3种青香蕉粉经压热处理后的消化性与结构研究.pdf
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1、热带作物学报 2023,44(7):14681477 Chinese Journal of Tropical Crops 收稿日期 2022-06-07;修回日期 2022-09-08 基金项目 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(No.1630142022007);海南省重点研发计划项目(No.ZDYF2022SHFZ122)。作者简介 张思维(1997),女,硕士研究生,研究方向:农产品贮藏与加工。*通信作者(Corresponding author):张彦军(ZHANG Yanjun),E-mail:。3 种青香蕉粉经压热处理后的消化性与结构研究 张思维1,2,赵康云1,王金梦1,徐
2、 飞1,3,4,陈小爱1,3,4,申铉日2,张彦军1,3,4*1.中国热带农业科学院香料饮料研究所,海南万宁 571533;2.海南大学食品科学与工程学院,海南海口 570228;3.国家重要热带作物工程技术研究中心,海南万宁 571533;4.海南省特色热带作物适宜性加工与品质控制重点实验室,海南万宁 571533 摘 要:香蕉(Musa spp.)是全球消耗量最大的水果之一,因其味美香甜、营养丰富而广受喜爱,其食用方式以熟果鲜食为主。香蕉在成熟之前富含 90%以上的抗性淀粉,有效利用青香蕉中的抗性淀粉可以显著提高香蕉种植产业附加值。此外,青香蕉在采收过程中易产生大量残次果,造成淀粉资源的严
3、重浪费。本研究拟探究压热处理对不同品种青香蕉中抗性淀粉(resistant starch,RS)消化性能影响,选取天然青大蕉、粉蕉和贡蕉为原料,对压热处理前后的青香蕉粉采用扫描电子显微镜、动态光散射仪、快速糊化粘度测试仪、差示扫描量热仪、傅里叶变换近红外光谱、X-射线衍射分析等手段,探究其结构变化与消化性的关系。结果表明:经压热处理后,青香蕉粉中抗性淀粉含量由91.50%93.33%(RS2 型)下降至 39.17%44.63%(RS3 型),扫描电镜结果显示,青香蕉粉中的颗粒完全糊化崩解,颗粒表面粗糙,粒径分布不一,形状不规则;直链淀粉含量由 23.3%28.3%增加至 32.7%37.0%
4、;青香蕉粉的热稳定性和凝胶焓显著下降(P0.05),峰值黏度和崩解值升高,糊化温度降低。经压热处理后青香蕉粉仍维持 B 型结晶结构,相对结晶度由 28.98%32.56%下降至 20.66%22.26%。经过压热处理的青香蕉粉与天然青香蕉粉相比,未产生新的化学键或官能团,短程有序性 R1047/1022由 1.0311.166 降低至 1.0161.122。研究结果表明,尽管经过压热处理后 RS 含量降低,但抗性淀粉由 RS2 转变为 RS3,表明经过高压处理后抗性淀粉的稳定性显著提升。该研究可为热稳定性香蕉抗性淀粉的制备提供理论依据,有助于天然淀粉基材料的开发,对缓解香蕉产业中的产销矛盾具有
5、重要意义。关键词:青香蕉粉;压热处理;抗性淀粉;淀粉消化 中图分类号:TS235.4 文献标识码:A Effect of Autoclaving Treatment on the Digestion and Structure Properties of Flour from Three Different Banana Cultivars ZHANG Siwei1,2,ZHAO Kangyun1,WANG Jinmeng1,XU Fei1,3,4,CHEN Xiaoai1,3,4,SHEN Xuanri2,ZHANG Yanjun1,3,4*1.Spice and Beverage Rese
6、arch Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Wanning,Hainan 571533,China;2.College of Food Science and Engineering,Hainan University,Haikou,Hainan 570228,China;3.National Center of Important Tropical Crops Engineering and Technology Research,Wanning,Hainan 571533,China;4.Key Labo
7、ratory of Processing Suitability and Quality Control of the Special Tropical Crops of Hainan Province,Wanning,Hainan 571533,China Abstract:Banana(Musa spp.)is one of the most popular fruits in the world and is widely loved for its sweet taste and nutritious value,it is usually eaten after ripened.Ba
8、nanas are rich in more than 90%resistant starch before they are un-ripe,and the effective use of resistant starch in green bananas can significantly increase the added value of the banana planting industry.In addition,green bananas are prone to producing a large number of defective fruits during the
