淀粉及其功能化修饰与深加工研究动态

淀粉是自然界最丰富的可再生资源之一,广泛应用于食品、纺织、造纸、水产饲料、制药、化工、机械、石油、建筑等行业,对国民经济具有重要作用。淀粉及其功能化修饰与深加工承载着现代农业的发展,支撑着现代食品工业等加工制造业的快速健康和可持续发展,是确保国家食品、粮食等人民生活和工业发展必需品品质与质量安全的重要环节,也是保证农民增产增收和资源高效利用与农业综合效益的重要内容。特别是随着我国新型工业化、信息化、城镇化和农业现代化同步推进,产品新需求和产业新要求已成为淀粉及其功能化修饰与深加工利用发展的新常态,也对该领域的科技发展提出了新的挑战。

酯化淀粉薄膜中增塑剂与淀粉分子间相互作用的研究

采用酯化淀粉以邻苯二甲酸二乙酯(DEP)为增塑剂,经流延法制备了酯化淀粉薄膜。通过扫描电子显微(SEM)、傅立叶变换红外光谱分析仪(FT-IR)、小角/广角X射线散射(SAXS/WAXS)等现代分析技术对酯化淀粉薄膜的结构及增塑剂DEP与淀粉分子间的相互作用变化进行了系统分析。结果表明,随着增塑剂DEP含量的增加,增塑剂DEP分子减弱了淀粉分子内/间相互作用力,且导致了无定形区域中淀粉分子形成部分排列更规整的微晶结构,促使淀粉分子形成有序微区,但有序微区结构尺寸Rg在37nm^38 nm之间变化不大。通过调节酯化淀粉薄膜中增塑剂DEP含量,可控制增塑剂分子与淀粉分子间的相互作用、淀粉分子链段在薄膜中微区的有序排列程度及其规整程度,为设计抑制增塑剂迁移的酯化淀粉薄膜材料提供了基础数据。

辛巴蓝F3GA-羟丙基淀粉的制备及其对蛋白质的亲和分离特性

为了开发新型的淀粉基生物分离材料,制备了适用于亲和双水相萃取技术的辛巴蓝F3GA-羟丙基淀粉,并考察了其对蛋白的亲和分离特性。将三嗪类染料辛巴蓝F3GA分别偶联于不同取代度的羟丙基淀粉上,对其反应时间、温度以及pH进行考察,根据亲和配基密度,得到制备亲和分离材料的优化工艺条件为:反应温度60℃,反应时间6 h,pH 9.5。进一步考察了亲水性基团、亲和配基对羟丙基淀粉亲和材料/聚乙二醇双水相体系液液平衡的影响,表明,亲和配基的引入对系统的相平衡影响很小,系统结线都基本重合,斜率变化很小;随着羟丙基淀粉取代度的增大,双水相呈相区域向右移。牛血清白蛋白被分配到羟丙基淀粉亲和材料相中,当亲和配基密度达到1.25μmol/g时,分配效率从30%提高到80%以上。

不同品种马铃薯淀粉的结构

为研究不同品种马铃薯淀粉的结构特征,采用小角X射线散射仪、偏光显微镜、X射线衍射仪及凝胶渗透色谱-多角度激光光散射联用技术系统分析了10种马铃薯淀粉的半结晶层结构、结晶形态、直链淀粉含量、相对分子质量和分子构象.结果表明:10种马铃薯淀粉颗粒的半结晶层结构存在差异,陇3的半结晶层厚度最小,其双螺旋结构排列最为有序,青2和青6的半结晶层厚度最大;10种马铃薯淀粉颗粒均为多晶体系,其结晶形态均为B型结构,但结晶度不同;10种马铃薯淀粉的直链淀粉含量不同,费乌瑞它、青5、青8的重均分子质量相对较大,除青5在二甲基亚砜中的构象为无规则卷曲外,其余均为球型.上述不同层次结构的差异为加工专用马铃薯淀粉的开发提供了基础数据.

食品模拟体系中疏水性淀粉基膜材的结构变化

为考察疏水性淀粉基食品包装材料与食品模拟体系接触过程中的结构变化,采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和小角/广角X射线散射系统分析了淀粉基膜材的显微结构、链结构、分子间相互作用、结晶结构和微区结构.结果表明:在与食品模拟体系的接触过程中,随着模拟体系溶剂的渗透和增塑剂的迁移,淀粉基膜材中大分子链收缩聚拢,微晶结构聚集,晶面距减小,形成更致密的聚集态结构,增塑剂分子受到的作用力增大;淀粉醋酸酯大分子的运动性、溶剂渗透和增塑剂迁移受到更大的内阻力.

