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浸泡和发芽对高粱功能特性及大分子组分的影响研究

Irakoze Pierre Claver

  高粱含有丰富的微量营养素,如矿物质和维生素;也含有大量的常量营养素,如碳水化合物、蛋白和脂质。高粱中抗性淀粉的存在使得高粱受到糖尿病和肥胖病人的喜爱。此外,高梁还可能是谷朊过敏患者的一种食物选择。发芽高粱表现出可以与发芽大麦相当的淀粉酶活性,因此发芽高粱能够作为原料用于加工多种工业食品。关于以高粱为原料的食品研究在发达及发展中国家都有所研究。这些研究成果主要集中于研究浸泡和发芽对高粱婴儿麦片、颗粒食品、区域性啤酒以及其他农产品工业加工品,如贮藏啤酒、面包等。 本文首先对浸泡和发芽条件进行优化,并对发芽和浸泡对高粱颗粒的物重损失、可溶性固形物(SS)含量、冷糊黏度、淀粉酶活性、单宁及蛋白含量的影响进行研究。所研究的影响因素主要有浸泡时间、浸泡温度、发芽时间和发芽温度。经研究分析,发现发芽提高了高粱的物重损失、SS含量、淀粉酶活性和蛋白含量,同时发芽降低了高粱淀粉冷糊黏度和单宁含量;经响应面优化得出高粱浸泡发芽的最佳条件为31℃浸泡24h和30℃发芽4.5d,该条件经试验验证与预测值相符,所优化条件可取。在上述实验条件下,对发芽高粱的出粉率进行研究,发现经发芽后高粱的出粉率显著提高,这主要是因为发芽高粱表皮比较脆弱,从而使得磨粉时出粉率提高;对所得高粱粉的挥发性物质进行研究,在原高粱中共检测到16个峰,检索到14种化合物,经浸泡和发芽处理后产生了一些新的风味物质,在浸泡高粱、发芽3d高粱、发芽5d高粱中分别检测到20、23、25个峰,说明在浸泡和发芽过程中产生一些新的醛类、酮类、酯类和酸类,而且这些风味物质随着发芽时间的延长而增加,发芽后高粱呈甜甜的花香味,这主要是由于其中较高含量的乙酸乙酯、3-甲基丁醛、戊醛、2-戊酮、乙酸、2-甲基丙酯、丁酸乙酯、己醛、1-辛烯-3-醇、安息香醛。 高粱天然含有植酸、单宁等抗营养因子,这些抗营养因子的存在降低了高粱营养成分的膳食利用率。因此,本文研究了木灰提取物浸泡法对这些抗营养因子的影响,并评价了浸泡和发芽对高粱粉营养特性的影响。结果得出,采用木灰提取物浸泡24h后单宁含量显著降低了50.2%而且降低的趋势随着随后发芽时间的延长更为显著,发芽5d后高粱中的单宁含量降低了69.3%、植酸降低了66.4%,同时高粱中的灰分、脂质、纤维和淀粉含量也有轻微降低;发芽显著提高了高粱蛋白、必需氨基酸和糖类中果糖、葡萄糖、麦芽糖的含量,高粱蛋白质的体内消化性随着发芽时间的延长显著提高,高粱淀粉呈现更利于淀粉酶作用的多孔形态。 发芽对高粱功能特性及对蛋白酶、淀粉酶活性影响研究结果表明:发芽3d时,蛋白酶、淀粉酶活性最高;与未发芽高粱相比,发芽高粱具有较好的蛋白溶出率及蛋白溶解性(pH6时蛋白溶解度最高)、最低凝胶浓度为8%(未发芽的为18%)、较低的容重、较好的吸水(131~142%)吸油性(90~108%)、乳化性及乳化稳定性提高、起泡性及泡沫稳定性得到改善且均随着发芽时间的延长而提高。功能性评价结果进一步表明,发芽能够改善高粱粉的功能特性,这使得发芽高粱粉具有满足制备新食品的条件。 采用超声波提取高粱淀粉,并研究以超声功率(X1)、超声时间(X2)、料液比(X3)为考察对象的响应面优化工艺,经统计方差分析得出各因子对淀粉提取率的影响显著性为:X1、X2、X3、X12、X22对淀粉提取率有显著影响,其次为X2X3交互项(p<0.05)。