷鍵連接在較長的直鏈狀分子上，分支較多，鏈長較短。而近期研究表明直鏈淀粉分子中也存在少量分支支鏈，且鏈長較長。直鏈淀粉分子量（molecularweight）大概在 106左右，支鏈淀粉分子量可以達到 108。每一個淀粉分子只有一個還原末端，在每一條鏈的尾部有一個非還原末端[6]。

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6 ;美國發(fā)明提取大米淀粉和蛋白質(zhì)的新方法[J];食品科學;2005年08期

7 顧正彪,李兆豐,洪雁,李文哲;大米淀粉的結(jié)構(gòu)、組成與應用[J];中國糧油學報;2004年02期

8 李長河;大米淀粉及其衍生物的現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J];現(xiàn)代化農(nóng)業(yè);2004年12期

9 陳子月;高維;秦新光;;提取工藝對大米淀粉的理化性質(zhì)影響[J];糧食與油脂;2019年11期

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1 楊sレ

本文編號：2818653