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中国精品科技期刊2020

超高压力场下不同含量酒精对淀粉结构与理化性能的影响

于佳佳, 王瑞珠, 兰思思, 陈恺

于佳佳,王瑞珠,兰思思,等. 超高压力场下不同含量酒精对淀粉结构与理化性能的影响[J]. 食品工业科技,2024,45(22):55−62. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2023120132.
引用本文: 于佳佳,王瑞珠,兰思思,等. 超高压力场下不同含量酒精对淀粉结构与理化性能的影响[J]. 食品工业科技,2024,45(22):55−62. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2023120132.
YU Jiajia, WANG Ruizhu, LAN Sisi, et al. Effect of Different Alcohol Contents on Starch Structure and Physicochemical Properties under Ultra-high-pressure Field[J]. Science and Technology of Food Industry, 2024, 45(22): 55−62. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2023120132.
Citation: YU Jiajia, WANG Ruizhu, LAN Sisi, et al. Effect of Different Alcohol Contents on Starch Structure and Physicochemical Properties under Ultra-high-pressure Field[J]. Science and Technology of Food Industry, 2024, 45(22): 55−62. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2023120132.

超高压力场下不同含量酒精对淀粉结构与理化性能的影响

基金项目: “人才引领林果业提质增效”试点工作核桃产业专家团队-精深加工岗(HTCYZJTD2020-04)。
详细信息
    作者简介:

    于佳佳(1983−),女,硕士,副教授,研究方向:面制品加工,E-mail:yujiajia1225@sina.cn

    通讯作者:

    陈恺(1985−),男,硕士,正高级实验师,研究方向:农产品加工及副产物综合利用,E-mail:122733612@qq.com

  • 中图分类号: TS213.3

Effect of Different Alcohol Contents on Starch Structure and Physicochemical Properties under Ultra-high-pressure Field

  • 摘要: 本研究探讨了不同压力场(200、400、600 MPa)与不同含量酒精(30%~100%)作用下淀粉多尺度结构和理化性能的变化规律,旨为揭示超高压处理过程中溶液极性变化诱导淀粉多尺度结构转变进而调控其理化特性的分子机制。采用扫描电镜、小角X射线散射、X射线衍射、快速黏度分析等研究了不同压力场下溶液酒精含量对淀粉颗粒结构、层状结构、结晶结构以及糊化与老化特性的影响规律。结果发现,纯水相中的淀粉颗粒在600 MPa压力时,其颗粒态、层状及结晶结构破坏严重,淀粉糊峰值粘度次递下降;而在含有30%~100%酒精的溶液体系中,淀粉有序化结构向无序化形态的转变受到明显抑制,但其峰值粘度呈现无规律变化趋势。此外,超高压处理过程中溶液的酒精成分还可明显延缓淀粉糊的老化行为,且老化淀粉的结晶度与淀粉糊的回生值呈现较强正相关关系。综上,研究结果将为基于超高压与溶液极性处理定向调控淀粉结构与功能特性提供理论指导。
    Abstract: In order to understand the effect of different alcohol contents (30%~100%) on starch structure and physicochemical properties under ultra-high-pressure field (200, 400, 600 MPa), changes of starch multi-scale structure and physicochemical characteristics were investigated. Related techniques such as scanning electron microscopy, small-angle X-ray scattering, X-ray diffraction and rapid viscosity analysis were applied for evaluating how pressure fields and alcohol content affected the granular structure, lamellar structure, crystalline structure, pasting and retrogradation behaviors of starch. Results showed that, starch granular, lamellar and crystalline structures were severely disrupted under 600 MPa pressure and pure water solution, and the peak viscosity of starch gradually decreased. And the alterations from starch ordered structure to its disordered form were significantly inhibited with the increased alcohol content (30%~100%), whereas its peak viscosity displayed an irregular trend. Furthermore, the alcoholic component in the solution during ultra-high pressure treatment could significantly delay the aging behavior of starch paste. In summary, this research would provide theoretical guidance for rationally controlling the starch structure and functional properties based on ultra-high-pressure with different solution polarity.
  • 淀粉是膳食中重要碳水化合物来源,其不仅为人体提供必要能量,同时还作为添加剂、生物材料应用于食品、化妆品及生物医药领域[12]。淀粉分子是由D-吡喃葡萄糖通过α-1,4或α-1,6糖苷键连接形成的多羟基高分子聚合物,其分子链通过大量的分子间及分子内羟基间氢键作用,在淀粉颗粒内部的不同尺度水平上形成多尺度结构,主要有双螺旋结构、结晶结构、半结晶层状结构、生长环结构等[36]。研究表明,淀粉的多尺度结构能够显著影响淀粉的理化特性,如淀粉分子的有序结构(包括螺旋结构、结晶结构和层状结构等)与其消化性、糊化温度及回生程度呈显著负相关[79],直链淀粉含量与淀粉老化性质、热稳定性、峰值粘度等呈正相关[1012]。由上述研究可知,淀粉的多尺度结构能够显著影响并调控淀粉糊化、老化和消化行为的转变。

