超高压对淀粉理化性质影响的研究进展.pdf
《超高压对淀粉理化性质影响的研究进展.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超高压对淀粉理化性质影响的研究进展.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、食品研究与开发圆园23 年 10 月第 44 卷第 19 期DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2023.19.027基金项目:国家自然科学基金资助项目(31601509);陕西省重点研发计划项目(2023-YBNY-175)作者简介:郭思敏(1999),女(汉),硕士研究生,研究方向:淀粉资源开发与利用。*通信作者:蒲华寅(1986),男(汉),副教授,博士,研究方向:淀粉资源开发与利用。超高压对淀粉理化性质影响的研究进展郭思敏,黄峻榕,明欢育,张冲,蒲华寅*(陕西科技大学 食品科学与工程学院,陕西 西安 710021)摘要:超高压作为一种淀粉的物理改性方式,具有绿色
2、与安全的优点,在淀粉工业的应用中有着广阔的发展前景。该文综述超高压改性处理对淀粉糊化特性、流变特性及消化特性的影响,并对超高压改性淀粉潜在应用进行展望,为超高压改性淀粉的进一步研究和应用提供参考。关键词:超高压;淀粉;糊化特性;流变特性;消化率Research Progress in Effects of Ultra High Pressure on Physicochemical Properties of StarchGUO Simin,HUANG Junrong,MING Huanyu,ZHANG Chong,PU Huayin*(School of Food Science and E
3、ngineering,Shaanxi University of Science&Technology,Xian 710021,Shaanxi,China)粤遭泽贼则葬糟贼:Ultra high pressure(UHP)as a green and safe physical modification method of starch has a broadapplication prospect in the starch industry.The effects of UHP treatment on the gelatinization properties,rheological p
4、roperties,and digestive properties of starch were reviewed.Moreover,the potential applications ofUHP-modified starch were prospected,which could provide a basis for further research and application of UHP-modifiedstarch.运藻赠 憎燥则凿泽:ultra high pressure;starch;gelatinization properties;rheological prope
5、rties;digestibility引文格式:郭思敏,黄峻榕,明欢育,等.超高压对淀粉理化性质影响的研究进展J.食品研究与开发,2023,44(19):189-194.GUO Simin,HUANG Junrong,MING Huanyu,et al.Research Progress in Effects of Ultra High Pressure on PhysicochemicalProperties of StarchJ.Food Research and Development,2023,44(19):189-194.淀粉作为自然界中仅次于纤维素的一种碳水化合物,是高等植物的主要
6、能量储备,目前广泛用于食品、化妆品、医药、造纸等多个领域1-2。由于天然淀粉热稳定性差,密度相对较高且并不溶于水,限制了其在工业中的使用3。通常可以通过化学、物理、酶法或它们的复合方法进行淀粉改性,从而克服天然淀粉的应用局限性。与化学和酶法相比,物理修饰更便宜、更安全、对生态环境更友好4。超高压(ultra high pressure,UHP),也称为高静压(high hydrostatic pressure,HHP),是一种食品的非热加工方式。典型实验室规模的超高压设备包括压力容器、封闭装置、泵及控制系统,通常腔体容积为 10 mL至 500 L。根据设备的不同,压力设置为 101 000
