“结构调控下的淀粉性能及其新资源探讨”特约专栏介绍(顾正彪,洪雁)

专栏介绍淀粉是禾谷类、薯类和豆类等农产品的主要成分。淀粉及其深加工行业是农产品加工的重要组成部分,是农产品增值的重要途径,其产品更是食品、医药、化工、造纸、纺织等30多个行业健康发展的重要支撑。淀粉高效利用和新资源挖掘是保障国家粮食安全的重要举措,功能性淀粉开发也是“健康中国”战略实施的有效途径。因此,淀粉及其深加工行业是关乎国计民生的基础产业。

未来淀粉——淀粉资源的挑战与思考

淀粉是人类活动的主要能量来源和重要的工业原辅料。然而,传统淀粉来源的植物受种植环境影响较大,土地资源有限,产量增长困难,满足不了人口增长的需要;另一方面,传统植物来源的淀粉,其结构相对固定、性能存在局限性,不能完全满足应用的需求,往往要通过结构修饰来调控其性能。化学方法是常用的结构修饰和性能调控手段,但化学反应过程带来的试剂用量受限、化工辅料残留、副产物的产生和淀粉分子中新化学基团的引入等问题,使其作为食品添加剂的使用存在安全隐患。因此,传统淀粉资源已经不能够完全满足人类可持续发展的要求,有必要开发具有“未来特点”的淀粉新资源。未来淀粉来源根据其特点可分为三类:一是将传统淀粉来源植物通过遗传育种或者基因编辑改造,实现淀粉结构的定向或定点改造,使淀粉具有特殊的应用性能;二是能够克服土地和自然环境限制、或者富含淀粉而尚未被充分开发利用的新淀粉资源等;三是不以植物和微生物为载体合成的无细胞合成新型淀粉。本文阐述了未来淀粉发展的必要性、可行性和发展趋势,以高直链淀粉、蜡质淀粉、浮萍淀粉、微藻淀粉、CO_(2)合成淀粉和多糖生物合成淀粉等为例,重点介绍了三类未来淀粉的研究现状和特点,将对未来淀粉的开发研究具有指导意义。

品质导向的粮油食品精准加工分子基础与调控

粮油是国家最重要的战略物资,粮油食品产业在国民经济中起着基础作用,深度关系着国计民生和国民健康。粮食和油料中营养组分丰富及其多尺度结构复杂,且加工方式多变,进而影响粮油食品的感官、安全特性和消化吸收、营养健康效应。本文通过系统梳理粮油食品发展现状及产业战略意义,品质导向的粮油食品加工与制造发展现状及面临的挑战,提出从粮油食品的加工过程控制,营养组分多尺度结构变化与结构重构,多维度品质特性调控3个角度,系统解析基于品质导向的粮油食品精准加工的结构基础与调控机制,重点探讨粮油食品中主要营养组分的加工适应性、互作机制,粮油食品加工对感官品质、健康品质和安全品质等品质特性的影响,多维品质与加工过程构效关系与关联调控机制等制约粮油食品未来发展的研究方向,以期建立品质导向的粮油食品精准加工的理论基础、技术方法和新型绿色加工策略,为创制感官、安全和健康品质协同提升的营养健康粮油食品提供理论支撑,推动我国粮油食品加工产业的高质量发展。

香芹酚乳液的稳定性和抑菌性研究

为了改善精油乳液的稳定性和抑菌性,使用吐温80、十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)作为乳化剂制备不同的香芹酚乳液,探究不同乳液的粒径、多分散指数(polydispersity index,PDI)、Zeta电位、抑菌性和贮藏稳定性的变化,并研究了香芹酚(carvacrol,CA)与香芹酚乳液的最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)和抗氧化活性差异。结果表明,与只使用吐温80制备的香芹酚乳液相比,SDS的加入可以显著降低香芹酚乳液的粒径和PDI值,增强乳液的Zeta电位值,并将香芹酚乙醇混合液[carvacrol-ethanol solution,CES,m(香芹酚)∶m(无水乙醇)=3∶1]含量由200 g/L提高到了400 g/L,同时抑菌性也有了明显的增强,并且以吐温80和SDS作为复合乳化剂制备的香芹酚乳液分别在4℃和25℃下贮藏45 d粒径均无明显变化。香芹酚对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌和枯草芽孢杆菌的MIC分别为0.3125、0.6250、1.2500、0.6250 mg/mL,而香芹酚乳液对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌和枯草芽孢杆菌的MIC均为0.3125 mg/mL。当香芹酚含量为5 mg/mL时,香芹酚和香芹酚乳液的DPPH自由基清除率分别为76.50%、82.54%,乳化体系增强了香芹酚的抗氧化活性。该研究为精油的广泛应用提供参考依据。

