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荞麦淀粉理化特性及改性研究

张国权

   荞麦籽粒的营养价值较高,还具有多种药用及保健功能。荞麦淀粉的峰值粘度高、热糊稳定性和冷糊稳定性强,具有广阔的应用前景,但国内外对荞麦淀粉的加工利用还十分有限。为此,有必要对荞麦淀粉的理化特性及淀粉改性关键技术进行系统研究。本文以荞麦籽粒为材料,以荞麦淀粉的性质、改性和适用性为主要目的,改进了荞麦淀粉的制备工艺条件;系统分析了4个荞麦品种籽粒淀粉的理化性质,发芽处理对淀粉理化特性的影响;研究了荞麦淀粉的酶水解工艺条件及真菌α-淀粉酶的酶解动力学,影响荞麦抗性淀粉形成的因素、性质及应用,荞麦微孔淀粉的结构及吸附性能。主要结论如下: 酒精提取黄酮结合碱性蛋白酶水解蛋白的荞麦淀粉分离工艺所得荞麦淀粉中的总淀粉含量达95.21%,蛋白提取率较高,黄酮提取物中的黄酮和蛋白质含量高,有利于荞麦籽粒中各种主要营养物质的分离和利用。料液比、提取温度、酒精浓度、提取时间为影响荞麦黄酮提取的主要因素,对荞麦黄酮提取量的影响均达极显著或显著水平。酒精同步提取荞麦黄酮的条件为酒精浓度60%、料液比1:20、提取温度50℃、提取时间3 h,荞麦黄酮提取量为0.951 mg/g。碱性蛋白酶水解荞麦蛋白的适宜条件为水解温度45℃、pH值11、碱性蛋白酶用量100 U/g,水解时间40 min。 荞麦淀粉颗粒为多角形或球形,颗粒较小且大小较为均匀一致,直链淀粉含量为25.82%~32.67%。淀粉颗粒的偏光十字明显,微晶构型为A型,与玉米淀粉相近。不同荞麦品种间淀粉的溶解度差异较大,溶解度较低。峰值粘度、起始恒温糊化阻力、起始降温糊化阻力、降温结束糊化阻力、50℃恒温结束糊化阻力等粘度参数均较高,其糊化粘度特性与绿豆淀粉的表现更为一致,品种间差异较小。酸、碱对荞麦淀粉糊粘度性质的影响很大,酸性条件对荞麦淀粉糊化粘度特性的影响更为明显。荞麦淀粉糊的透明度低,热稳定性、冷稳定性、冻融稳定性和抗凝沉稳定性强,淀粉凝胶的硬度、回弹性和粘聚性均较高,凝胶质构特性优良。 荞麦籽粒经发芽处理后,总淀粉含量损失达2.87%~4.79%,对直链淀粉含量的影响小,淀粉颗粒仍保持了原淀粉的偏光十字和X-射线衍射A型图谱特征。籽粒适度发芽使淀粉的溶解度和透光率增高,峰值粘度、起始恒温糊化阻力、起始降温糊化阻力、降温结束糊化阻力和50℃恒温结束糊化阻力提高,淀粉糊的热稳定性和抗凝沉稳定性增强。过度发芽处理,荞麦淀粉糊的透明度变差、凝沉速度增快、凝胶硬度降低、回弹性和粘聚性增高,凝胶质构特性劣变趋势明显。 在荞麦淀粉的水解过程中,中温α-淀粉酶与真菌α-淀粉酶对荞麦淀粉的水解转化率均超过99.5%,两种酶按不同比例混合使用对淀粉的水解转化率更高。真菌α-淀粉酶水解荞麦淀粉的二次回归数学模型为Y=63.31-1.80X1+2.55X2+0.79X4-1.44X12+1.95X1X2 -1.41X22 -0.27X32。所选因素对真菌α-淀粉酶水解荞麦淀粉均有显著影响,影响因素的主次顺序依次为pH值、水解温度、酶用量、底物浓度,4个因素对水解度的影响贡献率达95.77%。在温度为54℃、pH6.0、底物浓度5%、真菌α-淀粉酶用量为130 U/g的条件下水解荞麦淀粉,实测DE值为65.80%。真菌α-淀粉酶在水解荞麦淀粉的初期,反应遵循一级反应规律,符合经典Michaelis-Menten方程的曲线特征,动力学参数Vm为1.5873 mg(/mL·min)、Km为5.4699 mg/mL。动力学模型在303.15~333.15 K,即30~60℃的温度范围内适用。 采用酸解和水热处理法,同时结合低温冷藏处理制备荞麦抗性淀粉,可明显提高制品中的抗性淀粉含量。荞麦抗性淀粉的较优制备工艺条件为料水比1:9,稀盐酸用量2.5%,酸解时间0.5 h,沸水浴糊化处理4 h,4℃冷藏42 h。荞麦抗性淀粉的衍射峰数量较多,衍射强度不高,在2θ为20.64o、26.62o处出现了新的衍射峰,其高级微晶区不明显,高级微晶含量低,而初级微晶区的空间面积大、微晶含量高,结晶度为27.52%,明显低于原淀粉。X-射线衍射图谱具有V型和A型特征。 真菌α-淀粉酶对荞麦生淀粉的酶活力强,致孔率较高,孔径较为一致。在反应温度为40℃、pH值6.2、反应时间14 h、真菌α-淀粉酶用量为2%的条件下制备荞麦微孔淀粉,其吸水率和吸油率较高,堆积密度较低,吸附性能良好。荞麦微孔淀粉保留了原淀粉的晶体结构特征,大部分淀粉颗粒的偏光十字依然存在,X-射线衍射图谱仍为A型,但衍射图谱的峰强度及位置发生了一定变化,结晶度升高。荞麦微孔淀粉对亚甲基蓝的吸附动力学遵循Lagergren方程的一级吸附速率规律,在相同温度,碱性条件下(pH10.8)的吸附速率常数比酸性条件(pH4.8)时的吸附速率常数高1.8~1.9倍,在酸性条件下吸附亚甲基蓝比其在碱性条件下所需的吸附活化能高。荞麦微孔淀粉对亚甲基蓝的吸附热力学遵循Langmuir直线吸附方程的单分子层吸附规律,碱性条件的单分子层饱和吸附量比酸性条件高2.9倍;pH值从4.8增大至10.8,吸附热负值增大,吸附为放热的自发过程,且在pH10.8时吸附所受到的静电斥力小,吸附更容易进行。……   
[关键词]:荞麦淀粉;理化特性;酶解动力学;抗性淀粉;微孔淀粉
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西北农林科技大学2007年