    其中,淀粉的糊化与老化行为可显著影响淀粉基食品的加工、外观、口感、质构等品质,从而影响相关产品的加工工艺、贮藏及消费者的可接受程度[11]。然而,淀粉基食品在贮藏期间,其淀粉分子链间依旧能够发生缠绕、键合、重排等互作,即形成非均相混合体系,从而导致相关产品出现脱水缩合、外观变化(粒状、不透明)、硬度增加、货架期短等劣变现象,已经成为制约淀粉基食品产业发展的瓶颈[9,13]。因此,根据实际加工需要,淀粉糊化与老化行为的定向调控显得尤为重要。而从淀粉结构影响其功能特性的角度来说,淀粉结构的定向调控行为能够有效调节其糊化与老化性能的改变。如何利用新型加工技术调控淀粉多尺度结构特征,是实现淀粉糊化与老化性能定向调控的重要研究内容。

    超高压技术作为非热物理改性淀粉的关键技术之一,通常为在室温和100~1000 MPa压力条件下破坏淀粉分子中的非共价键(如氢键和范德华力),使淀粉的内部结构由有序变为无序状态,结晶度降低,从而导致淀粉的回生率、黏度和起始糊化温度变化[14],如超高压处理能够导致淀粉有序结构发生破坏,同时也可能增强淀粉分子链间的相互作用,从而抑制淀粉的老化[15]。一般来说,淀粉在超高压处理过程是在水相中进行。研究者主要研究了超高压处理过程中压力对淀粉多尺度结构与性质的影响,如张晶等[16]研究发现经超高压处理后的淀粉糊黏性和弹性增强,热稳定性提高。Guo等[17]考察了不同压力场下的超高压处理对莲子淀粉结构、回生性能的影响规律,结果表明随着压力的增强,淀粉结晶度降低,回生趋势减弱;吴怡瑾等[18]认为超高压处理破坏了淀粉分子内部原有的氢键、范德华力、疏水相互作用等次级键,致使淀粉分子链节的“活化度”和链段间的“柔性空间”得以提升,能够促进淀粉分子链的重排,从而形成新的有序化结构。然而,除了水相外,在超高压场作用下,溶剂极性变化如何影响淀粉结构与理化性能的研究尚未有报道,且在水相超高压处理过程中,淀粉容易发生糊化,从而限制了其某些特定情况的应用。酒精是GB 2760-2014允许的食品加工助剂,其不会直接导致淀粉发生糊化[19],相比于淀粉的水相超高压处理,水溶液中酒精的存在是否会导致淀粉的多尺度结构和理化性能出现差异,目前尚不清楚。

    因此,本文将通过调控体系中的酒精含量(30%~100%),研究超高压处理过程中溶液极性差异对淀粉颗粒结构、层状结构与结晶结构等不同尺度结构的影响规律,同时揭示超高压处理过程中体系酒精含量差异对淀粉糊化与老化行为的影响规律,以期为超高压处理过程中体系极性改变调控淀粉结构与理化性能的研究提供理论参考。

    大米淀粉 无锡金农生物科技有限公司,淀粉的直链淀粉、脂质、蛋白质和灰分的含量分别为8.9%、0.1%、0.9%、0.1%;酒精 国药集团化学试剂有限公司。

    5 L-HPP-600 MPa超高压处理装置 包头科发高压科技有限责任公司;SU1510扫描电子显微 日本日立公司;NanoSTAR小角X-射线散射 德国Bruker公司;Rigaku/MiniFlexⅡ X-射线多晶粉末衍射仪 日本理学公司;RVA4500快速黏度测定仪 澳大利亚波通仪器有限公司;DZKW-4恒温水浴锅 北京中兴伟业仪器有限公司。

    称取30 g(干基重量)大米淀粉,分别加入150 mL含有不同浓度(0%、30%、60%和100%,v/v)的酒精,置于聚乙烯袋中,分别置于5 L-HPP-600 MPa型超高压处理装置中处理30 min,压力大小设置为200、400和600 MPa,高压腔内温度保持在25 ℃。处理结束后,置于−80 ℃冰箱冷冻,利用冷冻干燥机对样品进行冷冻干燥,随后粉碎、过150目筛,样品备用。所得样品用X%-YM来标记,其中X表示酒精的含量,Y表示超高压处理过程的压力。其中,未经任何处理的大米淀粉标记为RS(Rice starch)。

    将导电胶贴在扫描电镜样品台上,随后将淀粉样品轻轻洒落在导电胶上,吹去多余部分,置于喷金仪进行喷金处理,利用扫描电镜对淀粉形貌特征进行观察[20]

    取一定量淀粉样品,加入一定去离子水,将样品配制成水分含量为60%(w/w)的淀粉悬浮液,于25 ℃环境下平衡12 h。随后,将样品置于NanoSTAR型小角X-射线散射样品台上,吸除多余的水分,在电压为40 kV、电流为50 mA的条件下测试10 min,收集淀粉的散射信号,用于分析淀粉的层状结构特征的变化[21]

