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多糖和蛋白质是食品原料中重要的两类生物大分子,是影响食品质构的主要因素,对食品的功能特性发挥着重要的作用。此外,由于多糖-蛋白质间的非共价作用特殊的生物功能以及多糖-蛋白质复合凝聚体在食品和生物领域内潜在的应用前景,使得多糖与蛋白质之间的相互作用备受关注。同时,随着国际环境友好化学与技术的发展,多糖和蛋白质制品深加工逐渐注重绿色加工技术。因此,本论文选择多糖及蛋白质中应用十分广泛的玉米淀粉和酪蛋白作为研究对象,系统研究这两种典型生物大分子在温度场中处理过程中和过程后的结构和性质变化,继而探讨加工过程中温度对淀粉和酪蛋白复合行为及最终的复合物结构和性质的影响规律。并提出了温度处理对淀粉与蛋白质复合体系的结构和性质影响的物理模型,将研究结果与假设的物理模型进行验证,系统地阐明此温度加工过程对淀粉-蛋白复合物的结构、性质和复合行为的影响规律。
利用动态粘弹性分析技术和快速流变分析技术测定了淀粉-蛋白双组分体系在温度处理过程的动态粘弹性和粘度的变化,找出了能构造淀粉-蛋白复合物的工艺条件,具体为:玉米淀粉含量为6.0%,高粘度酪蛋白占总固形物比例40.0%或45.5%,或玉米淀粉含量为6.0%,低粘度酪蛋白占总固形物比例40.0%的淀粉-蛋白双组分体系,经历从常温升至95℃,保温30 min,再降温至5℃的温度加工条件,能够形成淀粉-蛋白复合物。用快速粘度测定法发现降温速率不会根本性地影响复合物的形成及复合历程。此外,还通过考察温度处理后的淀粉-蛋白复合物的质构特性。复合物的TPA参数值,包括硬度、黏附性、胶黏性和咀嚼性等,及凝胶强度值大部分低于一般双组分系统,对应着复合结构的存在。蛋白质的粘度对淀粉-蛋白复合物的质构特性也有影响,淀粉-高粘度酪蛋白复合凝胶的TPA参数值和凝胶强度值均明显高于淀粉-低粘度酪蛋白复合凝胶。
在此基础上,利用差示扫描量热技术和激光拉曼光谱技术从微观结构角度考察了温度对淀粉与蛋白复合物的影响,通过实验证实了,复合物的微观结构与普通淀粉-蛋白双组分体系有着明显的区别。激光拉曼光谱拉曼光谱测试表明复合物中属于淀粉的特征谱线不明显,分子结构中含有更多的α螺旋的蛋白质二级结构,二硫键处于扭曲-扭曲-反式构象。根据热焓变化可以反映生物大分子结构变化的原理,利用差示扫描量热法对复合物进行了热力学和动力学研究,由实验结果得知淀粉-蛋白复合物的二次相转变峰的温度范围为:淀粉-高粘度酪蛋白复合物约为55℃至60℃,淀粉-低粘度酪蛋白复合物约为78℃至83℃。证实了淀粉与酪蛋白在降温过程中发生了复合,其复合体系的结构更加有序化。与淀粉体系相比,在降温阶段,酪蛋白的存在令淀粉与酪蛋白体系更易于向有序重构。
构建出了温度对淀粉-蛋白复合物的微观结构、质构性质及复合过程具体行为影响规律的物理模型。从分子水平上阐述重要物理因子(降温速率等)和化学因子(食品组分种类、含量和相互作用等)对这两种典型食品组分及其所构建的复合体系特性影响的内在规律。物理模型包括温度加工过程淀粉.蛋白双组分体系的结构一般变化规律、动态黏弹性变化的一般规律、复合物形成的条件及复合物特殊的结构和性质、复合过程的机理、与淀粉.蛋白凝胶的质构特性描述。复合物的形成主要由于降温过程酪蛋白对复合体系中自由体积的占据,进而促进了复合体系分子的有序重构。
本文通过结合流变学方法、激光拉曼光谱、差示扫描量热技术等现代分析手段考察温度处理对淀粉和蛋白双组分体系的微观结构与宏观性能的作用程度,从分子水平上阐述重要物理因子(降温速率等)和化学因子(食品组分种类、含量和相互作用等)对这两种典型食品组分及其所构建的复合体系特性影响的内在规律,最终建立描述和预测相关食品加工过程淀粉-蛋白复合物整体特性的物理模型,为物理场中多糖和蛋白质组分的相互作用行为提供了基础数据;同时,为开发新型食品和新的物理场加工食品技术,也为物理场加工对食品体系品质的影响奠定了理论基础。