豆渣膳食纖維動(dòng)態(tài)超高壓微射流改性過(guò)程中超分子結(jié)構(gòu)變化與性質(zhì)的關(guān)系研究.pdf

1、膳食纖維的改性對(duì)膳食纖維生理功能的發(fā)揮和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展具有重要意義。但膳食纖維結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的關(guān)系還不清楚，膳食纖維改性機(jī)理的研究也并不深入，因此目前膳食纖維的改性缺乏針對(duì)性和目的性。本研究在對(duì)豆渣膳食纖維及其纖維素、半纖維素組分進(jìn)行分離純化的基礎(chǔ)上，采用動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)(DHPM)這一新興的物理處理手段對(duì)豆渣膳食纖維及其各組分進(jìn)行改性，借助超分子化學(xué)的研究手段對(duì)不同改性條件下豆渣膳食纖維、纖維素和半纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行表征；分

2、析其超分子結(jié)構(gòu)變化與性質(zhì)變化間的關(guān)系，并用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析二者間的規(guī)律；對(duì)改性豆渣膳食纖維在酸奶和速溶可食用包裝膜中的應(yīng)用進(jìn)行嘗試。揭示動(dòng)態(tài)超高壓微射流改性過(guò)程中豆渣膳食纖維超分子結(jié)構(gòu)變化與性質(zhì)變化的規(guī)律，從超分子結(jié)構(gòu)變化的角度初探動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)對(duì)豆渣膳食纖維的改性機(jī)理，為動(dòng)態(tài)超高壓微射流技術(shù)在膳食纖維改性中的應(yīng)用和豆渣膳食纖維改性機(jī)理的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，也為其它生物大分子改性機(jī)理的研究提供參考和借鑒。 以膳食纖維

3、、纖維素和半纖維素的純度為指標(biāo)，優(yōu)化膳食纖維及其各組分的分離制備工藝，其結(jié)果如下：酶-化學(xué)法制備膳食纖維的最佳工藝條件為：木瓜蛋白酶用量0.012g/g濕豆渣、提取液pH值12.03、堿提溫度68℃，樣品中膳食纖維含量為95.59％：酸性次氯酸鈉法分離纖維素的最佳條件為：次氯酸鈉溶液濃度為16％、pH4.0-4.5、65℃提取2小時(shí)，此時(shí)產(chǎn)品中纖維素含量為91.14％；堿提酸沉法分離半纖維素的最佳工藝條件為：液固比21：1、提取溫度35

4、.5℃、提取時(shí)間5.3h，該工藝條件下半纖維素的純度為92.34％。 經(jīng)動(dòng)態(tài)超高壓微射流處理后，膳食纖維的膨脹力、持水力、結(jié)合水力、溶解性、化學(xué)可及度增大，樣品的酶解反應(yīng)速率增加，熱穩(wěn)定性下降。DHPM改性后，膳食纖維溶液對(duì)剪切速率和剪切時(shí)間的敏感性增加，表現(xiàn)出更明顯的假塑性流體特征，且處理壓力越大，樣品的觸變性越大。但隨處理壓力的變化，纖維素溶液的表觀粘度與膳食纖維和半纖維素溶液表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。少量增加DHPM處理次數(shù)對(duì)

5、提高膳食纖維、纖維素、半纖維素的性能指標(biāo)都能帶來(lái)積極的作用。但處理次數(shù)過(guò)多會(huì)對(duì)樣品的性能帶來(lái)不利影響，這種不利影響的出現(xiàn)時(shí)間隨處理壓力的增大而提前。DHPM改性過(guò)程中，膳食纖維、纖維素和半纖維素理化性質(zhì)在60-100MPa、120-160MPa和180MPa三個(gè)壓力范圍表現(xiàn)出不同的變化速率和趨勢(shì)。 處理壓力在60-140MPa時(shí)，隨處理壓力的升高樣品的結(jié)晶度和氫鍵作用減弱，比表面積不斷增大。然而不同壓力區(qū)間DHPM處理對(duì)膳食纖維