    利用X-射线多晶粉末衍射仪(XRD)测试淀粉结晶结构差异。测试前,将淀粉样品置于含有氯化钡饱和溶液的干燥器中平衡一周,确保不同样品的水分含量相一致。测试条件:扫描范围4°~45°,扫描速度10°/min,步长0.013°,工作电压40 kV,工作电流40 mA。测试结束后,利用Jade 6.0软件计算不同样品的结晶度[2223]

    配制质量浓度为5%(干基,w/v)的淀粉悬浮液,利用快速粘度分析仪测试淀粉悬浮液在加热过程中的粘度变化,加热程序设置为:30~95 ℃,7.5 ℃/min;95 ℃保温5 min;95~30 ℃,7.5 ℃/min。测试结束后,记录样品的起始糊化温度(pasting temperature,Tp)、峰值粘度(peak viscosity,Vpeak)、谷值粘度(trough viscosity,Vtrough)、终止冷却粘度(viscosity at end cooling,Vec),并计算淀粉糊的回生值(Vsb=Vec−Vtrough[24]

    取1.2 g(干基)上述1.2.1中制备的淀粉样品于50 mL离心管,加入20 mL超纯水,密封后置于沸水浴中糊化30 min。随后冷却至室温,置于4 ℃冰箱冷藏3 d,随后取出样品冷冻干燥。干燥结束后,粉碎、过150目筛,利用XRD测定不同样品的结晶结构变化,用于比较不同样品的老化行为差异。

    利用SPSS 22.0软件包中的LSD和Duncan多重分析对所获得的数据进行统计学分析,分析数据间的统计学差异性(检验水平P=0.05)。图表中不同字母表示数据间有显著性差异(P<0.05)。

    超高压协同酒精处理前后大米淀粉的颗粒形貌特征如图1所示。由图1可知,大米淀粉颗粒主要呈现为多角形的形貌特征,本研究中,其他受处理样品的颗粒形貌特征与大米淀粉无显著性差异,但0%-600 M样品的颗粒形貌呈现不规则形状,该变化可能是由于淀粉颗粒在水相及高压处理下发生糊化现象,并导致淀粉颗粒之间发生聚集,颗粒尺寸有所增大。对于超高压处理过程中溶液极性的变化,即当酒精含量为30%时,在200~600 MPa的压力处理条件下,样品颗粒仍可维持其原有的形貌,但随着压力的不断提高,淀粉颗粒表面略微粗糙,有膨胀趋势,这可能是由于高压迫使水侵蚀淀粉颗粒表面,致使颗粒呈现粗糙外观形貌;当酒精含量为60%、90%时,随着处理压力的变化,样品颗粒形貌几乎与原淀粉无差异,表明溶液极性的提升可保护淀粉颗粒免受超高压处理的影响,一方面可能由于乙醇具有空间填充作用,使淀粉颗粒对高压具有更高的耐受性;另一方面,可能由于部分乙醇作为配体进入到直链淀粉的螺旋空腔中形成具有致密且稳定的结构,该结果与Shi等[25]研究一致。

    图  1  超高压协同酒精处理前后大米淀粉的颗粒形貌
    注:每组内左图放大倍数为1000,右图放大倍数为3000。
    Figure  1.  Granular morphology of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment

    超高压协同酒精处理前后大米淀粉的SAXS图谱如图2所示。RS在约0.68 nm−1处有一明显的散射峰,这是淀粉片层结构的特征峰[2627]。在纯水相中,200~400 MPa压力并未导致淀粉片层结构特征峰发生显著的变化;而随着压力增大到600 MPa时,淀粉片层结构特征峰完全消失,说明淀粉片层结构在600 MPa水相环境中完全被破坏[2829]。随着酒精含量增大到30%时,200~400 MPa压力依然不明显改变淀粉片层结构特征峰,说明淀粉片层结构在该条件下不发生明显变化;而当压力增大到600 MPa时,淀粉的片层结构特征峰的分辨率和峰面积显著降低,对应淀粉片层结构遭到一定程度的破坏。相比于纯水相,含有30%酒精的水溶液在600 MPa下对淀粉片层结构的破坏作用更小,说明体系中的酒精有效延缓了淀粉片层结构的无序化,这可能源于酒精并未起到良好的增塑作用(与水分子相比),从而导致淀粉分子链段和链节的“柔性空间”有限,阻碍了水分子对淀粉片层结构的破坏;且酒精可能具有空间填充效应,自由体积减少,从而导致片层结构运动所需的空间尺寸不足,阻碍了其片层结构的损伤[19]。当水溶液中的酒精含量高于30%时,200~600 MPa的压力不明显改变淀粉片层结构特征峰,表明淀粉片层结构在该条件下不发生明显变化。此外,淀粉片层特征峰的峰位置变化如表1所示,大米原淀粉的片层特征峰在0.683 nm−1左右(即q,散射矢量),根据Woolf-Bragg公式(d=2π/q)可计算得到片层厚度为9.20 nm,且由表1可知,除0%-600 M样品外,其余淀粉样品的片层特征峰均在0.683 nm−1,表明超高压处理并未导致淀粉片层厚度的改变。特别地,随着超高压处理过程中酒精含量与压力的增加,样品的片层厚度与原淀粉一致,均为9.20 nm,表明溶液极性变化并未引起超高压淀粉层状厚度的变化。