9、 har-vesting process,resulting in a serious waste of starch resources.In order to study the effect of autoclaving treatment on the digestion and structure properties of flour,three different banana cultivars:Dajiao,Fenjiao,and Gongjiao were cho-第 7 期 张思维等:3 种青香蕉粉经压热处理后的消化性与结构研究 1469 sen.By using sca
10、nning electron microscopy,dynamic light scattering,rapid paste viscometer,differential scanning calorimetry,Fourier transform near infrared spectroscopy,and X-ray diffraction analysis.To investigate the relationship between the structural changes and digestion properties of the three green banana fl
11、ours before and after an autoclaving treatment was applied to them.The content of resistant starch in green banana flour decreased from 91.50%93.33%(RS2 type)to 39.17%44.63%(RS3 type)after autoclaving treatment.The scanning electron microscope results showed that powder granules were completely past
12、ed and disintegrated,with variable particle size distribution and irregular shape.The amylose starch content increased from 23.3%28.3%to 32.7%37.0%,so that the thermal stability and gel enthalpy of green banana flour were significantly decreased(P0.05)while the peak viscosity and breakdown was in-cr
13、eased.The relative crystallinity of the green banana flour decreased from 28.98%32.56%to 20.66%22.26%after the autoclaving treatment.Despite this,the B-type crystalline structure was still preserved after the treatment.The new chemical bonds or functional groups were not found after the autoclaving
14、treatment compared with green banana flour,and the short-range order R1047/1022 was decreased from 1.0311.166 to 1.0161.122.The findings revealed that although the content of the resistant starch was reduced after autoclaving treatment,the type of resistant starch was changed from RS2 to RS3.This su
15、ggests that the stability of the resistant starch is greatly enhanced after autoclaving treatment.This research could offer a theoretical foundation for the production of heat-stable banana resistant starch,support the de-velopment of naturally starch-based materials,and is crucial for resolving the
16、 disparity between banana industry pro-duction and sales.Keywords:green banana flour;autoclaving treatment;resistant starch;starch digestion DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2023.07.018 未成熟的香蕉中富含大量淀粉,尤其含有大量 RS2 型抗性淀粉(resistant starch,RS),但香蕉是一种典型的呼吸跃变型果实,且青香蕉在成熟过程中易受机械损伤,在运输和储存中会导致不同程度的损耗1。采摘的香蕉一般有 15%2
17、0%的残次果2,难以作为商品蕉直接销售,可以作为天然淀粉的来源,从而避免次品蕉的浪费。青香蕉粉中含有淀粉、果胶、纤维素和微量元素等营养物质3,淀粉是青香蕉的主要组成成分,含量高达 80%以上,淀粉中 70%以上的抗性淀粉均为 RS2 型抗性淀粉4。这些抗性淀粉随着香蕉的采摘后熟过程而被降解为小分子糖,导致此类抗性淀粉的严重损失。抗性淀粉是指在健康个体小肠中难以被消化的淀粉,作为一种特殊的膳食纤维,具有减轻体重、预防便秘、降低血脂、提高胰岛素敏感性等保健作用5。根据淀粉的来源及其抗酶解特性,目前抗性淀粉主要分为以下 5 类6-8:(1)RS1,物理包埋淀粉,主要来自于不完全研磨的谷粒、种子及豆科