不同米淀粉精细结构对其回生特性的影响

选用4种不同的淀粉,通过考察回生特性,探究相对分子质量、链长分布、短程有序性、相对结晶度及半结晶层状结构等精细结构影响回生特性的机理。结果表明:与糯米淀粉和粳米淀粉相比,小米淀粉和黑米淀粉回生值、硬度和热焓值较大,糯米淀粉储藏前后硬度和回生后的热焓值均较小,具有较好的抗回生特性。研究发现,这是由于小米淀粉和黑米淀粉的直链质量分数较高(小米淀粉15.55%、黑米淀粉11.22%),支链淀粉峰M_(w)较大(小米淀粉M_(w)=2.12×10^(7)g/mol、黑米淀粉M_(w)=2.25×10^(7)g/mol)、半结晶层厚(小米淀粉d=6.9784 nm、黑米淀粉d=6.6986 nm),且中长链占比大(小米淀粉B1链占比40.91%),易形成稳定的双螺旋结构,具有更高的表面有序度(小米淀粉0.76、黑米淀粉0.70),回生后2种淀粉分子重排更有序稳定。

环糊精包合三丁酸甘油酯的分子机制研究

以环糊精(cyclodextrin,CD)为主体,三丁酸甘油酯(tributyrin,TB)为客体,采用共沉淀法制备CD/TB包合物,通过核磁共振、相溶解度、等温滴定微量热及分子模拟对其包合机制进行研究。结果表明,单一环糊精(α-CD、β-CD、γ-CD)均可与三丁酸甘油酯形成包合比为1∶1的包合物,其中β-CD最适于包合三丁酸甘油酯;环糊精包合三丁酸甘油酯是自发进行的微放热过程,焓熵协同驱动促进环糊精包合三丁酸甘油酯,其中熵驱动在包合过程中占主导地位,疏水作用力为主要作用;复配环糊精(α-CD∶β-CD∶γ-CD=2∶7∶1,物质的量之比)包合三丁酸甘油酯过程中的熵变(24.3 cal/mol K)比单一环糊精(β-CD为17.8 cal/mol K)提高了36.52%,同时包合稳定常数提高了79.21%,说明复配环糊精可提供更多与三丁酸甘油酯分子尺寸相匹配的疏水空腔,包合能力更强,从而达到更稳定的包合效果;最终,通过解析单一环糊精包合三丁酸甘油酯的分子对接模型,推测出复配环糊精协同包合三丁酸甘油酯的包合构象。该研究为环糊精包合体系的机制研究提供了参考依据。

源于类芽胞杆菌的低聚糖脱支酶底物特异性及其应用研究

脱支酶是淀粉深加工产业的常用酶制剂,然而传统脱支酶难以完全满足淀粉糖绿色生产及副产物综合利用的需求,因此有必要挖掘适合的新型脱支酶。本研究筛选并构建来源于类芽胞杆菌STB16的低聚糖脱支酶基因(oga)的枯草芽孢杆菌表达系统,实现低聚糖脱支酶的异源表达,并探究重组酶的酶学性质和底物特异性。结果表明,枯草芽孢杆菌发酵上清液的酶活力可达162.33 U/mL,重组酶的最适反应温度50℃、最适反应pH值6.0,且专一地作用于底物中聚合度为1的分支的α-1,6-糖苷键。相比于其它类型的脱支酶(底物转化率低于检出限),重组低聚糖脱支酶对异麦芽糖、异麦芽三糖、潘糖等异麦芽低聚糖具有更彻底的水解能力,底物转化率达97.4%~100%,且产物为葡萄糖,因此更适合用于处理葡萄糖母液,可使一次母液、二次母液和色谱分离尾液中葡萄糖含量分别提升3.6%,12.7%和34.4%。相关研究结果可为新型脱支酶的开发和利用奠定理论基础,也为淀粉糖加工副产物的综合利用提供重要参考。