    图  2  超高压协同酒精处理前后大米淀粉的SAXS双对数图谱
    Figure  2.  SAXS double logarithmic patterns of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment
    表  1  超高压协同酒精处理前后淀粉的片层厚度及相对结晶度(RC)参数
    Table  1.  Lamellar thickness and relative crystallinity (RC) of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment
    样品 q(nm−1 d(nm) RC(%)
    RS 0.683±0.014a 9.20±0.19a 21.03±0.31a
    0%-200 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 21.10±0.46a
    0%-400 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 19.87±0.57b
    0%-600 M n.d. n.d. 8.00±0.44d
    30%-200 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 20.80±0.42ab
    30%-400 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 19.17±0.42c
    30%-600 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 18.97±0.35c
    60%-200 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 20.90±0.15a
    60%-400 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 20.30±0.30b
    60%-600 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 19.17±0.31c
    100%-200 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 21.00±0.32a
    100%-400 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 19.70±0.30bc
    100%-600 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 19.57±0.15c
    注:同一列中,不同上标小写字母表示组间差异显著(P<0.05);n.d.表示未检测到。
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    为进一步揭示片层结构的有序度,本文对淀粉原始SAXS曲线(I(q)~q)进行Kratky转变(q2I(q)~q)[3031],并观察淀粉特征散射峰的峰面积变化,结果如图3所示。由图可知,在纯水相中,200~400 MPa压力对淀粉片层特征峰的峰面积没有显著变化,而600 MPa压力则导致淀粉片层特征峰基本消失,对应淀粉片层结构的完全破坏。而在含有30%酒精的水溶液中,200~400 MPa压力不显著改变淀粉片层特征峰面积,但600 MPa压力则导致片层特征峰面积显著降低,说明淀粉片层结构在600 MPa压力下遭到部分破坏。当水溶液中酒精含量高于30%时,200~600 MPa压力均不导致淀粉片层特征峰面积发生明显变化,说明淀粉片层结构的有序度在该条件下不发生明显变化。这些结果与图2的结果相一致,证实了体系中酒精的存在延缓了高压诱导淀粉片层结构的无序化转变,且酒精的含量与高压下淀粉片层结构的破坏程度有明显负相关关系。

    图  3  超高压协同酒精处理前后大米淀粉的Kratky曲线
    Figure  3.  Kratky curves of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment

    超高压协同酒精处理前后大米淀粉的结晶结构变化如图4所示。大米原淀粉在15°、17°、18°和23°(2θ)处有明显衍射峰,表明大米淀粉含有典型A型结晶结构淀粉;同时,RS在约20°(2θ)处有一衍射峰,对应淀粉V型结晶结构的特征峰[3233]。在纯水相中,200~400 MPa压力下样品衍射峰的形态和强度未发生明显变化,表明其未对淀粉的结晶结构造成显著影响;但随着处理压力增至600 MPa时,淀粉在15°、17°、18°和23°(2θ)的衍射峰消失,表明水相体系中600 MPa超高压处理显著破坏了淀粉的结晶结构。当体系中酒精含量为30%~100%时,200~600 MPa压力对淀粉在15°、17°、18°和23°(2θ)处的衍射峰强度没有明显影响,说明200~600 MPa压力对含有30%~100%酒精的水溶液中的淀粉结晶结构没有显著影响。

    图  4  超高压协同酒精处理前后大米淀粉的X-射线衍射图谱
    Figure  4.  X-ray diffraction patterns of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment

    进一步分析不同样品的相对结晶度差异,结果如表1所示。200 MPa压力处理对淀粉结晶度的影响与酒精含量无关,均表现为不显著改变淀粉结晶度,结晶度大小约为21%。随着压力增大至400 MPa,淀粉的结晶度显著降低,降低幅度与酒精含量没有明显相关关系,降幅均为2%以内。当压力进一步增大到600 MPa时,纯水相中的淀粉结晶度大幅度降低至8%,而含有酒精的水溶液中的淀粉结晶度不再发生较大幅度变化(变化幅度在1%以内)。这些研究结果表明:超压力力场下,溶液中的酒精有效延缓淀粉结晶结构的无序化演变,与上述层状结构研究结果一致,进一步表明乙醇的空间填充效应。