18、植物,这类抗性淀粉经咀嚼或加工后,抗酶解性消失,极易转变为易消化淀粉;(2)RS2,抗性淀粉颗粒,来源于生土豆、豌豆和青香蕉,其热稳定性差,正常加工温度会破坏其晶体结构从而失去抗酶解性;(3)RS3,重结晶抗性淀粉,指糊化后再冷却或低温贮藏过程中产生的重结晶淀粉,其热稳定性良好,制备方法简单,安全性好;(4)RS4,化学改性淀粉,包括交联淀粉、酯化淀粉和磷酸化淀粉,这种淀粉热稳定性良好,但制备周期长,产品性质不稳定;(5)RS5,指淀粉链与脂质、氨基酸形成的复合物,存在于稻米、大豆和玉米等作物中,热稳定性较高且难以与消化酶结合。天然青香蕉粉中的抗性淀粉属于RS2 型9,这类抗性淀粉热稳定性较差
19、,正常烹饪温度下会使其淀粉颗粒的结构破坏,导致淀粉结构的改变而易于消化,使得抗性淀粉含量下降。目前,针对青香蕉的研究主要集中在青香蕉淀粉的分离及其理化、结构和功能性质方面,ZHANG等2和 JIANG等10分离得到青香蕉淀粉并对其理化和结构性质进行表征。TASLIMAD等11利用香蕉残次果提取出的淀粉利用脱支和高压的方法制备成 RS3 型抗性淀粉。青香蕉粉中虽然含有丰富的抗性淀粉,但分离淀粉需要耗费大量资源,不符合生产实际。直接利用青香蕉粉可以保留其全部营养成分,对人体健康更有益。因此,本研究拟采用高压处理对不同品种的青香蕉进行改性,采用差式扫描量热仪(differential scannin
20、g calorimeter,DSC)、快速黏度分析仪(rapid viscosity analysis,RVA)、X-射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)和衰减全反射傅里叶变化红外 光 谱(attenuated total reflection-fourier transformed infrared,ATR-FTIR)等手段探究压热处理前后青香蕉粉结构和理化特性的变化,为解1470 热带作物学报 第 44 卷 析高压热处理对青香蕉淀粉消化性的影响提供参考,以期为新型 RS 的应用提供理论依据。1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 材料与试剂 青香蕉:大蕉、粉蕉及贡蕉,
21、购于海南省万宁市兴隆中心市场。抗性淀粉试剂盒和猪胰-淀粉酶(酶活 100 000 U/g),爱尔兰 Megazyme 公司生产;其余试剂均为国产分析纯。1.1.2 主要仪器设备 G154DW 型自动高压蒸汽灭菌锅:厦门市致微仪器有限公司;Phenom ProX台式显微能谱一体机:荷兰 Phenom 公司;Q2000型差式扫描量热仪:美国 TA 公司;TechMaster型快速黏度分析仪:澳大利亚 Perten 公司;Nicolet6700 型衰减全反射傅里叶变换近红外光谱:美国 Thermo 公司;LXJ-IIB 型离心机:上海安亭科学仪器厂;Scientz-18ND 型冷冻干燥机:宁波新芝生
22、物科技股份有限公司;SHZ-C 型水浴恒温振荡器:上海博迅实业有限公司医疗设备厂;Bluepard 型电热恒温鼓风干燥箱:上海一恒科学仪器有限公司;HH-SJ2CD 型数显恒温磁力搅拌锅:常州市金坛友谊仪器研究所;HX-PB908 型多功能磨浆机:佛山市海迅电器有限公司。1.2 方法 1.2.1 压热处理青香蕉粉的制备 青香蕉鲜果清洗干净去皮切片与蒸馏水以 13 打浆,取 350.0 g置于锥形瓶中,在 121,高压处理 15 min。将天然青香蕉浆液和高压处理后冷却的香蕉浆液置于 4 冰箱 24 h,样品冷冻干燥后研磨过 100 目筛,得到青香蕉粉,密封保存在干燥器中备用。1.2.2 微观形
23、貌 截取导电胶于载物台上,将样品附着于导电胶上吹扫掉多余样品,并使用离子溅射装置中喷金进行导电处理,然后将载物台放在扫描电镜下观察,加速电压为 10 kV,在 3000下进行拍摄。1.2.3 青香蕉粉粒径分布 使用动态光散射仪(mastersizer 3000,malvern instruments ltd.,UK)来确定青香蕉粉的尺寸分布。在环境条件下将淀粉样品与超纯水(0.01%m/V)混合。分散剂和样品的折射率分别为 1.33 和 1.53,遮光参数设置为1%2%,并记录 D(10)、D(50)和 D(90),分别表示淀粉颗粒的累计粒度分布百分数分别达到10%、50%、90%时所对应的粒
24、径大小(m),表面积平均直径 D3,2和体积平均直径 D4,3。1.2.4 直链淀粉含量测定 依据 GB/T 156832008,取 100.0 mg 样品于 100 mL 锥形瓶中,加入 1.0 mL 乙醇,将粘在瓶壁上的试样冲下,加入9.0 mL 1 mol/L NaOH 溶液,摇匀后水浴 10 min,冷却至室温后转移至 100 mL 容量瓶并定容。移取 5.0 mL 样液于另一 100 mL 容量瓶,加入 50 mL纯净水,加入 1.0 mL 0.1 mol/L 乙酸溶液和 2.0 mL碘试剂,定容并显色 10 min,利用碘比色法测定直链淀粉的含量。1.2.5 青香蕉粉抗性淀粉含量测
25、定 淀粉和抗性淀粉的测定采用抗性淀粉试剂盒,按照 AOAC 2012.02 的方法测定。1.2.6 差式扫描量热仪分析 取 3.00 mg 样品于铝坩埚中,加入 6.0 L 蒸馏水,将铝盘封闭,室温下平衡 24 h。用一个空的铝盘作为参考,以15.0 mL/min 氮气作为吹扫气体。在 30120 范围内,以 10/min 的速度进行扫描,记录升温曲线。记录糊化起始温度(To,)、糊化峰值温度(Tp,)、糊化终止温度(Tc,))和糊化焓(H,J/g)。1.2.7 糊化特性 将 3.0 g 样品加入铝筒,加入25.0 mL 蒸馏水。前 10 s 浆速 960 r/min 分散样品,整个试验的剩余
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