甘薯淀粉流變學(xué)、熱力學(xué)特性和分子結(jié)構(gòu)研究及其在粉絲生產(chǎn)中的應(yīng)用.pdf

1、甘薯和甘薯淀粉是我國的優(yōu)勢資源，而生產(chǎn)甘薯粉絲是合理利用和轉(zhuǎn)化甘薯淀粉最重要的途徑之一，將其生產(chǎn)工業(yè)化意義重大。由于粉絲的生產(chǎn)涉及到原料淀粉的流變學(xué)特性、熱力學(xué)特性和分子結(jié)構(gòu)，這些領(lǐng)域都是近年來淀粉研究的熱點和難點，尚未解決的問題較多。因此，本課題利用流變儀、差示掃描量熱儀(DSC)、質(zhì)構(gòu)儀、凝膠過濾色譜(GPC)、X-射線衍射儀、快速粘度儀(RVA)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，對甘薯淀粉的流變學(xué)特性、熱力學(xué)特性和分子結(jié)構(gòu)進行研究，探索甘薯淀粉在粉

2、絲加工中的作用機制，為推動淀粉類食品工業(yè)發(fā)展提供一定的理論知識。其主要研究內(nèi)容如下： 采用流變儀研究了甘薯淀粉糊和粉團的流變行為特性，發(fā)現(xiàn)兩者都是典型的非牛頓型流體，表現(xiàn)出剪切變稀和復(fù)合觸變性。在各種條件下的流變曲線圖上都呈現(xiàn)出不同滯后面積大小的具有屈服應(yīng)力的開口型滯后回路，用Cross方程擬合的精度比冪律方程高。兩者都具有溫度敏感性，可用Arrhenius方程來描述，但粉團比糊溫度敏感性更高。最適合的淀粉粉團攪拌和漏粉的條件為

3、：含水量44％，含淀粉糊量24％，溫度50℃，剪切速率10～100s<'-1>。甘薯淀粉糊的流變行為用高分子纏結(jié)理論來解釋；甘薯淀粉粉團的流變行為用顆粒在流場中的取向理論來解釋。 采用DSC對甘薯淀粉回生過程進行了研究，發(fā)現(xiàn)在水分含量70％，溫度為90℃以上，滲漏的直鏈淀粉分子不僅相互聚集形成較大的有序結(jié)晶區(qū)域，還與體系中的脂質(zhì)分子結(jié)合形成復(fù)合物，在后期冷卻過程中形成螺旋結(jié)晶，回生程度達到最大。甘薯淀粉糊在0～-4℃儲藏時，冰晶

4、的形成過程將阻礙支鏈淀粉外鏈的相互并攏和直鏈淀粉分子鏈的重排；4℃左右，結(jié)晶生長速度雖較慢，但最終回生程度最大；慢速降溫冷卻也有利于增大回生程度；支鏈淀粉結(jié)晶、直鏈淀粉-脂肪復(fù)合結(jié)晶物和純直鏈淀粉結(jié)晶的形成和完善是一個動態(tài)變化的過程，其動力學(xué)模型可用Avrami方程表達。短期回生以直鏈淀粉結(jié)晶為主體，長期回生以支鏈淀粉結(jié)晶為主體，并伴隨著直鏈淀粉鏈結(jié)晶的進一步完善和穩(wěn)定。 將感官評定、烹煮試驗和質(zhì)構(gòu)指標測定相結(jié)合，篩選出三個粉絲

5、品質(zhì)評價的關(guān)鍵指標，在本研究中其值達到下列范圍可視為合格粉絲：斷條率≤10％(煮沸50min)；硬度值50～120g/mm<'2>；拉伸強度≥14g/mm<'2>。通過單因子實驗確定了影響甘薯粉絲品質(zhì)的主要因素的適宜水平范圍，將響應(yīng)面分析方法應(yīng)用于甘薯粉絲生產(chǎn)工藝研究，確定最佳熟化冷卻段工藝條件為：糊化時間為20.08s，保持溫度為1.2～3.2℃，保持時間為17hr，在此工藝條件下進行重復(fù)實驗，得出實際粉絲指標為斷條率10％(煮沸30