6、及其各組分超分子結(jié)構(gòu)的影響也不相同。在60-100MPa，DHPM的作用主要體現(xiàn)為由外而內(nèi)的剪切、破碎。此時(shí)隨著處理壓力的增加，膳食纖維及半纖維素的粒度減小、密度增大、比表面積增大，樣品分子間的氫鍵作用減小，伴隨著X衍射譜圖中結(jié)晶峰出現(xiàn)彌散現(xiàn)象，結(jié)晶度降低。在120-140MPa，DHPM中由高壓瞬時(shí)釋放所導(dǎo)致的氣穴、膨化及氣蝕作用，會(huì)使物料由內(nèi)而外的發(fā)生膨爆和細(xì)化。此時(shí)，物料在細(xì)化的同時(shí)，結(jié)構(gòu)變得更加松散，表現(xiàn)為粒度增大、密度減小、比

7、表面積增大，分子間氫鍵作用減弱、結(jié)晶度降低。在160和180MPa下，高壓導(dǎo)致物料高度破碎后，微小顆粒問(wèn)的團(tuán)聚，使得物料的測(cè)量粒度增加、密度增大、比表面積減小。并且該壓力下經(jīng)多次處理樣品的表觀結(jié)晶度和分子間的氫鍵作用也出現(xiàn)增大的趨勢(shì)。動(dòng)態(tài)超高壓多次處理可提高樣品的均勻性，減小樣品的個(gè)體差異。當(dāng)樣品粒度達(dá)到最小值后，增加處理次數(shù)會(huì)增大樣品間發(fā)生碰撞的機(jī)率，從而使樣品的團(tuán)聚現(xiàn)象增加。 對(duì)DHPM改性過(guò)程中豆渣膳食纖維超分子結(jié)構(gòu)變化與

8、性質(zhì)間的相關(guān)性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)：①膳食纖維內(nèi)部纖維矩陣的完整度和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)膳食纖維的水化性能影響較大。膳食纖維內(nèi)部結(jié)晶結(jié)構(gòu)保存的越好，結(jié)構(gòu)越致密，其膨脹力越大；膳食纖維的結(jié)構(gòu)越松散，樣品的持水能力越大。②改性膳食纖維的流變學(xué)特征與物料間的交聯(lián)程度密切相關(guān)。改性后密度小，支化程度高的樣品其表觀粘度大，剪切稀化現(xiàn)象越明顯，觸變性也越大。③改性膳食纖維樣品結(jié)晶度的大小，對(duì)膳食纖維酶解速率、溶解度等性質(zhì)具有較大的影響。伴隨著樣品結(jié)晶度的減小，膳食

9、纖維的酶解速率增加、溶解度提高、且樣品的熱穩(wěn)定性下降。④膳食纖維樣品的密度變化與其性質(zhì)變化間的相關(guān)性較大。⑤以膳食纖維的膨脹力、持水力、結(jié)合水力、表觀粘度、可及度為指標(biāo)，通過(guò)多元二次回歸方法，考察粒度、密度和比表面積三個(gè)因素對(duì)其性質(zhì)的交互影響，并建立數(shù)學(xué)模型。模型對(duì)膳食纖維膨脹力、持水力、表觀粘度、化學(xué)可及度的擬合度較好，對(duì)樣品結(jié)合水力未獲得擬合度較高的回歸模型。 DHPM改性膳食纖維具有較好的成膜性。采用經(jīng)DHPM100MP

10、a改性的膳食纖維為膜材制備速溶可食用膜，并以膜的溶解速度和阻隔性為指標(biāo)對(duì)其配方進(jìn)行優(yōu)化。其結(jié)果為：料液比為1：35，每100g膳食纖維溶液添加1.00g增稠劑，1.00g蜂蠟和1.25g甘油。所得膜的溶解速度為19sg-1，水蒸汽透過(guò)率為4.348×10-12 gm-1s-1Pa-1，透油率為4.06×10-3gm-1d-1。 對(duì)添加改性膳食纖維的酸奶的質(zhì)構(gòu)和感官指標(biāo)進(jìn)行考察后發(fā)現(xiàn)，DHPM140MPa處理后的膳食纖維最適于添加