“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。

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。

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。

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。

酶法制备的环糊精-三丁酸甘油酯包合物对小鼠生长性能、抗氧化功能和肠道健康的影响

为了明确酶法制备的环糊精-三丁酸甘油酯包合物(ECT)在动物体内的生物效能,为其在动物饲料中的应用提供理论指导,将36只3周龄雄性BALB/c小鼠随机分为6组,分别为对照组、三丁酸甘油酯组、酶法环糊精组、麦芽糊精-三丁酸甘油酯复合物组、硅基三丁酸甘油酯组、ECT组,饲养5周后测定小鼠体质量、血清生化指标、肝脏抗氧化指标、小肠绒毛高度及隐窝深度、结肠长度、结肠组织学损伤评分、结肠杯状细胞数量以及粪便中短链脂肪酸含量,探究ECT对小鼠生长性能、抗氧化功能和肠道健康的影响。结果表明:与对照组相比,ECT组日均增重增加88.37%,料重比降低45.01%,血清中三酰甘油含量降低38.88%,总抗氧化活力提高36.45%,结肠组织学损伤评分降低,结肠组织中杯状细胞数量增加23.44%,粪便中总短链脂肪酸和丁酸含量分别增加64%和196%。综上,ECT能够提高小鼠的生长性能和饲料利用率,提高肝脏抗氧化能力,还能够促进小肠发育,提高肠道中丁酸等短链脂肪酸含量,预防结肠炎症,有益于肠道健康,具备作为营养型饲料添加剂的应用潜力。

钙离子协同溶氧提高重组β-CGT酶的可溶性表达量

环糊精葡萄糖基转移酶(Cyclodextrin glycosyltransferase,简称CGT酶)能够通过环化反应生成环糊精,但天然菌株发酵产酶的水平较低,使得环糊精的生产成本居高不下,因此旨在通过异源表达以及发酵优化策略来提高CGT酶的表达量。首先将来源于Bacillus xiaoxiensis STB08的cgt基因插入质粒pET-20b(+)中,在宿主菌Escherichia coli BL21(DE3)中进行分泌表达,在适宜的培养基中发酵96 h后,胞外酶活为34.66 U/mL。然后对发酵条件进行优化,改变溶氧以及添加一定终浓度的Ca^(2+)可使酶活提高到66.86 U/mL及83.15 U/mL,且溶氧与Ca^(2+)协同作用可使酶活提高到105.69 U/mL,相比于优化发酵条件之前提高了204.93%。最后通过蛋白质定位分析及流式细胞分析对溶氧及添加Ca^(2+)影响发酵水平的机理进行了研究。结果表明,较低的溶氧能够减少重组大肠杆菌包涵体的形成,且溶氧较低时细胞活性较高,但溶氧过低时菌体浓度太低,不能满足菌体正常生长及代谢的需求。而添加Ca^(2+)能够减少包涵体的形成,同时Ca^(2+)对细胞有较好的保护作用,因此,在溶氧以及Ca^(2+)的协同作用下,能够保证菌体的高生长浓度,且Ca^(2+)能够增加细胞透性并保护细胞,使得活细胞数目显著增多。该研究提高了CGT酶在大肠杆菌中的可溶性表达量,为该酶的工业化生产提供了新的策略及方法,也可为相关酶的发酵优化提供参考。

高直链淀粉玉米籽粒特性对淀粉提取的影响及工艺优化

以普通和高直链淀粉(G50、G70)玉米籽粒为原料,利用近红外分析仪、X射线显微断层扫描(XMT)和扫描电镜(SEM)对籽粒性质和微观结构进行测定。结果表明,高直链淀粉玉米中淀粉含量低,蛋白质含量高,XMT表明高直链淀粉玉米密度和角质率大,而角质胚乳中淀粉和蛋白结合紧密,导致淀粉难以从蛋白质基质从释放出来,因此需要对工艺进行调整。探究浸泡时间、浸泡温度、SO_(2)和乳酸添加量对G50和G70提取率和纯度的影响并优化工艺。G50最优工艺参数为:浸泡时间50 h、浸泡温度52℃、SO_(2)质量分数0.2%、乳酸质量分数0.5%,此条件下提取率为85.40%,纯度为95.79%;G70最优工艺参数为:浸泡时间50 h、浸泡温度56℃、SO_(2)质量分数0.2%、乳酸质量分数0.5%,此条件下提取率为83.70%,纯度为94.02%。

鲜食糯玉米食用品质与淀粉性质的相关性研究

鲜食糯玉米种类多,蒸煮后食用品质存在差异。为探究影响鲜食糯玉米食用品质的因素,选取4种鲜食糯玉米,并以一种普通玉米作为对照,以感官评定、质构特性、组分构成及淀粉糊化度分析为基础,并进一步提取淀粉组分对其热力学性质、糊化特性及结构特性展开研究。结果表明,4种鲜食糯玉米支链淀粉质量分数为95%~98%,质构硬度为2987~3633 g,煮制后糊化度为68%~91%。感官评定结果表明,糊化度较高的‘苏科糯1505’、‘苏科糯1704’口感较好。相关性分析结果表明,糯性分数、口感分数与糊化度呈显著正相关(P<0.05),相关系数分别为0.698、0.651;同时支链淀粉质量分数与口感分数呈显著正相关(P<0.05),相关系数为0.642;支链淀粉质量分数与硬度呈显著负相关(P<0.05),相关系数为-0.742。表明鲜食糯玉米煮制后籽粒中淀粉糊化度对口感影响较大。该研究为鲜食糯玉米食用品质与淀粉性质之间的相关性提供了参考,为寻找影响鲜食糯玉米品质的关键因素提供了新的研究方向与数据支持,对鲜食糯玉米产业发展具有一定的指导作用。

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 .

淀粉丙烯腈接枝共聚物及其皂化物的颗粒结构特性

使用扫描电子显微镜、偏光显微镜和Ｘ－ｒａｙ衍射分析仪，研究了淀粉、淀粉丙烯腈接枝共聚物（ＳＰＡＮ）及其经碱皂化后的产物ＨＳＰＡＮ的颗粒形貌结构和晶体特性。结果表明：ＳＰＡＮ仍具有类似于淀粉颗粒形貌的颗粒结构；同时，低接枝百分率的ＳＰＡＮ接枝反应主要发生在淀粉颗粒的非结晶区，但随着接枝百分率的提高，接枝共聚反应逐渐向淀粉颗粒内部结晶区渗透，淀粉颗粒的结晶区逐渐被破坏，当接枝百分率高于５４．８９％时，原淀粉颗粒的半结晶性基本上被完全破坏；而ＨＳＰＡＮ为非晶体结构。