6、min)，硬度75.05g/mm<'2>，拉伸強度13.69g/mm<'2>。 采用經(jīng)典的凝膠過濾色譜法(GPC)對于甘薯淀粉分子結(jié)構(gòu)進行了研究，并以綠豆淀粉作對照，發(fā)現(xiàn)甘薯直鏈淀粉(Am-SP)分子量比綠豆直鏈淀粉(A<,m>-MB)分子量??；甘薯支鏈淀粉(A<,p>-SP)分子量卻比綠豆支鏈淀粉(A<,p>-MB)分子量大。甘薯淀粉中含有中間級分的比例比綠豆淀粉高。A<,m>-SP和A<,p>-SP的平均鏈長瓦遠遠小于A<,

7、m>-MB和A<,p>-MB的CL；A<,m>-SP和A<,m>-SP的每分子鏈數(shù)多，分支度高：A<,m>-SP和A<,p>-SP的β-淀粉酶水解率分別為93％和60％。A<,p>-SP含有5個級分，其短鏈比例比長鏈高，A<,p>-MB的長鏈(DP40)比A<,p>-SP的長鏈(DP35)要長，而A<,P>-SP的短鏈(DP8)比A<,p>-MB的短鏈(DP15)更短。 通過酸和酶水解甘薯粉絲、并將其水解殘基進行GPC、DSC、

8、X-射線衍射、電鏡掃描等手段來分析甘薯粉絲結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：甘薯粉絲中回生過的支鏈淀粉水解后長鏈數(shù)量減少，短鏈數(shù)量增加；殘基中含有部分大分子級分和大量的小分子級分如極限糊精、麥芽糖和麥芽三糖等，表明其較容易被水解。甘薯粉絲水解前后的X-射線衍射強度有變化。推導(dǎo)甘薯粉絲的結(jié)構(gòu)由三部分組成：抗水解的結(jié)晶區(qū)(雙螺旋和無定形單鏈)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架(支鏈淀粉)和填充物質(zhì)(糊化后的淀粉破裂顆粒及其碎片)。 通過對甘薯淀粉分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、糊化回生與

9、粉絲品質(zhì)之間的參數(shù)進行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)對粉絲品質(zhì)影響很大，按顯著程度依次是：A<,M>含量>A<,p>短鏈量>A<,p>長鏈量>AM分支數(shù)>A<,p>短鏈長度>A<,M>鏈長>A<,p>長鏈長度>IM比例。甘薯淀粉的理化性質(zhì)對粉絲品質(zhì)影響依次是：膨潤力>溶解度>表觀直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量>蛋白質(zhì)含量>顆粒大小?；厣鷮Ψ劢z品質(zhì)的影響遠遠大于糊化對其的影響。RVA參數(shù)可作為預(yù)測粉絲品質(zhì)的重要手段之一。按照硬度要求，以綠豆淀粉作參

10、照，得出最適合加工粉絲原料淀粉應(yīng)具備：A<,m>含量30～40％，A<,m>平均鏈長不超過2500，每分子A<,m>不超過2個分支鏈；A<,p>的外側(cè)長鏈長度不低于DP40，外側(cè)短鏈長度不低于DP10。在眾多的甘薯品種中，篩選出蘇薯8淀粉為加工粉絲的優(yōu)良原料，徐薯18次之。 從大量添加劑的RVA和質(zhì)構(gòu)儀測試結(jié)果中篩選出魔芋膠和沙蒿膠按0.95:0.05的比例復(fù)配，總添加量為甘薯淀粉量的1％，能使甘薯粉絲品質(zhì)接近綠豆粉絲和添加明礬