挤出对淀粉与植物蛋白复合物跨尺度结构与质构特性影响的研究进展

植物基营养健康食品已成为未来食品产业的发展方向以及国民健康饮食的重要需求。要研发植物基营养健康食品,就必须掌握加工过程中该类食品软物质的跨尺度结构变化规律及其对功能和特性的影响。本文在阐明营养健康食品跨尺度结构特征的基础上,分析植物基营养健康食品的创制途径与质构特性的调控机制。针对挤出加工技术的原理与应用,阐述挤出加工对淀粉与植物蛋白复合物跨尺度结构演变和质构特性影响的研究进展,指出相关研究领域应重点关注的基础科学问题,并对未来发展进行展望,以期为提升植物基营养健康食品品质,全面推进该产业的发展提供参考。

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。

酶解耦合湿热处理对板栗淀粉消化性能与回生性能的影响

板栗淀粉的消化和回生性能制约着板栗食品产业发展,合理选择食品加工方法调控板栗淀粉的消化和回生性能对开发高品质营养健康的板栗食品具有重要意义。本文探究了普鲁兰酶酶解及耦合湿热处理对板栗淀粉的消化率、长期回生和多尺度结构的影响。结果显示,酶解处理增加了板栗淀粉的直链淀粉含量,改变了淀粉链长分布,提高了淀粉短程有序结构和结晶结构,从而降低了淀粉消化率;进一步的湿热处理促进淀粉链相互作用,提高了淀粉短程有序结构、结晶结构和纳米聚集体结构,导致了更低的淀粉消化率。在储存过程中,由于酶解导致更短的A链增加及易于重排的B1链降低,使得淀粉形成的结晶结构和纳米聚集体结构较少,从而降低了淀粉的回生程度;湿热处理促进了A链分子与其他分子的相互作用,加剧抑制淀粉分子重排程度,导致回生程度继续降低。因此,酶解耦合湿热处理可作为一种有效的调控淀粉消化和回生性能的方法,促进慢消化和低回生度板栗淀粉食品的开发。

壳聚糖对氧化淀粉凝胶热挤压3D打印成型性的影响

氧化淀粉凝胶材料因其具有亲水性和电荷性、易反应与组装等优势,成为近年来食品及生物医药等领域研究和应用的热点材料,但其作为热挤压3D打印凝胶材料时却存在打印成型性较差及凝胶强度较低等缺陷。本研究提出利用壳聚糖与氧化淀粉分子间的非共价及化学交联作用对其进行调控,探究不同壳聚糖添加量对氧化淀粉凝胶材料的流变性能、打印成型性和凝胶强度的影响。结果表明:壳聚糖与氧化淀粉糊特性依然呈现典型的剪切稀化特征,随着壳聚糖添加量增加(0.5%~2%),氧化淀粉-壳聚糖凝胶体系中存在氢键及静电吸引等非共价相互作用导致黏度增大,触变性先提升后下降,流动应力(τ_(f))先减小后增大、屈服应力(τ_(y))先增大后减小。相比于氧化淀粉凝胶,氧化淀粉-壳聚糖凝胶均具有良好的打印成型性,尤其是当壳聚糖添加量为1%时,复合凝胶触变性最好,流动应力(τ_(f))最小、屈服应力(τ_(y))最大,因此打印成型性与打印精度最佳。此外,由于壳聚糖与氧化淀粉的非共价相互作用以及希夫碱化学交联作用,使得氧化淀粉凝胶网络结构更加致密,稳定性提升,凝胶强度显著增大,且随壳聚糖添加量增加变化趋势愈加明显。本研究结果可为氧化淀粉凝胶材料的性能改善及适合热挤压3D打印加工需求的氧化淀粉-壳聚糖凝胶材料设计与应用提供理论依据和技术支撑。

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。

杂环胺与牛血清白蛋白的相互作用研究

杂环胺是食物热加工生成的一类具有致癌性的化学危害物,考察其与转运蛋白的相互作用,对了解它的体内毒性有重要意义。通过多光谱方法研究了两种常见杂环胺2-氨基-3-甲基咪唑[4,5-f]-喹啉(IQ)和9H-吡啶并[3,4-b]吲哚(Norharman)分别与牛血清白蛋白(BSA)之间的相互作用。结果表明,两种杂环胺均能自发地与BSA结合产生荧光淬灭,且结合位点n均约为1个。IQ对BSA的荧光淬灭机理为动态和静态的联合淬灭,且以动态淬灭机理为主,两者的分子间相互作用主要是疏水作用力;Norharman对BSA的淬灭属于静态淬灭,结合力类型主要是氢键和范德华力。两种杂环胺与BSA之间的结合均能导致BSA构象的改变,且IQ引起的构象改变程度要高于Norharman。此外,依据能量最低原则,通过分子对接模拟了杂环胺与BSA的结合位点。