    淀粉的糊化温度影响淀粉水热加工的能耗,淀粉糊峰值粘度则决定淀粉结合水的能力和淀粉酶活性大小,而淀粉糊的回生行为同时影响淀粉糊的传输、加工及淀粉类制品的品质特性(如硬度、弹性等)[3435]。超高压协同酒精处理前后大米淀粉的相关糊化结果变化如图5所示。由图5a可知,超高压处理能显著降低淀粉的糊化温度,且随着压力的增大,淀粉的糊化温度进一步降低,这是因为超高压破坏了部分淀粉有序结构,能够促进淀粉与水分子的水合作用[17]。此外,随着体系中酒精含量增多,超高压对淀粉糊化温度的影响逐步降低,这是因为酒精抑制淀粉有序结构的无序化演变。

    图  5  超高压协同酒精处理前后大米淀粉糊化温度、峰值粘度、回生值与压力关系
    Figure  5.  Relationship between starch pasting temperature, peak viscosity, setback viscosity and pressure during ultra-high-pressure and alcohol treatment

    图5b可知,在200 MPa处理条件下,超高压处理导致淀粉峰值粘度显著下降,且其降低程度与酒精含量成正相关。当压力增大到400 MPa时,水相体系下淀粉的峰值粘度继续降低,而随着酒精含量的提高,淀粉样品的峰值粘度未发生明显变化或增大;当压力增大至600 MPa时,水相体系下淀粉的峰值粘度进一步降低,而随着酒精含量的提高,淀粉样品的峰值粘度呈波动变化趋势。本文较难归纳出400~600 MPa压力处理对淀粉峰值粘度的影响规律,但由图可初步推断出:当体系中酒精含量为60%时,有利于超高压调控淀粉糊粘度的持续下降。

    图5c可知,超高压处理能够显著降低淀粉的回生值,在纯水相中,随着压力的不断增大,淀粉的回生值不断降低,两者呈现出一定的相关关系。相较于不含酒精的纯水相超高压前处理,当淀粉悬浮液体系内含有30%~100%酒精时,超高压处理对淀粉回生值的降低程度更大。然而,超高压前处理过程中,酒精含量对回生值的影响似乎没有遵循特定规律,但可粗略看出:较高压力及体系含有较高酒精含量的前处理,能够较大程度降低淀粉糊化过程的回生值,这可能是由于乙醇与直链淀粉所形成的络合物,阻碍水分进一步迁移和淀粉颗粒溶胀,导致直链淀粉分子迁移受限,从而抑制了直链淀粉的重结晶。

    超高压协同酒精处理前后淀粉糊在4 ℃储藏3 d后的结晶衍射图谱如图6所示。所有淀粉在约13°、17°和20°(2θ)处有明显衍射峰,表明老化淀粉含有典型的B型和V型结晶结构[5]。超高压协同酒精处理后,老化淀粉的结晶度显著降低(见图6a),表明超高压前处理能有效延缓淀粉的老化行为,且该老化抑制行为与淀粉超高压前处理过程中的酒精含量有关。由图6b可知,200~400 MPa下,体系中30%~60%的酒精含量有利于淀粉老化行为的控制;而在600 MPa压力下,溶液中60%~100%的酒精含量则更有利于淀粉老化行为的抑制,这可能与淀粉糊化过程中回生值的降低有关(图5c)。因此,本文探讨了淀粉糊的回生值与老化淀粉的结晶度之间的关系,结果发现二者之间呈现较强正相关关系(图7),这可能由于淀粉的短期老化过程中形成的有序化结构为淀粉的重结晶过程提供“晶种”,从而有利于老化淀粉结晶度的提高[9]

    图  6  超高压协同酒精处理前后大米老化淀粉的X-射线衍射及相对结晶度图谱
    Figure  6.  X-ray diffraction and relative crystallinity patterns of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment
    图  7  超高压协同酒精处理前后老化淀粉结晶度与淀粉糊化回生值的关系
    Figure  7.  Relationship between relative crystallinity of retrograded starches and setback viscosity of starch granules subjected to ultra-high-pressure and alcohol treatment

    本文研究了超高压力场下溶液极性变化对淀粉多尺度结构和理化性能的影响。基于淀粉颗粒特征、层状结构及结晶结构的演变规律可知,在纯水相超高压处理过程中,淀粉有序化结构容易转变为无定型结构,且淀粉的有序化结构在600 MPa压力完全转变为无定型结构;而在含有30%~100%酒精的溶液中,淀粉颗粒形貌、层状结构和结晶结构在超高压处理过程中不发生明显变化,表明超高压处理过程中溶液极性的提高可延缓淀粉颗粒结构的破坏,超高压诱导淀粉无序化转变的现象也被显著抑制。此外,超高压处理可显著抑制淀粉糊的老化行为,当超高压处理体系存在30%~100%酒精时,淀粉糊的老化抑制程度增大。由此可见,通过调控超高压体系中酒精含量可有效延缓淀粉糊的老化行为。

