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核磁共振技术在淀粉糊化回生中的研究与应用

陈卫江

   大多数食品和生物体系在许多方面都是高度不均匀的,包括结构、化学组成、热力学性能,温度分布等。从热力学角度讲,我们说这种体系具有低熵,低无序性或高自由性,且处于高能量水平和不稳定状态。它们很易“活动”而达到低能级和热平衡态。另一方面,我们认为许多食品和生物体系都是多相的,它们由许多重复单元构成。一些单元具有相同的物理化学性质,因而聚集成一个大基团或具有独特物理化学性能的多仓。如果体系中有几个这样的基团,那么对各基团来说水分子的性能是唯一的。 核磁共振及其成像是一种用来研究物体内部结构的技术。对于食品科学的研究,核磁共振成像可以把核磁共振波谱信号在样品中定位,直观地显示食品中水分等物质的迁移运动状态。它在研究水分活度及其分布状况方面具有明显优势,通过核磁共振技术可从分子热力学及分子动力学的角度探索食品变质的机理,从而可以建立可靠的食品货架期预测的数学模型,为开发含低、中等水分的食品,以及在保证其品质的前提下延长它们的货架期提供科学的理论依据,大大缩短新产品研究开发的周期。 整篇论文借助开发核磁共振及其成像技术研究淀粉回生机理,通过研究不同淀粉在加工和储藏过程中核磁共振弛豫参数的变化特性,解释不同组分对淀粉加工的影响,并探讨了不同淀粉的回生机理,以及一些常用添加剂对淀粉回生的影响。 论文的第一部分研究了不同类淀粉在加工过程中的核磁共振弛豫参数的变化趋势,结果表明:淀粉在糊化时可分成三个阶段,加热开始,淀粉继续加大水分的溶解,当吸收足够的水分后淀粉溶液发生相变,随着加热的持续,淀粉开始糊化直到完成。淀粉糊化过程中,自由水发生了相变转为多层水,T12大大降低,但是质子密度显著升高,T11升高,大分子体系的活度增加。淀粉糊化的难易主要受淀粉的直链淀粉和支链淀粉组成影响,直链淀粉含量越高淀粉越难糊化。糊化的顺序按:糯米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉和绿豆淀粉,木薯淀粉的特有性质有利于糊化的进行。不同水分含量的淀粉糊化难易度不同,水分含量的降低延缓了淀粉的糊化过程。 论文的第二部分主要研究了不同淀粉以及不同水分含量的小麦淀粉在储藏期内各部分水分的变化情况。研究结果表明淀粉储藏过程中T11的变化主要受短期回生的影响。而长期回生主要表现在质子密度的迁移变化,在储藏后期糊化淀粉的T12质子密度下降向单层水的T11组分迁移。淀粉短期回生的速率主要受直链淀粉含量的影响,糯米淀粉最慢,而绿豆淀粉最快,但木薯淀粉的突出的持水特性以及低凝聚性,使其回生过程不受直链淀粉含量主导,回生速率较慢。淀粉的长期回生受水分的影响显著。回生过程中质子密度发生了明显迁移,结合紧密的单层水增多,而多层水明显下降,在储藏过程中木薯糊化淀粉具有很好的持水性和稳定性,在储藏过程中糯米淀粉和木薯淀粉最稳定,虽然淀粉的长期回生与支链淀粉有关,但是支链淀粉的含量并不主导淀粉回生的速率,糯米淀粉支链淀粉为100%,但却有较好的长期储藏特性。不同糊化度的淀粉对淀粉的长期回生影响显著,50%糊化度的淀粉显著促进了淀粉的回生,而75%和100%的糊化淀粉的储藏特性相似,在加工过程中淀粉的糊化度不宜过低,但可以适当降低淀粉食品的糊化度。 论文的第三部分主要研究了一些常用的食品添加剂对淀粉的加工糊化以及储藏的影响,论文中主要研究了糖类和一些乳化剂和持水性物质。研究发现不同糖类对淀粉溶液体系的影响并不相同,蔗糖、麦芽糖和海藻糖同属于二聚糖,但由于其单糖的组成以及结合点的不同而表现出不同的性质。蔗糖提高了体系的T11值,增加了大分子的流动性,而麦芽糖和海藻糖降低了T11值,没有表现出好的流动性。三种糖对T12都有明显的降低,一方面糖作为溶剂改变了自由水的结构,降低了水分子的流动性。另一方面,糖在淀粉液体系中有均一化的作用,改善了体系的分布,降低了淀粉在糊化过程中水分的大量迁移,缓和了糊化过程。添加糖的淀粉液体系T12质子密度在糊化后期显著提高,糖的作用加强了大分子在淀粉糊化后期的持水性。结果还发现糖对淀粉的短期回生有明显的影响,糖阻碍了大分子的运动和接触,尤其是直链淀粉的有序化迁移。海藻糖的强持水性抑制了淀粉长期回生过程支链淀粉结晶所必需的水分。因此有效的延缓了淀粉的长期回生。CMC、大豆蛋白、单甘酯和大豆纤维具有较好的持水性,能改善样品的分布状态,有利于样品的均一组成,但大豆纤维持水性与样品中其它组分形成了竞争性。乳化剂、稳定剂和持水性并具有好的相容性物质可以延缓淀粉在储藏过程中的变化。但持水性好的纤维,由于其相容性差,相反促进了淀粉在储藏过程中的变化。 第四部分主要利用NMR状态图研究了不同食品添加剂对糊化淀粉性质的影响。实验中发现,糖类对糊化淀粉的NMR状态图有明显的改善,海藻糖对样品的影响最大,其次是蔗糖和麦芽糖。蔗糖和海藻糖对糊化淀粉温度状态度的影响机制完全不同。海藻糖具有较好的持水性,蔗糖虽然能加快分子的流动性,但具有更好的相容性,增加了样品的分子量,提高了糊化淀粉的Tg。……   
[关键词]:核磁共振;核磁共振成像技术;淀粉;回生;Tg
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:南昌大学2007年