不同pH环境对醋酸酯淀粉薄膜结晶结构及降解性能的影响

为了考察醋酸酯淀粉薄膜在不同环境中的降解特性,将醋酸酯淀粉薄膜分别置于pH=1.2、7、12的模拟环境中一定时间进行降解,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、接触角测量仪、材料试验机、动态热机械分析仪(DMA)对不同浸泡时间的薄膜失重率、表面形貌、结晶结构、疏水性能及力学性能等进行了表征和分析。结果表明:不同pH环境对醋酸酯淀粉薄膜结晶结构及降解性能均有一定程度的影响。在降解过程中薄膜仍然保持V型结晶结构,疏水性能和断裂伸长率显著下降,拉伸强度呈先上升后下降的趋势。碱性环境中,薄膜在前14 d的降解速率最大,表面出现局部孔洞,结晶度呈逐渐升高的趋势;酸性环境中,降解后期降解程度较大,表面有明显缺陷,结晶度在降解前期上升,28 d后开始下降。研究结果为研制和开发不同降解时间要求和应用环境的淀粉基生物降解材料提供了基础数据。

辛烯基琥珀酸淀粉酯/海藻酸钠复合薄膜的结构性质分析

为了获得靶向人体消化道下端的功能因子微囊薄膜载体材料,本研究通过改变辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSAS)的取代度、分子量及海藻酸钠复合比例调控OSAS/海藻酸钠复合薄膜的载体性能,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、小角X射线散射(SAXS)系统探讨了海藻酸钠复合比例、OSAS取代度和分子量对复合薄膜结构和载体性能的影响规律。结果发现,海藻酸钠通过氢键与OSAS分子发生相互作用,海藻酸钠复合比例和OSAS取代度的提高及OSAS分子量的适度降低可促进复合薄膜有序微区的形成,诱导复合薄膜在胃液中的溶解率降低12.10%~18.90%;此外,提高海藻酸钠复合比例和OSAS取代度可诱导复合膜材的快消化成分降低3.6%~18.5%、抗消化成分提高11.1%~29.9%。研究结果为OSAS/海藻酸钠复合薄膜作为小肠末端或结肠靶向功能因子递送系统的载体材料奠定了基础。

淀粉链/支比和脂肪酸链长对淀粉-脂肪酸复合物结晶结构的影响

为研究淀粉和脂肪酸分子结构对淀粉-脂肪酸复合行为的影响,以不同链/支比玉米淀粉和不同链长脂肪酸为复合对象,采用紫外分光光度计和X-射线衍射仪分别测定了不同复合条件、脂肪酸链长及淀粉链/支比对淀粉-脂肪酸复合指数(CI)及淀粉结晶结构的影响。实验结果表明,随着反应时间的延长、反应温度的升高,淀粉-脂肪酸的CI值呈先上升后下降趋势,反应温度80℃时达到44.67%,反应时间30 min时达到30.45%;随着脂肪酸添加量的增加,淀粉-脂肪酸的CI值达到最大值(46.01%)后趋于平衡。脂肪酸碳链越长,淀粉-脂肪酸的CI值越大,同时形成更加完全的V型结晶结构;随着直链淀粉含量的增加,CI值也呈上升趋势,复合物中保留更完整的淀粉结晶结构。以上淀粉-脂肪酸复合过程中结晶结构的形成特点可为淀粉-脂肪酸复合物在健康食品开发应用提供参考。

不同酰基改性淀粉结构及热稳定性研究

本文用不同链长酸酐对G50玉米淀粉进行化学改性获得酯化淀粉。利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、X-射线衍射仪、小角X-射线散射仪及热失重分析仪表征酯化淀粉的表面形貌、分子结构、结晶结构、有序微区结构以及热性能。结果表明,酸酐碳链越长,取代反应程度越低;酯化淀粉颗粒呈碎片状,丁酸酯淀粉(DS=1.38)和己酸酯淀粉(DS=1.37)易聚集成团;酯化淀粉整体呈现无定型态,高取代度乙酸酯淀粉内部有序微区破坏程度最大,取代度相近时,酸酐碳链越长,对应的酯化淀粉存在周期性长程有序结构;相比于原淀粉,酯化淀粉的热稳定性得到增强,且当酸酐添加量相同时,随着酸酐碳链的增加,酯化淀粉的热稳定性增强程度呈下降趋势。以上结果可为完善酯化淀粉应用提供参考。

湿热处理对大米淀粉多层次结构及消化特性的影响

为了明晰湿热处理前后大米淀粉多层次结构与消化性能之间的关系,本研究采用体外模拟法测定湿热处理前后大米淀粉的消化性能,并通过小角X射线散射(SAXS)、X射线衍射(XRD)和凝胶渗透色谱-多角度激光光散射(GPC-MALS)等现代分析技术考察湿热处理前后大米淀粉不同层次结构的变化。研究表明,湿热处理可引起大米淀粉半结晶片层的有序化程度下降,降低其结晶程度和分子量;同时,伴随着淀粉颗粒内部层状、结晶及分子链结构的破坏,淀粉-脂质复合物的形成及Mw>2×107 g/mol的高分子量片段的降低和Mw<5×106 g/mol的低分子量片段比例的增加(0%增至21.3%)有利于大米淀粉慢消化和抗消化性能的提高,而当Mw<5×106 g/mol比例增至32.1%时,可能由于低分子量片段较多,反而阻碍了慢消化和抗消化性能的提高。研究结果为湿热处理加工技术调控淀粉及淀粉质食品的消化性能提供了理论支撑和基础数据。