微波制备淀粉-油酸复合物及其消化特性的研究

目的微波制备淀粉-油酸复合物,降低大米淀粉消化速率,调控其消化特性。方法在微波作用下,将油酸引入淀粉体系使其与直链淀粉相互作用形成复合物,分析比较复合物的短程有序度、结晶结构、晶粒大小、热稳定性与消化特性的关系。结果相比于原淀粉,油酸的引入提高了淀粉的抗消化性,淀粉与油酸形成的复合物呈典型的V型结晶结构,并显示出比原淀粉更好的热稳定性。淀粉油酸复合物的短程有序度、相对结晶度、晶粒尺寸与微波处理温度呈负相关,且较低温度下制备的复合物具有更好的抗消化性。结论淀粉和油酸复合后消化速率降低,较低微波处理温度下制备的淀粉油酸复合物结晶结构更好,因而赋予其更好的抗消化性。

烘焙模拟体系中单氯丙醇酯和缩水甘油酯的生成规律研究

烘焙食品在热加工过程中容易产生单氯丙醇(monochloropropanediol,MCPD)酯和缩水甘油酯(glycidyl fatty acid esters,GEs)等危害物。为了明确这些危害物的生成规律,构建包括植物油、水、NaCl、酪蛋白的烘焙模拟体系,该研究监测了不同温度条件下3-氯丙醇酯(esters of 3-monochloro-1,2-propanediol,3-MCPD酯)、2-氯丙醇酯(esters of 2-monochloro-1,3-propanediol,2-MCPD酯)和GEs含量的变化,探究了油水比对MCPD酯和GEs的影响,从脂肪酸组成的角度探讨油脂种类对体系的影响,并进一步挖掘体系中MCPD酯和GEs含量与油脂氧化程度的相关性。结果表明,加热过程中MCPD酯和GEs同时存在生成与降解反应;温度、时间和油水比是影响MCPD酯生成的主要因素,其中加热温度和时间存在交互作用,体系中3-MCPD酯和2-MCPD酯含量随着时间延长先上升后下降并稳定;GEs也受温度和时间的影响,但不受油水比的影响;油脂的脂肪酸组成可能影响MCPD酯和GEs的生成,不饱和脂肪酸含量高(92.68%)的菜籽油体系中易生成更多的3-MCPD酯和2-MCPD酯;通过相关性分析发现,玉米油氧化程度与3-MCPD酯和2-MCPD酯含量呈负相关,而GEs含量与初级氧化程度呈正相关。该研究结果可为控制烘焙食品中MCPD酯和GEs的含量提供参考。

湿热-蒸煮处理对板栗淀粉-多酚复合物消化和回生性能的影响

该研究利用湿热-蒸煮处理制备板栗淀粉-多酚复合物,系统考察了在湿热-蒸煮处理条件下,多酚复合作用对板栗淀粉消化及回生性能的影响规律。结果显示,湿热处理可以显著提高板栗淀粉的抗消化性能,但会促进板栗淀粉的回生性能。而湿热-蒸煮处理过程中,多酚(绿原酸/咖啡酸)的添加能进一步提高淀粉的抗消化性能(抗消化成分含量:淀粉-绿原酸复合物6.77%;淀粉-咖啡酸复合物7.61%);同时在回生过程中多酚可以有效抑制淀粉长程有序结晶和聚集态结构的形成,从而降低板栗淀粉的回生(抗回生率:淀粉-绿原酸复合物16.25%;淀粉-咖啡酸复合物22.99%)。其中相对于绿原酸,咖啡酸对板栗淀粉的抗消化性能及抑制其回生的效果更为显著。此外,相对于高水分含量(90%)体系,60%水分含量蒸煮处理后的所有板栗淀粉-多酚复合物的抗消化性能和抗回生程度均更高。研究结果将为获得更长货架期的新型高品质板栗淀粉基营养健康食品提供基础数据及理论支撑。

挤出过程中板栗全粉-瓜尔胶-阿魏酸复合体系的加工特性变化

板栗产品的营养与品质可由板栗全粉的加工及消化特性决定,该研究提出利用挤出处理协同常见食品添加剂瓜尔胶及阿魏酸对板栗全粉进行改性,对其冻融稳定性、吸水性、吸油性、流变学特性以及体外消化特性进行了系统探究。结果显示,挤出协同瓜尔胶提高了板栗全粉的冻融稳定性、吸水性及水溶性,降低了吸油性、起糊温度,增大了崩解值并可调控其糊稳定性。在流变性质方面,挤出协同瓜尔胶作用有助于提高板栗全粉储藏过程中的凝胶刚性,但随着其添加量的增加凝胶刚性减弱。而进一步向体系中引入阿魏酸会增大峰值黏度、起糊温度、崩解值,但对板栗全粉的冻融稳定性、吸水性、水溶性、吸油性影响较小。同时挤出协同3 wt.%瓜尔胶及3 wt.%阿魏酸可使板栗全粉的抗消化组分增加27.00%~32.10%。研究结果表明挤出协同瓜尔胶及阿魏酸处理可有效改变板栗全粉的加工特性,可为新型板栗食品的创制提供基础数据。

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.

