等离子处理对淀粉多尺度结构及苦荞淀粉-槲皮素互作的影响

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong479
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淀粉作为自然界中含量最丰富的生物聚合物之一,天然淀粉固有的缺陷限制了其应用。以高分子科学理论为指导的新型食品加工技术调控淀粉的结构和性质的研究已成为当今淀粉科学发展的主流方向。等离子体技术是一种具有工业应用潜力的淀粉物理改性新技术,具有操作简单、绿色环保、节约成本等优点。但目前等离子改性淀粉的研究多采用长周期处理模式,对等离子处理与淀粉多尺度结构特性的系统性研究相对缺乏。同时,聚焦应用等离子体与多酚结合技术改变淀粉理化和消化性质的研究鲜见报道。因此本研究应用一种新型高压短时(high-voltage and short-time,HV-ST)低温等离子设备,以淀粉多尺度结构为切入点,系统探索其对不同粒径结构淀粉、不同晶型(A型、B型和C型)淀粉和不同直支比玉米淀粉多尺度结构的影响,结合NLLS模型拟合体外消化曲线,揭示淀粉多尺度结构的变化与体外消化特性的关系;利用物理双改性策略,研究等离子体协同槲皮素复合技术对淀粉抗消化特性的影响。主要研究内容和结果如下:(1)以小麦淀粉为对照,系统研究具有不同粒径结构的A型杂粮淀粉(苦荞淀粉、高粱淀粉和藜麦淀粉)在HV-ST低温等离子中暴露30 s后其结构、理化和消化特性的变化。结果表明,所有淀粉直链淀粉含量和分子量显著下降,表观粘度显著降低,淀粉溶解度、透光度及粒径分布显著提高。其中藜麦淀粉分子量从44.5×106 g/mol下降到0.3×104 g/mol,降幅最大。等离子处理导致苦荞和高粱淀粉表面具有更多直径更大的孔洞和通道,而小麦和藜麦淀粉经等离子处理后淀粉颗粒发生聚集。淀粉晶体类型不变,结晶度和糊化温度显著提高,淀粉两消化阶段的水解动力学参数(C∞和K)均提高。(2)以苦荞淀粉(A型)、马铃薯淀粉(B型)、豌豆淀粉(C型)为原料,采用多种结构表征手段,系统研究HV-ST低温等离子处理对不同晶型淀粉多尺度结构的影响,明晰体外消化特性的变化情况。结果表明,马铃薯淀粉分子量从2.45×107g/mol下降到1.74×107 g/mol,下降幅度最大。等离子处理导致淀粉颗粒内部产生从脐心向外延伸的孔洞,淀粉由表面分形结构转变为质量分形结构。淀粉无定形层厚度、单螺旋含量和无定形含量均显著下降,而淀粉结晶层厚度和双螺旋含量提高。等离子处理诱导产生较高的消化能力,苦荞淀粉以“由内而外”和“并排”的形式双向酶解,其消化率提高最大。(3)以蜡质玉米淀粉、普通玉米淀粉和高直链玉米淀粉为原料,系统研究HV-ST低温等离子处理对不同直支比玉米淀粉多尺度结构特性、热特性和体外消化特性的影响。结果表明,经等离子处理后,蜡质玉米淀粉分子量从2.39×107g/mol下降到0.96×107g/mol,下降幅度较大。蜡质玉米淀粉和普通玉米淀粉结晶层厚度增加,分子有序性提高,属于结构更紧凑的质量分形,糊化温度和糊化焓也相应提高。高直链玉米淀粉结晶片层和非结晶片层厚度减小,糊化温度和糊化焓下降。淀粉颗粒表面发生刻蚀(孔洞、通道和沉积),淀粉比表面积增大,与淀粉酶反应的结合位点增大,因此体外消化率(C∞)和水解速率(K)均显著提高。(4)以苦荞淀粉为原料,系统研究HV-ST低温等离子强度对其理化特性和体外消化特性的影响。等离子体处理后,淀粉糊溶液p H值从6.99显著降低到3.22,FT-IR谱带上1720 cm-1处FWHH增大,1149和929 cm-1(C-O-C骨架)处减弱表明苦荞淀粉表面发生了氧化反应。等离子处理后苦荞淀粉短链(DP~6-24)比例升高,中长链(DP≥25)比例下降,淀粉链长分布向短链转移。苦荞淀粉长程和短程结构有序性提高,热稳定性提高。淀粉糊粘度显著降低,G’和G’’降低,凝胶强度下降,体外消化率(C∞)和水解速率(K)均显著提高。淀粉发生的所有变化与处理强度(电源电压和时间长度)呈正相关。(5)利用等离子处理导致淀粉比表面积增大,产生更多短而小分子链的特点,初步探索HV-ST低温等离子处理协同槲皮素复合对苦荞淀粉多尺度结构和消化特性的影响。槲皮素以“桥接”方式与淀粉链通过溶液中的非共价相互作用结合,提高了淀粉链的有序度,淀粉结构更致密,结晶度和热稳定性提高。槲皮素的添加提高了体系的粘度,降低体系的流动指数,限制了淀粉对水解酶的可及性。与原始苦荞淀粉相比,等离子处理协同槲皮素复合后抗性淀粉含量由20.66%(pre-TBS)提高到44.21%(pre-TBS-P-Q-80)。综上,HV-ST低温等离子技术可达到改变淀粉颗粒结构、晶体结构、层状结构、分形结构和链结构的效果。此外利用HV-ST低温等离子协同槲皮素复合技术可产生更高的抗性淀粉。本研究为从分子水平实现等离子体技术调控淀粉性质提供理论基础,为淀粉绿色改性技术提供新途径,为研发营养健康淀粉类食品提供新材料。
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