OSA改性高直链玉米淀粉复合疏水膜的制备及性能研究

选用辛烯基琥珀酸酐(OSA)对高直链玉米淀粉(HACS)进行酯化处理,制备了3种不同改性程度的OSA淀粉(OS⁃3、OS⁃6、OS⁃9)。以3种OSA淀粉为原料,明胶为复配大分子,制备了3种OSA改性高直链玉米淀粉复合膜(OS⁃3/GEL、OS⁃6/GEL、OS⁃9/GEL),考察了复合膜的透光性、水溶性、吸湿性、水蒸气透过率及表面疏水性。结果表明,相比原淀粉复合膜,OSA改性高直链玉米淀粉复合膜各项性能均得到改善。其中OS⁃6/GEL的性能表现最佳,透光率达到87.72%,水溶性下降了24.5%,吸湿性下降了29.6%,水蒸气透过率下降了30.35%,表面最大静态接触角达到124.6°,动态接触角在3 min后仍达到100°以上;OSA改性降低了原淀粉的结晶度,提高了成膜组分间的相容性;OSA基团的引入使得淀粉与明胶分子中羟基作用减弱,二者间产生更为强烈的氢键作用。OSA改性改善了原淀粉复合膜的疏水性能,适量OSA基团引入制备得到的OS⁃6/GEL性能最佳,成膜表现出优异的疏水性能。

高支化修饰木薯淀粉及产物的理化性质研究

木薯淀粉在食品工业中应用广泛,但通常需要经过改性才可用于食品中。相较于传统的改性手段,酶法改性因环保安全、副产物少、产物得率高等优点成为淀粉领域的研究热点。采用来源于极端嗜热菌Rhodothermus obamensis STB05(R.obamensis STB05)的淀粉分支酶(GBE)对木薯淀粉进行高支化修饰,并分析了高支化修饰对木薯淀粉分子结构、稳定性及体外消化性能等理化性质的影响。结果表明,在酶添加量为100 U/g、反应时间为12 h的条件下对木薯淀粉进行改性,所得产物中α-1,6糖苷键摩尔分数达到7.85%,比天然木薯淀粉增加152.41%;木薯淀粉分子中长链比例降低,短链比例上升,平均链长降低。木薯淀粉糊液的稳定性研究表明,经高支化修饰后,木薯淀粉糊的溶解度、凝沉性、透明度稳定性及冻融稳定性等性质均有不同程度的改善,且体外消化性能提高。该研究结果为木薯淀粉生物改性及其工业化应用提供了理论依据。

DAAM/ADH 接枝交联复合改性淀粉木材胶黏剂的制备及表征

以硝酸铈铵(CAN)为引发剂,将双丙酮丙烯酰胺(DAAM)接枝到玉米淀粉上,通过DAAM的酮羰基(C=O)与己二酸二酰肼(ADH)间的酮肼交联反应,制备了DAAM/ADH接枝交联复合改性淀粉胶黏剂。通过胶黏剂的接枝率、接枝单体分布以及刨花板性能确定了最佳DAAM添加量,利用FT-IR、TGA和SEM表征了接枝和交联改性对胶黏剂性能与结构的影响。结果表明,当DAAM添加量为45 g时效果最佳,接枝率为16.75%,DAAM在淀粉上的分布最均匀,制备的刨花板断裂模量为10.56 MPa,弹性模量为1741.33 MPa,吸水厚度膨胀率为8.5%,接枝和交联反应成功进行,并且提高了胶黏剂的储藏稳定性、抵抗破坏的能力和热稳定性。

发酵米糕感官评价标准体系的建立

为了明确发酵米糕的感官特征并构建其科学、完善的感官评价标准体系,本研究通过建立感官评价小组,筛选出适合发酵米糕的感官指标,采用模糊二元对比决策法得到优选指标,运用加权统计法确定优选指标的分值权重,采用定量描述法建立发酵米糕科学的感官评价体系。结果表明:对比决策选出9项指标,分别为有光泽、米白色、蓬松、气孔均匀、米香味、酒味、柔软、有弹性和黏性适中;确定酒味和黏性适中的权重为0.9,米白色的权重为1.0,有弹性的权重为1.1,有光泽、蓬松、气孔均匀、米香味的权重为1.2,柔软的权重为1.3;利用定量描述法进行分级,确定各项指标以及感官评定方法,最终建立发酵米糕的评价标准。

大米淀粉的结构、组成与应用

本文对大米淀粉的结构、组成和应用进行了综述。较全面地概述了大米淀粉颗粒结构、分子结构特点和大米淀粉中的非淀粉组分 (蛋白质和脂质 )的性质及其对淀粉性能的影响 ;分析了大米淀粉和大米变性淀粉的性质及其开发应用情况 ;探讨了大米淀粉的潜在用途 ,包括大米多孔淀粉、抗消化淀粉、模拟脂肪和明胶替代物等 ;同时展望了大米淀粉工业的发展前景。