7、MPa,但通常处理压力在 400600 MPa 范围内5。压力通常通过特定的介质传递,在大多数情况下均以水为介质,但压力更高时(跃600 MPa)需用油来替代。超高压处理系统如图 1 所示。超高压传统意义上主要应用于陶瓷、合成材料、钢铁和超合金的生产,在食品工程领域主要涉及食品非热杀菌、酶的灭活、大分子改性以及肉类和葡萄酒等终端产品的品质改良6。自 1981 年,Thevelein 等7发现压力可使淀粉在室温下糊化,淀粉的超高压改性受到越来越多的关注。通常当体系中没有足够的水分时,淀粉颗粒表现出较高的抗压能力,因此超高压处理的样品通常为淀粉悬浮液,而针对淀粉粉体直接进行压力处理的相关研究较少。
8、有研究表明,当超高压专题论述189食品研究与开发圆园23 年 10 月第 44 卷第 19 期图 1超高压处理系统Fig.1Scheme of ultra high pressure treatment处理压力超过 600 MPa 才可改变干淀粉颗粒形状和表面形貌,并明显破坏晶体结构8。近年来,人们对压力糊化过程及结构-性能关系进行了较多的研究9-11。本文主要介绍超高压改性技术对淀粉糊化特性、流变特性与消化特性的影响及潜在应用,以期为超高压改性淀粉的进一步研究和应用提供参考。1超高压对淀粉糊化特性的影响淀粉在过量水存在时经压力诱导,有序的天然淀粉颗粒膨胀,支链淀粉微晶分解,变成半透明的黏稠糊
9、状,这种由淀粉乳变为淀粉糊的过程称为压力糊化。通常认为,植物来源(特别是晶体类型)和压力大小是影响压力糊化的最重要因素。此外,浓度、时间、温度和 pH 值等因素也会影响淀粉的糊化。糊化压力是反映淀粉超高压糊化特性的重要指标,其可定义为引起淀粉糊化的初始压力或压力范围,通常使用偏光显微镜(polarized light microscopy,PLM)或差示扫描量热仪(differential scanning calorimetry,DSC)测定。一般来说,在不加热或不添加其他组分的情况下,淀粉完全糊化通常需要 600 MPa 的压力。常规商业用淀粉中,马铃薯淀粉(B 型晶体)耐压性较强,其淀粉
10、乳完全糊化的压力通常超过 600 MPa。一般认为,同一植物来源淀粉的糊化压力差异并不大。但研究表明,适当的预处理可能会改变淀粉的压力糊化特性。例如,适当的韧化处理可以增加玉米淀粉的耐压性,或延缓压力糊化过程12。淀粉的糊化特性主要体现在糊化焓、糊化温度和糊化黏度等参数上。通常在一定压力范围内的超高压处理会使淀粉的 驻H 降低,To 随压力的增加而降低,表明超高压处理会削弱淀粉的有序结构,从而导致淀粉的热稳定性降低。To 的降低的另一种解释是由于糊化后的淀粉老化后形成了极易糊化的新淀粉晶体。然而,Thevelein 等7研究发现,较低的压力(约150 MPa)处理会提高其糊化温度。与此类似,小
11、米谷粒与芒果淀粉的 To 在超高压处理后也呈现增加的趋势。To 的增加可能与耐压性相对较差的淀粉颗粒优先糊化有关,Li 等13将此归因于直链淀粉-脂质复合物的形成。然而,张晶等14研究认为这与超高压处理对淀粉的韧化作用有关,适当压力处理所引起的韧化作用导致淀粉热稳定性提高。超高压处理对各种淀粉的糊化焓(驻H)和起始糊化温度(To)的影响如表 1 所示。许多研究者研究了温度、压力及时间等多因素的减压减压加压加压卸下装入超高温处理食品未加工食品600 MPa臆600 MPa油水表 1超高压处理对各种淀粉的糊化焓(驻H)和起始糊化温度(To)的影响Table 1Effects of ultra hi
12、gh pressure treatment on gelatinization enthalpy(驻H)and onset gelatinization temperature(To)of starchfrom different crops淀粉来源压力(糊化压力)/MPa淀粉浓度时间/min驻HTo引用文献马铃薯512530.4%4降低升高7大麦45060010%,25%15,30降低15藜麦、玉米100600(600)100 g/L5先升高后降低降低16蜡质大米100600(600)10%20降低先升高后降低17豌豆15060015%25降低降低18小米谷粒150600(600)300 g