  • 图  1   超高压协同酒精处理前后大米淀粉的颗粒形貌

    注:每组内左图放大倍数为1000,右图放大倍数为3000。

    Figure  1.   Granular morphology of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment

    图  2   超高压协同酒精处理前后大米淀粉的SAXS双对数图谱

    Figure  2.   SAXS double logarithmic patterns of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment

    图  3   超高压协同酒精处理前后大米淀粉的Kratky曲线

    Figure  3.   Kratky curves of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment

    图  4   超高压协同酒精处理前后大米淀粉的X-射线衍射图谱

    Figure  4.   X-ray diffraction patterns of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment

    图  5   超高压协同酒精处理前后大米淀粉糊化温度、峰值粘度、回生值与压力关系

    Figure  5.   Relationship between starch pasting temperature, peak viscosity, setback viscosity and pressure during ultra-high-pressure and alcohol treatment

    图  6   超高压协同酒精处理前后大米老化淀粉的X-射线衍射及相对结晶度图谱

    Figure  6.   X-ray diffraction and relative crystallinity patterns of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment

    图  7   超高压协同酒精处理前后老化淀粉结晶度与淀粉糊化回生值的关系

    Figure  7.   Relationship between relative crystallinity of retrograded starches and setback viscosity of starch granules subjected to ultra-high-pressure and alcohol treatment

    表  1   超高压协同酒精处理前后淀粉的片层厚度及相对结晶度(RC)参数

    Table  1   Lamellar thickness and relative crystallinity (RC) of rice starch before and after ultra-high-pressure and alcohol treatment

    样品 q(nm−1 d(nm) RC(%)
    RS 0.683±0.014a 9.20±0.19a 21.03±0.31a
    0%-200 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 21.10±0.46a
    0%-400 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 19.87±0.57b
    0%-600 M n.d. n.d. 8.00±0.44d
    30%-200 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 20.80±0.42ab
    30%-400 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 19.17±0.42c
    30%-600 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 18.97±0.35c
    60%-200 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 20.90±0.15a
    60%-400 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 20.30±0.30b
    60%-600 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 19.17±0.31c
    100%-200 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 21.00±0.32a
    100%-400 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 19.70±0.30bc
    100%-600 M 0.683±0.014a 9.20±0.19a 19.57±0.15c
    注:同一列中,不同上标小写字母表示组间差异显著(P<0.05);n.d.表示未检测到。
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  • [1]

    OGUNSONA E, OJOGBO E, MEKONNEN T. Advanced material applications of starch and its derivatives[J]. European Polymer Journal,2018,108:570−581. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2018.09.039

    [2] 赵黎平. 发芽及超高压处理对糙米淀粉特性的影响及其在低脂产品中的应用研究[D]. 南京:南京农业大学, 2015. [ZHAO L P. Effect of germination and ultra-high-pressure treatment on brown rice starch properties and development of low-fat product[D]. Nanjing:Nanjing Agriculture University, 2015.]

    ZHAO L P. Effect of germination and ultra-high-pressure treatment on brown rice starch properties and development of low-fat product[D]. Nanjing: Nanjing Agriculture University, 2015.

    [3]

    CHI C D, LI X X, HUANG S X, et al. Basic principles in starch multi-scale structuration to mitigate digestibility:A review[J]. Trends in Food Science & Technology,2021,109:154−168.

    [4]

    BERTOFT E. Understanding starch structure:recent progress[J]. Agronomy,2017,7(3):56−62. doi: 10.3390/agronomy7030056

    [5]

    VAMADEVAN V, BERTOFT E. Structure-function relationships of starch components[J]. Starch-Starke,2015,67(1−2):55−68. doi: 10.1002/star.201400188

    [6] 孙圣麟. 脂肪酸类型与淀粉来源对复合物结构和消化性能影响的研究[D]. 无锡:江南大学, 2021. [SUN S L. Effects of fatty acid types and starch sources on structures and digestibility of their complexes[D]. Wuxi:Jiangnan University, 2021.]

    SUN S L. Effects of fatty acid types and starch sources on structures and digestibility of their complexes[D]. Wuxi: Jiangnan University, 2021.

    [7]

    TOUTOUNJI M R, FARAHNAKY A, SANTHAKUMAR A B, et al. Intrinsic and extrinsic factors affecting rice starch digestibility[J]. Trends in Food Science & Technology,2019,88:10−22.