超高压处理对玉米淀粉结构及糊化特性的影响

利用光学显微、X-射线衍射、差示扫描量热、快速黏度分析技术研究了超高压处理对玉米淀粉结构及糊化性质的影响。结果显示,超高压处理能使玉米淀粉糊化,处理压力为500 MPa及600 MPa时完全糊化所需保压时间分别为15 min和5 min,但400 MPa超高压处理30 min也不会使淀粉糊化。超高压糊化过程中,淀粉颗粒结构逐渐破坏膨胀,结晶结构由A型向V型转化,RVA黏度曲线峰值黏度逐渐消失。适宜条件的超高压处理对淀粉颗粒同时具有韧化和晶体破坏作用。其中,400 MPa超高压处理5~10 min时,淀粉颗粒内部韧化作用占优,因而表现为相对结晶度、糊化温度(T_o,T_p)及糊化焓增加,而RVA曲线峰值黏度降低。

乙酰化己二酸交联蜡质马铃薯淀粉糊的黏度性质

采用Brabender黏度仪、旋转黏度计等现代分析仪器,研究了乙酰化己二酸交联蜡质马铃薯淀粉糊的流变、黏度性质,以及耐酸性和耐盐性等.结果表明:蜡质马铃薯淀粉经乙酰化己二酸交联后,淀粉糊的起糊温度由64.7℃升至67.3℃,峰值黏度从919 BU下降为652 BU,相对破裂强度从76.4%降至27.6%;糊的黏度稳定性、抗剪切稳定性、凝沉性都得到改善.此外,经乙酰化己二酸交联改性后的淀粉糊的耐酸性和耐盐性均有不同程度的提高.

聚己内酯/淀粉共混材料的非等温结晶动力学

以异氰酸酯(MDI)为相容剂,采用共混挤出技术制备不同含量的聚己内酯与淀粉的共混产物(SPCL),通过X射线衍射及DSC研究SPCL的结晶性质和非等温结晶行为,分别用Ozawa法和Mo法对所得数据进行处理.结果表明:随着淀粉含量的增加,SPCL的结晶程度降低;淀粉在SPCL中起到了成核剂的作用,加快了聚己内酯(PCL)的结晶速度,但对PCL的结晶程度起抑制作用.建模结果表明,Ozawa法适于处理纯PCL的非等温结晶行为,但不适于处理SPCL共混物,而Mo法对PCL和SPCL共混物均适用.

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.

大米活性肽功能效应研究方法及其应用前景

大米活性肽以其抗氧化、降血压、促免疫等生物特性,成为研究与开发的热点。文中简述了大米活性肽的功能效应,并对其生物检定、免疫学等研究方法逐一概述,最后对存在问题和研究开发前景进行了探讨和展望。

交联和羟丙基改性对玉米淀粉糊稳定性的影响

采用Brabender连续黏度测定仪,系统研究了三偏磷酸钠交联、环氧丙烷羟丙基化以及羟丙基、交联复合改性对玉米淀粉糊稳定性的影响.结果表明:玉米淀粉经交联改性后,起糊温度下降,糊的黏度稳定性得到改善,但冻融稳定性变化不明显;羟丙基改性降低了玉米淀粉的起糊温度,改善了淀粉的冻融稳定性,但黏度稳定性变化不大;采用羟丙基和交联复合改性能显著提高淀粉糊的黏度稳定性和冻融稳定性,其中,先交联后羟丙基改性对淀粉糊的稳定性改善更为明显.

糖基化修饰产物的抗氧化功能研究进展

蛋白质和糖类是食品中最重要的两类生物大分子,是影响食品质构的主要因素。目前用于蛋白质改性的方法很多,其中糖基化反应就是一种行之有效的改性方法,而修饰后的复合物显示出比各自独立存在更优越的性能,并产生一类具有抗氧化活性的产物,能够起到抗氧化的作用。本文就国内外各种糖基化修饰蛋白的抗氧化性进行了综述,并对其作为新型高分子食品配料具有体外抗氧化活性的保健食品在食品医药领域的应用前景进行了初步探讨。

发酵协同多酚复合对大米淀粉消化性能的影响

为提升大米淀粉的抗消化性能,采用发酵协同原花青素相互作用的方法和现代分析技术系统研究了原花青素C_(1)复合后发酵大米淀粉的消化性能变化规律,及发酵大米淀粉-原花青素复合物的颗粒形貌、半结晶层状结构、结晶结构、螺旋结构和表面短程有序结构等多尺度结构的变化情况,揭示了原花青素复合调控发酵大米淀粉抗消化性能的分子机制。结果表明:与原花青素复合后,发酵大米淀粉的快速消化淀粉和慢消化淀粉含量降低,而抗消化淀粉含量显著增加;原花青素与发酵大米淀粉相互作用形成特定有序结构,无定形区域中部分原花青素在消化过程中释放并抑制淀粉酶作用,共同提升发酵大米淀粉的抗消化性能。研究结果为提升发酵米制品的营养功能奠定了基础。