小麦A淀粉和B淀粉的比较

对实验室所制备的小麦A淀粉和B淀粉的组分、性质进行了研究。实验结果表明:B淀粉含有的蛋白质、脂肪、戊聚糖等成分明显高于A淀粉。A淀粉淀粉颗粒较大,颗粒形状主要为圆形,B淀粉中淀粉颗粒小,颗粒形状主要为椭圆形。A淀粉和B淀粉的结晶结构相似,都为A型。A淀粉的重量平均分子量(或重量平均聚合度)、数量平均分子量(或数量平均聚合度)、分散度都比B淀粉大。A淀粉的膨润力小于B淀粉,而蓝值、溶解度、粘度、相变温度和相变热焓均大于B淀粉。

马铃薯淀粉生产过程中薯渣的有效利用技术

马铃薯淀粉是我国马铃薯加工最为重要的方向,其生产过程中产生了大量含水量高、容易腐败变质,但含有部分可利用成分、具有一定开发利用价值的副产物马铃薯渣.综述了当前马铃薯渣综合利用的主要方向和相关技术,分析了其中存在的问题,并重点介绍了将马铃薯渣作为整体进行高效、快速综合利用的加工转化技术.

引发剂对淀粉接枝共聚反应影响的研究

本文研究了经过酸解处理的改性淀粉与醋酸乙烯酯的接枝共聚反应,主要分析了引发剂对淀粉接枝共聚反应的影响。研究发现,引发剂对淀粉接枝共聚反应的影响非常显著。在摩尔浓度相同的情况下,过硫酸铵对该体系的引发效果最佳;且过硫酸铵引发剂采取分阶段加入的方式有利于接枝共聚反应的进行,第一次在酸解开始时加入,这样既可以达到预引发的目的,还能对淀粉起到一定的氧化作用;第二次在接枝反应开始1.5h后加入;两次引发剂的最佳用量分别为淀粉干基质量的2.2%和0.45%。

淀粉接枝共聚物及其发展

淀粉接枝共聚物及其发展顾正彪，吴加根（无锡轻工大学食资系，无锡２１４０３９）淀粉接枝共聚物是继第一代变性淀粉──酸解、氧化、预糊化淀粉，第二代变性淀粉──淀粉衍生物之后的第三代变性淀粉，是按应用需要，在淀粉分子上接上一个合成高分子，使产物既具有天然高...

三种交联酯化冷水可溶淀粉性质的比较

通过不同工艺路线制备了相应的交联酯化冷水可溶淀粉,分别称为a、b、c淀粉,对它们的性质作了对比研究,结果发现,不同的工艺路线制备出的淀粉性质存在差异。a淀粉交联度最高,酯化取代度最低,在冷水中容易分散,形成的糊的粘度热稳定性好,但透明度差,容易凝沉;c淀粉交联度最低,酯化取代度最高,在冷水中不易分散,形成的糊的粘度热稳定性差,但透明度好,不易凝沉;b淀粉性质居于两者之间。

挤压机生产焦糖色素的后处理研究

对提高挤压机生产焦糖色素色率的方法进行了研究。结果表明,后续保温处理可有效提高产品色率,180℃保温效果最好;挤出物pH值对保温效果有影响;挤出物色率和含水量对保温效果影响不大,同时观察了保温过程中色率与红色指数的变化规律。

我国淀粉及其深加工工业现状和发展趋势

淀粉及其深加工产品包括淀粉、变性淀粉、淀粉糖、淀粉糖醇及淀粉发酵制品 ,在国民经济中占有重要的地位。就国内外淀粉及其深加工产品现状。

Mn^(3+)引发下淀粉丙烯腈接枝共聚物的制备

研究了Mn3+引发下 ,各工艺参数对淀粉丙烯腈接枝共聚反应的影响 .结果表明 :Mn3+配制中 ,Mn2 +与Mn7+的摩尔比 (r)对接枝百分率 (G)和单体转化率 (CE)影响最显著 ,反应体系 pH值对接枝效率 (GE)影响最明显 ,而反应温度对它们的影响相对较小 .三者对G、CE和GE的影响均呈二次项关系 ,且它们相互间交互作用不大 .它们的最佳范围分别为 :Mn2 +与Mn7+摩尔比为 4左右 ,pH为 1 .4左右 ,温度为 3 8℃左右 .另外 ,与原淀粉相比 ,氧化淀粉和酸解淀粉更易与丙烯腈起接枝共聚反应 ,而可溶性淀粉与丙烯腈反应效果最好 .