    [8]

    CHEN J C, CHENY Z, GE H F, et al. Multi-scale structure, pasting and digestibility of adlay (Coixlachryma-jobi L.) seed starch[J]. Food Hydrocolloids,2019,89:885−891. doi: 10.1016/j.foodhyd.2018.11.050

    [9]

    MIAO L G, ZHAO S M, ZHANG B J, et al. Understanding the supramolecular structures and pasting features of adlay seed starches[J]. Food Hydrocolloids,2018,83:411−418. doi: 10.1016/j.foodhyd.2018.05.034

    [10] 白婷, 靳玉龙, 朱明霞, 等. 超高压改性淀粉的研究进展[J]. 粮食与油脂,2019,32(7):22−24. [BAI T, JIN Y L, ZHU M X, et al. Research advances on ultra-high pressure modified starch[J]. Journal of Cereals and Oils,2019,32(7):22−24.] doi: 10.3969/j.issn.1008-9578.2019.07.007

    BAI T, JIN Y L, ZHU M X, et al. Research advances on ultra-high pressure modified starch[J]. Journal of Cereals and Oils, 2019, 32(7): 22−24. doi: 10.3969/j.issn.1008-9578.2019.07.007

    [11]

    WANG S J, LI C L, COPELAND L, et al. Starch retrogradation:A comprehensive review[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2015,14(5):568−585. doi: 10.1111/1541-4337.12143

    [12]

    XU J C, BLENNOW A, LI X X, et al. Gelatinization dynamics of starch in dependence of its lamellar structure, crystalline polymorphs and amylose content[J]. Carbohydrate Polymers,2020,229:115481. doi: 10.1016/j.carbpol.2019.115481

    [13]

    AGUIRRE J F, OSELLA C A, CARRARA C R, et al. Effect of storage temperature on starch retrogradation of bread staling[J]. Starch-Starke,2011,63(9):587−593. doi: 10.1002/star.201100023

    [14] 蒲华寅, 黄萌, 王乐, 等. 超高压对淀粉多尺度结构影响的研究进展[J]. 高分子材料科学与工程,2018,34(3):179−184. [PU H Y, HUANG M, WANG Y, et al. Effect of ultra-high pressure on multi-scale structures of starch[J]. Polymeric Materials Science and Engineering,2018,34(3):179−184.]

    PU H Y, HUANG M, WANG Y, et al. Effect of ultra-high pressure on multi-scale structures of starch[J]. Polymeric Materials Science and Engineering, 2018, 34(3): 179−184.

    [15]

    CASTRO L M G, ALEXANDRE E M C, SARAIVA J A, et al.Impact of high pressure on starch properties:A review[J]. Food Hydrocolloids,2020,106:105877. doi: 10.1016/j.foodhyd.2020.105877

    [16] 张晶, 张美莉. 超高压处理对燕麦淀粉颗粒特性、热特性及流变学特性的影响[J]. 食品科学,2020,41(23):114−121. [ZHANG J, ZHANG M L. Effect of high hydrostatic pressure treatment on morphological, thermal and rheological properties of oat starch[J]. Food Science,2020,41(23):114−121.] doi: 10.7506/spkx1002-6630-20190908-106

    ZHANG J, ZHANG M L. Effect of high hydrostatic pressure treatment on morphological, thermal and rheological properties of oat starch[J]. Food Science, 2020, 41(23): 114−121. doi: 10.7506/spkx1002-6630-20190908-106

    [17]

    GUO Z B, ZENG S X, ZHANG Y, et al. The effects of ultra-high pressure on the structural, rheological and retrogradation properties of lotus seed starch[J]. Food Hydrocolloids,2015,44:285−291. doi: 10.1016/j.foodhyd.2014.09.014

    [18] 吴怡瑾, 郑方园, 林丽, 等. 超高压处理对变温结晶制备糯米慢消化淀粉的影响[J]. 食品科学,2022,43(5):55−61. [WU Y J, ZHENG F Y, LIN L, et al. Effects of ultra-high pressure treatment on the preparation of slowly digestible starch from glutinous rice by temperature-cycled retrogradation[J]. Food Science,2022,43(5):55−61.] doi: 10.7506/spkx1002-6630-20210203-050

    WU Y J, ZHENG F Y, LIN L, et al. Effects of ultra-high pressure treatment on the preparation of slowly digestible starch from glutinous rice by temperature-cycled retrogradation[J]. Food Science, 2022, 43(5): 55−61. doi: 10.7506/spkx1002-6630-20210203-050

    [19] 李佳欣. 醇水体系中V型颗粒态淀粉的形成机理及性质研究[D]. 无锡:江南大学, 2021. [LI J X. Study on formation mechanism and properties of V-type granular starch in ethanol-aqueous system[D]. Wuxi:Jiangnan University, 2021.]

    LI J X. Study on formation mechanism and properties of V-type granular starch in ethanol-aqueous system[D]. Wuxi: Jiangnan University, 2021.