食品模拟体系中淀粉基膜材增塑剂的迁移

本文采用酯化淀粉以三乙酸甘油酯为增塑剂,经流延法制备了酯化淀粉薄膜,并利用傅里叶红外光谱衰减全反射技术(ATR-FTIR)和热重分析仪(TGA)分析了淀粉基膜材与不同食品模拟体系接触后其表层增塑剂和整体增塑剂的变化情况。结果表明,基于与淀粉基膜材、增塑剂之间的亲和性差异,食品模拟体系对淀粉基膜材产生不同的溶胀作用,导致不同程度的增塑剂迁移;与淀粉基膜材亲和性越高的食品模拟体系,对淀粉基膜材表层和内部的溶胀更迅速,并可溶解更多的增塑剂分子,从而导致淀粉基膜材中更大程度的增塑剂迁移;表层增塑剂和整体增塑剂的迁移情况差异表明,溶剂溶胀和增塑剂迁移由膜材表层向内部发生。基于以上结果可推断,在实际应用过程中,选择合适的应用领域、设计调整材料结构可主动抑制增塑剂迁移,实现这类新型包装材料的安全使用。

食品模拟体系中淀粉基膜材增塑剂迁移的动力学模型

本文以高取代度酯化淀粉为基材、以三乙酸甘油酯为增塑剂制备了淀粉基膜材。以热重分析技术(TGA)分析了膜材与食品模拟体系接触后增塑剂的变化情况,在此基础上对用增塑剂向食品体系的迁移过程进行了整体动力学分析和扩散模型分析。结果表明,在与淀粉基膜材亲和性较低的4%乙酸体系中,增塑剂的整个迁移过程更符合整体一级动力学,增塑剂短期迁移过程遵循菲克第二扩散定律,而后续的迁移遵循非菲克扩散定律;在与淀粉基膜材具有更高亲和性的65%乙醇和正己烷体系中,增塑剂迁移遵循非菲克扩散定律,且长期迁移更显著。以上结果说明,基于食品模拟体系与膜材的亲和性差异,增塑剂通过溶胀层向食品模拟体系的迁移呈现不同的动力学特点,且因膜材/模拟体系相互作用的影响而改变。

亲和-超滤载体对His标记重组AxCeSD吸附特性的研究

采用金属螯合亲和层析技术纯化了N-末端组氨酸(His)标记的重组蛋白Ax Ce SD。以2000 ku的水溶性葡聚糖Dextran T2000为基质,亚氨基二乙酸(IDA)作为螯合剂,Cu2+做亲和配基制备了能特异性吸附重组蛋白His标记的水溶性葡聚糖亲和-超滤载体,并探讨了p H、离子浓度、吸附时间以及温度等因素对水溶性葡聚糖亲和-超滤载体吸附重组蛋白Ax Ce SD的影响。结果表明,在一定范围内,随着p H和温度的升高亲和-超滤载体对Ax Ce SD吸附量增加,而随着离子浓度的增加其对Ax Ce SD吸附量减少;亲和-超滤载体对Ax Ce SD的吸附在30 min内能够达到平衡。应用Langmuir方程拟合了等温条件下亲和-超滤载体对Ax Ce SD的吸附曲线,得到最大理论吸附量为125.15 mg/g,解离常数为3.259×10-6 mol/L,说明亲和-超滤载体对His标记的重组Ax Ce SD的吸附为以螯合作用为主的特异性吸附。

不同消化性能青稞全粉与中筋小麦粉复配体系的流变特性分析

为获得营养丰富且品质良好的青稞类食品,本研究选用不同消化性能青稞全粉作为研究对象,通过与中筋小麦粉复配的方法强化青稞粉的加工性能。采用布拉班德连续粘度计、微量粉质仪和质构分析仪,探讨不同消化性能青稞粉与不同添加量中筋小麦粉复配后,其糊性质、粉质特性和面团流变特性的变化,获得不同复配条件对青稞粉加工性能的影响规律。研究表明抗消化成分含量越高的青稞粉峰值粘度(113 cp)、热糊稳定性(76 cp)和凝胶性能(75 cp)越低,起糊温度(92.5℃)、冷糊稳定性(15 cp)和抗凝沉性(55 cp)越高;而中筋粉的添加对青稞粉粉质特性有提高作用,且随RC含量增加,其粉质特性受体系内其它组分的影响较大,面团的拉伸特性显著提升,从而有效改善了其加工性质。研究可为新型营养健康青稞产品的研发提供理论依据和基础数据。