13、/L15降低升高13芒果30065010降低升高19籼米100600500 g/L30降低先降低后升高20燕麦100600(500)150 g/L30升高(100300 MPa)升高(100300 MPa)14黑大麦100600(600)5降低降低21百合100600(600)15%30先降低后升高22荔枝仁300600250 g/L10降低降低23专题论述190食品研究与开发圆园23 年 10 月第 44 卷第 19 期联合作用对淀粉糊化特性的影响。研究表明,对于保持恒定时间的压力诱导糊化,提高温度或压力都可以促进淀粉糊化;温度越高,淀粉完全糊化所需的压力就越低24-25。另一方面,在恒定的
14、温度和压力下,糊化度随着保压时间的延长而增加。有研究者认为如果温度或压力不能引起淀粉糊化,则延长保温或保压时间可能是无效的15。但近年来的研究却提出了不同的结论。Zhang 等26将糊化度(degree of gelatinization,DG)作为变量描述超高压改性过程中大米淀粉结构性质的变化,发现淀粉的压力糊化是在低压(100400 MPa)期间能量积累的结果,即使在低于糊化压力的情况下增加保压时间也可以使糊化度缓慢增加。为了进一步了解热压组合效应,Baks 等27测定了对淀粉-水混合物(5%60%悬浮液)施加一定压力和升高温度后的糊化度,并绘制了各种淀粉的相图,这有助于更直观反映影响淀粉
15、糊化压力的因素。正如常规热糊化一样,超高压糊化也受到淀粉悬浮液中溶质的影响。研究表明,糖的添加降低了超高压处理小麦淀粉、木薯淀粉与马铃薯淀粉的糊化度,而淀粉的糊化度与不同糖(果糖、葡萄糖、蔗糖、海藻糖)的赤道羟基数线性相关28。另一项研究表明,在室温中足够高的压力(逸400 MPa)下,茶多酚可以加速大米淀粉的超高压糊化并改变其结构和理化性质29。不同的亲水胶体对超高压糊化过程也有不同的影响。添加黄原胶的淀粉糊化度明显低于 姿-卡拉胶和瓜尔胶(400 MPa,10%,40 益,35 min),表明黄原胶可能在压力糊化过程中起到稳定淀粉颗粒结构的作用30。同样,在超高压处理过程中,盐的存在也能显
16、著稳定小麦淀粉颗粒结构31。然而,不同盐类对糊化压力的影响存在差异,其影响程度不仅取决于添加的溶质种类,还取决于淀粉的来源28。在高氯离子浓度(2 mol/L)下,盐对淀粉糊化增强的影响顺序为 Na+K+Li+Ca2+,与感胶离子序一致;在浓度大于 1 mol/L 时,钾盐对淀粉超高压糊化的影响也遵循感胶离子序(Cl原Br原I原SCN原),该结论对超高压处理淀粉的实际应用具有一定的指导意义28。超高压糊化过程中,淀粉黏度的变化主要通过快速黏度分析仪(rapid visco analyser,RVA)或流变仪来分析。如果超高压处理的淀粉样品黏度曲线与原淀粉类似,则表明此时的处理压力低于淀粉的糊化
17、压力。因此,可以通过比较不同压力处理的样品的 RVA 曲线来获得糊化压力。Oh 等32用这种方法测定了普通大米、蜡质大米、普通玉米、蜡质玉米、木薯淀粉和马铃薯淀粉的糊化压力(10%,20 益,30 min),取得了较好的结果。目前,淀粉的糊化压力也可以通过核磁共振弛豫法进行分析25。2超高压对淀粉糊及凝胶的流变特性的影响淀粉主要以淀粉糊的形式用于食品工业,因此,研究者对超高压处理后淀粉糊及凝胶的流变特性进行了广泛的研究。在稳态流变行为中,稠度系数(K)值是淀粉糊在静止状态下黏度的近似测量值,K 值的升高反映了颗粒膨胀和糊化度的增加。超高压处理淀粉悬浮液后,淀粉糊的 K 值随着压力或保压时间的延
18、长而增加,但随着保压时间的延长,K 值存在极限值15。此外,在恒定压力下,温度的升高可能会进一步增加 K 值33。动态流变行为和质构参数可反映凝胶特性,凝胶特性通常认为与淀粉分子的老化有一定相关性。应变扫描测量是动态流变试验最常见的测试模式。应变扫描测量中,凝胶的储能模量 G 是重要的参数,可反映淀粉凝胶网络的交联密度。通常,G 随着压力或保压时间的延长而增加;然而,持续增加压力或保压时间可能会对淀粉凝胶产生相反的影响,这表明过度加压会产生相对更弱的凝胶15,33-34。当淀粉浓度较高时制备的凝胶一般通过质构仪进行分析。理论上讲,淀粉凝胶的形成主要取决于膨胀淀粉颗粒的数量。此外,通过超高压糊化
19、制备的凝胶,其直链淀粉溶出量减少,这对于凝胶硬度的降低也可能起到一定的作用。研究表明,超高压处理燕麦淀粉可以显著降低淀粉凝胶的硬度、黏性和咀嚼性14。同样,超高压处理的全籽粒绿豆凝胶硬度也呈现相同的趋势,这可能与淀粉-脂质及淀粉-蛋白复合物的形成有关35。但是超高压处理的板栗淀粉则呈现相反的结果,这可能与压力破坏糊化的胶体结构,进而导致淀粉吸水能力减弱有关36。温度与超高压诱导制备的淀粉凝胶化机理存在差异。超高压处理后淀粉颗粒完整,或仅局部被破坏,直链淀粉溶出较少37。通过比较超高压和常规热糊化的整个过程,发现凝胶的硬度、黏性和咀嚼性随着压力或温度的升高均呈现出先增加后降低的趋势;但是较常规加