    [20]

    WANG H W, WANG Y, WANG R, et al. Impact of long-term storage on multi-scale structures and physicochemical properties of starch isolated from rice grains[J]. Food Hydrocolloids,2022,124:107255. doi: 10.1016/j.foodhyd.2021.107255

    [21]

    CHI C D, GUO X, ZHOU Y C, et al. A facile method for isolating long branch-chains of amylopectin from starch by preheating and pullulanase treatment[J]. Industrial Crops and Products,2023,191:115987. doi: 10.1016/j.indcrop.2022.115987

    [22] 王艳, 张煜松, 刘兴丽, 等. 湿热处理对绿豆淀粉结构及理化特性的影响[J]. 轻工学报,2022,37(3):36−42. [WANG Y, ZHANG Y S, LIU X L, et al. Effect of heat moisture treatment on the structural and physicochemical properties of mung bean starch[J]. Journal of Light Industry,2022,37(3):36−42.] doi: 10.12187/2022.03.005

    WANG Y, ZHANG Y S, LIU X L, et al. Effect of heat moisture treatment on the structural and physicochemical properties of mung bean starch[J]. Journal of Light Industry, 2022, 37(3): 36−42. doi: 10.12187/2022.03.005

    [23]

    CHI C D, JIAO W J, ZHANG Y P, et al. Starch crystal seed tailors starch recrystallization for slowing starch digestion[J]. Food Chemistry,2022,386:132849. doi: 10.1016/j.foodchem.2022.132849

    [24] 冯志强, 余颜圃, 王艳, 等. 沙蒿胶对糯米淀粉糊化特性和流变特性的影响[J]. 轻工学报,2023,38(1):18−26. [FENG Z Q, YU Y P, WANG Y, et al. Effects of Artemisia sphaerocephala Krasch. gum on gelatinization and rheological properties of waxy rice starch[J]. Journal of Light Industry,2023,38(1):18−26.] doi: 10.12187/2023.01.003

    FENG Z Q, YU Y P, WANG Y, et al. Effects of Artemisia sphaerocephala Krasch. gum on gelatinization and rheological properties of waxy rice starch[J]. Journal of Light Industry, 2023, 38(1): 18−26. doi: 10.12187/2023.01.003

    [25]

    SHI M M, LIANG X W, YAN Y Z, et al. Influence of ethanol-water solvent and ultra-high pressure on the stability of amylose-n-octanol complex[J]. Food Hydrocolloids,2018,74:315−323. doi: 10.1016/j.foodhyd.2017.08.003

    [26]

    CHI C D, HE Y J, XIAO X H, et al. A novel very small granular starch from Chlorella sp. MBFJNU-17[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2022,225:557−564.

    [27]

    WANG H W, DING J T, XIAO N Y, et al. Insights into the hierarchical structure and digestibility of starch in heat-moisture treated adlay seeds[J]. Food Chemistry,2020,318:126489. doi: 10.1016/j.foodchem.2020.126489

    [28] 张晶, 张美莉. 超高压处理对谷物淀粉影响的研究进展[J]. 中国粮油学报,2020,35(7):172−179. [ZHANG J, ZHANG M L. Research progress on the effect of high hydrostatic pressure treatment on cereal starch[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association,2020,35(7):172−179.]

    ZHANG J, ZHANG M L. Research progress on the effect of high hydrostatic pressure treatment on cereal starch[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2020, 35(7): 172−179.

    [29]

    ZU Y Y, ZHANG B J, CHEN L, et al. Supramolecular structural evolutions of maize starch hydrothermally treated in excess water[J]. Starch-Starke,2016,68(3-4):365−373. doi: 10.1002/star.201500028

    [30]

    LIU K, CHI C D, HUANG X Y, et al. Synergistic effect of hydrothermal treatment and lauric acid complexation under different pressure on starch assembly and digestion behaviors[J]. Food Chemistry,2019,278:560−567. doi: 10.1016/j.foodchem.2018.11.097

    [31]

    ZHANG L L, LI X X, JANASWAMY S, et al. Further insights into the evolution of starch assembly during retrogradation using SAXS[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2020,154:521−527. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.03.135

    [32]

    CHI C D, LI X X, FENG T, et al. Improvement in nutritional attributes of rice starch with dodecyl gallate complexation:A molecular dynamic simulation and in vitro study[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2018,66(35):9282−9290. doi: 10.1021/acs.jafc.8b02121

    [33]

    WANG H W, LIU Y F, CHEN L, et al. Insights into the multi-scale structure and digestibility of heat-moisture treated rice starch[J]. Food Chemistry,2018,242:323−329. doi: 10.1016/j.foodchem.2017.09.014

    [34] 郭泽镔, 曾绍校, 郑宝东. 超高压处理对莲子淀粉理化特性的影响[J]. 中国食品学报,2014,14(11):118−123. [GUO Z B, ZENG S X, ZHENG B D. Effect of ultra-high-pressure processing on the physicochemical properties of lotus-seed starch[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology,2014,14(11):118−123.]

    GUO Z B, ZENG S X, ZHENG B D. Effect of ultra-high-pressure processing on the physicochemical properties of lotus-seed starch[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2014, 14(11): 118−123.

    [35]

    CHI C D, LI X X, ZHANG Y P, et al. Understanding the mechanism of starch digestion mitigation by rice protein and its enzymatic hydrolysates[J]. Food Hydrocolloids,2018,84:473−480. doi: 10.1016/j.foodhyd.2018.06.040

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-13
  • 网络出版日期:  2024-09-05
  • 刊出日期:  2024-11-14

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