优化后得出最优模型及最优方程,求解后得到最佳提取条件为:超声功率600W、提取时间4min、液料比30(V/W),在此条件下淀粉提取率预测值为17.06%,经验证试验所得实测值为17.08±0.33%,两者无显著差异,模型结果可取。进一步对提取的淀粉进行了物理化学和功能特性研究。结果得出:在低于50℃时浸泡高粱淀粉和发芽高粱淀粉具有相当的溶胀度和溶解指数,然而在高于50℃时发芽高粱淀粉表现出较浸泡高粱淀粉和原淀粉低的溶胀度和较高的溶解指数;采用RVA研究淀粉糊的性质,结果表明发芽高粱淀粉具有较原高粱淀粉(454BU)低的峰值黏度(86BU);X-射线衍射表明两种淀粉衍射峰均呈典型的谷物淀粉峰A-型,相对结晶度为9.62-15.50%;DSC测得原高粱淀粉的焓变温度为78.06℃,凝胶玻璃化焓值为2.83 J/g,而发芽5d的高粱淀粉焓变温度为47.22℃,凝胶玻璃化焓值为2.06 J/g;流变测定得出所有淀粉悬液的贮存模量和损失模量随测定温度的增加逐渐增加,在70℃时达到最大,之后逐渐降低;对淀粉的表面结构进行研究,发现淀粉表面呈多孔状,这种结构可能更有利于淀粉酶酶解作用。总而言之,浸泡和发芽对高粱淀粉的物理化学和功能特性产生了较大影响。 以蛋白提取率为指标,选取超声时间、pH、提取时间和料液比为考察因素,利用响应面优化高粱蛋白的提取率,得到相关性良好的二级模型(R2=0.967),经模型计算最优提取条件为:超声功率400W、pH8、提取时间40min、液料比20(V/W),此条件下蛋白得率预测值为5.36g/100g高粱粉,经试验得实测值为5.43g/100g高粱粉,实测值与预测值无显著差异,说明模型可取。在以上结果基础上,采用SDS-PAGE对所提蛋白进行分析,并采用茚三酮比色法测定了游离氨基酸总量以及采用DSC分析蛋白的热力学特性。SDS-PAGE结果表明经浸泡后高粱中的大分子量蛋白增加,进一步说明由于淀粉的降解使得醇溶蛋白的提取率和含量增加;经浸泡后分子量为66.2KDa条带无明显差异,但是经发芽3d时显著降低,然而继续发芽到5d该条带没有变化,分子量为43.0kDa条带颜色在浸泡后有轻微下降,经发芽后相应的转化为31.0kDa条带;氨基酸总量分析表明发芽5d后总游离氨基酸含量增为原来的四倍,这主要是由于内脂酶、蛋白酶、淀粉酶等水解酶类作用的结果;DSC表征的高粱蛋白的热力学特性结果表明,经发芽后高粱蛋白的热变性温度由原来的70.83℃升高到84.30℃,变性焓值无显著差异由3.09 J/g变为3.05 J/g。 采用清除DPPH自由基和ABTS法对浸泡和发芽高粱的抗氧化性进行评价,结果表明浸泡和发芽显著影响高粱的抗氧化性。如前所述,高粱中含有较高含量的单宁和植酸,这些物质赋予高粱具有较高的抗氧化性。原料高粱具有最高的DPPH清除率(21.0μM Trolox/100 g),其次为浸泡高粱(18.8μM Trolox/100 g),然后为发芽3d的高粱(13.0μM Trolox/100 g),最后为发芽5d的高粱(11.2μM Trolox/100 g)。经发芽后,高粱的抗氧化性显著降低。采用ABTS法测定结果得出:原高粱的ABTS清除率为3.1μM Trolox/100 g,而浸泡高粱的为2.3μMTrolox/100 g,发芽5d的最低为1.6μuM Trolox/100 g,其次为发芽3d的。 总结以上结果,通过选择适宜的发芽处理时间后,高粱具有用于制备特殊食品的潜在用途和价值。……   
[关键词]:高粱;发芽;功能特性;挥发性物质;抗氧化活性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:江南大学2010年