豆渣膳食纖維動態(tài)超高壓微射流改性過程中超分子結構變化與性質(zhì)的關系研究.pdf

1、膳食纖維的改性對膳食纖維生理功能的發(fā)揮和應用領域的擴展具有重要意義。但膳食纖維結構與性質(zhì)間的關系還不清楚，膳食纖維改性機理的研究也并不深入，因此目前膳食纖維的改性缺乏針對性和目的性。本研究在對豆渣膳食纖維及其纖維素、半纖維素組分進行分離純化的基礎上，采用動態(tài)超高壓微射流技術(DHPM)這一新興的物理處理手段對豆渣膳食纖維及其各組分進行改性，借助超分子化學的研究手段對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)結構變化進行表征；分

2、析其超分子結構變化與性質(zhì)變化間的關系，并用統(tǒng)計學方法分析二者間的規(guī)律；對改性豆渣膳食纖維在酸奶和速溶可食用包裝膜中的應用進行嘗試。揭示動態(tài)超高壓微射流改性過程中豆渣膳食纖維超分子結構變化與性質(zhì)變化的規(guī)律，從超分子結構變化的角度初探動態(tài)超高壓微射流技術對豆渣膳食纖維的改性機理，為動態(tài)超高壓微射流技術在膳食纖維改性中的應用和豆渣膳食纖維改性機理的研究提供基礎數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，也為其它生物大分子改性機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，優(yōu)化膳食纖維及其各組分的分離制備工藝，其結果如下：酶-化學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，此時產(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℃、提取時間5.3h，該工藝條件下半纖維素的純度為92.34％。 經(jīng)動態(tài)超高壓微射流處理后，膳食纖維的膨脹力、持水力、結合水力、溶解性、化學可及度增大，樣品的酶解反應速率增加，熱穩(wěn)定性下降。DHPM改性后，膳食纖維溶液對剪切速率和剪切時間的敏感性增加，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。少量增加DHPM處理次數(shù)對

5、提高膳食纖維、纖維素、半纖維素的性能指標都能帶來積極的作用。但處理次數(shù)過多會對樣品的性能帶來不利影響，這種不利影響的出現(xiàn)時間隨處理壓力的增大而提前。DHPM改性過程中，膳食纖維、纖維素和半纖維素理化性質(zhì)在60-100MPa、120-160MPa和180MPa三個壓力范圍表現(xiàn)出不同的變化速率和趨勢。 處理壓力在60-140MPa時，隨處理壓力的升高樣品的結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處理對膳食纖維

6、及其各組分超分子結構的影響也不相同。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衍射譜圖中結晶峰出現(xiàn)彌散現(xiàn)象，結晶度降低。在120-140MPa，DHPM中由高壓瞬時釋放所導致的氣穴、膨化及氣蝕作用，會使物料由內(nèi)而外的發(fā)生膨爆和細化。此時，物料在細化的同時，結構變得更加松散，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、結晶度降低。在160和180MPa下，高壓導致物料高度破碎后，微小顆粒問的團聚，使得物料的測量粒度增加、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晶度和分子間的氫鍵作用也出現(xiàn)增大的趨勢。動態(tài)超高壓多次處理可提高樣品的均勻性，減小樣品的個體差異。當樣品粒度達到最小值后，增加處理次數(shù)會增大樣品間發(fā)生碰撞的機率，從而使樣品的團聚現(xiàn)象增加。 對DHPM改性過程中豆渣膳食纖維超分子結構變化與

8、性質(zhì)間的相關性進行分析，發(fā)現(xiàn)：①膳食纖維內(nèi)部纖維矩陣的完整度和網(wǎng)絡結構對膳食纖維的水化性能影響較大。膳食纖維內(nèi)部結晶結構保存的越好，結構越致密，其膨脹力越大；膳食纖維的結構越松散，樣品的持水能力越大。②改性膳食纖維的流變學特征與物料間的交聯(lián)程度密切相關。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晶度的大小，對膳食纖維酶解速率、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)變化間的相關性較大。⑤以膳食纖維的膨脹力、持水力、結合水力、表觀粘度、可及度為指標，通過多元二次回歸方法，考察粒度、密度和比表面積三個因素對其性質(zhì)的交互影響，并建立數(shù)學模型。模型對膳食纖維膨脹力、持水力、表觀粘度、化學可及度的擬合度較好，對樣品結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對其配方進行優(yōu)化。其結果為：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，水蒸汽透過率為4.348×10-12 gm-1s-1Pa-1，透油率為4.06×10-3gm-1d-1。 對添加改性膳食纖維的酸奶的質(zhì)構和感官指標進行考察后發(fā)現(xiàn)，DHPM140MPa處理后的膳食纖維最適于添加