20、热制备的凝胶,超高压处理制备的凝胶具有较低的硬度、黏性和咀嚼性,这表示压力诱导凝胶的糊化度较低38。同时,一定时间的超高压处理(600MPa,25%悬浮液,30 益,1030 min)会导致凝胶硬度略有下降,只有在较长的处理时间(30 min)才会显著下降,这可能与压力诱导凝胶的颗粒结构部分保留,进而导致形成不同的水-淀粉或淀粉-淀粉分子相互作用有关39。然而,这些结果并不意味着所有超高压制备凝胶的行为方式都是相似的。与加热制备的凝胶相比,超高压制备的小麦淀粉凝胶更软但更致密,这表明在加压下获得的小麦淀粉凝胶对回生的敏感性较低40。这种差异也可能与淀粉凝胶在储存时间上的差异有关,储存28 d
21、后,超高压制备凝胶的硬度增加相对较慢39。专题论述191食品研究与开发圆园23 年 10 月第 44 卷第 19 期3超高压对淀粉消化特性的影响超高压对淀粉消化性能的影响与总直链淀粉含量、压力和淀粉来源有关。淀粉作为人类生理活动所需能量的主要来源,经过消化道后水解为葡萄糖。淀粉按消化速度的不同可分为抗性淀粉(resistant starch,RS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)和快速消化淀粉(rapidly digestible starch,RDS)。Hayashi 等41于 1989 年首次讨论了压力处理淀粉对淀粉酶消化率的影响,研究发现消化率随着
22、压力的增加而增加,然而因为新结构的形成,长时间加压处理过程中消化率会下降。上述研究对象是通过超高压处理获得的淀粉糊,而近年来的研究更多集中在超高压处理后的干燥样品上。通常,在超高压糊化淀粉中观察到比天然淀粉和热糊化淀粉更多的 SDS 和 RS。Linsberger-Martin 等42研究发现,增加压力、保压时间或温度会导致苋菜、藜麦和小麦淀粉的 RS 增加。Bajaj 等43指出,超高压处理(300600 MPa,20%悬浮液,室温,30 min)可以引起淀粉的 SDS 和 RS 含量增加,包括小麦、玉米、马铃薯、红薯、芸豆和蜡质玉米淀粉都得到类似结果。然而,Deng等44研究提出,过度加压
23、(600 MPa,30 min)和循环超高压处理(200 MPa/600 MPa,15 min+15 min)会降低大米淀粉(20%悬浮液,25 益,30 min)的 RS 含量,增加了其 SDS 含量。Zeng 等17(蜡质大米淀粉,10%悬浮液,400 MPa,25 益,20 min)也研究得出类似的结果。上述差异可能与淀粉植物来源和加工条件(尤其是干燥条件)有关。超高压改性对淀粉消化性的影响还可以通过测定其血糖生成指数进行表征。龙成20研究发现超高压处理后籼米相较于未处理籼米的血糖生成指数有大幅降低。而周中凯等45发现高直链玉米淀粉随着压力的增加,消化率首先降低,达到 800 MPa 后
24、,又呈现上升的趋势。秦仁炳等46研究发现超高压处理淀粉-脂质复合物可使血糖生成指数随着压力的增加而增加,并将其归因于超高压处理破坏复合物的长程-短程有序性,导致其更易于与淀粉酶接触而发生水解。此外,部分研究者聚焦于超高压改性淀粉对肠道菌群的影响。肠道菌群能够分解和代谢食物中难以消化的淀粉等复杂碳水化合物,产生有益物质如短链脂肪酸等,与人体的消化与吸收密切相关。周小理等47通过体外肠道发酵研究发现,在发酵前期(0耀8 h),与空白组(未添加苦荞淀粉)和常压组相比,超高压处理(200 MPa)苦荞淀粉使小鼠肠道中双歧杆菌增加量提高,乳酸杆菌增长速率增加。同样,刘航48研究发现经超高压改性的荞麦淀粉
25、与原淀粉相比也可显著改变小鼠肠道微生物菌群结构并增加有益菌属种类和数量。当对淀粉复合改性时,超高压处理对淀粉消化特性的影响也很显著。江扬49采用超高压协同交联酯化方法制备 RS4型荞麦抗性淀粉,并将其应用于苏打饼干中提升抗消化性功能。吴怡瑾等50研究发现超高压结合变温结晶处理糯米淀粉后 SDS 含量增加。另有研究表明,在韧化的基础上进行超高压处理可以进一步诱导淀粉糊中 RS 的增加51。4超高压淀粉的潜在应用淀粉的物理改性为淀粉工业的应用开拓了更广阔的空间。目前,超高压改性淀粉因其安全、绿色及环保的优势被广泛应用于淀粉及淀粉质产品的加工中,被誉为最有潜力的食品加工技术。近年来,超高压改性淀粉也
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 超高压 淀粉 理化 性质 影响 研究进展
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。