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挤压剪切活化对添加耐高温α-淀粉酶脱胚玉米淀粉结构和理化特性的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-09
核心提示:挤压技术因生产效率高、成本低、能耗低、环境友好等特点,在食品、化工、制药中有着广泛的应用。
   挤压技术因生产效率高、成本低、能耗低、环境友好等特点,在食品、化工、制药中有着广泛的应用。挤压剪切活化技术是淀粉生物和机械降解、加快淀粉酶的水解速率和提高淀粉利用率的一种重要、有效的方法和手段。以干法脱胚玉米为原料,添加淀粉酶后制得的挤压淀粉用于淀粉糖浆生产,与采用湿法淀粉为原料生产淀粉糖浆相比较,工艺流程短、设备投资低、污水排放少,具有可观的经济效益和良好的环保效益。而淀粉作为脱胚玉米的主要成分,其结晶结构、糊化特性等对产品的加工特性等有重要影响。因此,脱胚玉米添加淀粉酶后,深入研究挤压剪切活化对淀粉结晶结构、热特性、颗粒形貌、相变等的影响显得尤为重要。
 
  来自山东理工大学农业工程与食品科学学院的马成业、范玉艳和于双双等人使用加酶挤压技术处理脱胚玉米,采用偏光显微镜、扫描电子显微镜、热台显微镜、X射线衍射分析、差示扫描量热分析、傅里叶变换红外光谱等技术探究添加耐高温α-淀粉酶挤压脱胚玉米中的淀粉结构及性质变化,为研究淀粉改性和淀粉深加工提供基础参考和技术支持。
 
  酶解力、碘蓝值、糊化度和直链淀粉含量
 
  1
 
  原脱胚玉米的酶解力为1.0,挤压脱胚玉米的酶解力可达1.7,脱胚玉米经过加酶挤压后,酶解力进一步升高,可达2.1。原脱胚玉米晶体结构紧密,故酶解力较低。脱胚玉米中的淀粉颗粒经过挤压后,结晶区被破坏,使位于淀粉粒核心部分的直链淀粉暴露出来,易于酶解,酶解力较大。脱胚玉米经过挤压和加酶挤压后,糊化度到86%和91%以上。
 
  样品偏光十字观察
 
  2
 
  脱胚玉米偏光十字较为清晰,经挤压和加酶挤压处理后,大量淀粉颗粒的偏光十字消失,即使存在偏光十字,也较为模糊。挤压和加酶挤压能够破坏淀粉颗粒的结晶结构,利于淀粉的糊化和液化。
 
  样品结晶特性
 
  3
 
  原脱胚玉米在2θ为15°、17°、18°、23°时都存在尖峰衍射,表明原脱胚玉米的淀粉晶型为A型的淀粉特征,相对结晶度为40.35%。挤压脱胚玉米和加酶挤压脱胚玉米相对结晶度分别为34.41%和30.31%,表明挤压破坏了脱胚玉米中淀粉的结晶结构,这与偏光十字结果相一致。在挤压脱胚玉米和加酶挤压脱胚玉米的X射线衍射图谱中,在2θ 20°有新的衍射峰出现。
 
  微观结构观察
 
  4
 
  原脱胚玉米颗粒比较完整,表面光滑,颗粒形状不规则,多数颗粒为多角形,颗粒表面存在多个平面和棱角。经过挤压处理后,脱胚玉米颗粒在挤压剪切、摩擦等作用下,绝大部分颗粒破碎,变成扁长状,破碎后的小颗粒在强烈的挤压剪切作用下聚集成团,表面有孔洞。加酶挤压脱胚玉米颗粒团聚而成的颗粒较少,颗粒成多角,这种结构利于酶的水解,可提高糖浆收率和缩短糖化时间。
 
  热台显微镜观察样品升温过程中颗粒变化
 
  5
 
  加热速率为2 ℃/min时,在线观察同一视野内,普通光下3 种物料在不同温度下的显微镜照片。30 ℃时是物料的最初形态,从显微镜下观察到样品颗粒变化和糊化是非线性的。在30~60 ℃,原脱胚玉米颗粒发生了细微的膨胀,颗粒保持原有的形态;在65~70 ℃,颗粒的形态基本未发生改变,颗粒变大;75~80 ℃,颗粒继续变大,并且形态开始发生改变,颗粒外部破损严重,还有一些碎片存在;85~90 ℃时,原有颗粒形态消失,颗粒破碎,弥散到浆液中,此时淀粉完成糊化。
 
  挤压脱胚玉米和加酶挤压脱胚玉米的大部分颗粒形态发生变化,淀粉糊化,在热台显微镜观察到的颗粒形态变化与原脱胚玉米有差异。在30~60 ℃时,聚集成团的颗粒吸水膨胀,颗粒之间距离增大;在65~70 ℃时团簇解体,部分损伤颗粒破裂,这部分颗粒吸水膨胀程度比原脱胚玉米高;在75~80 ℃时,团簇完全解体,损伤颗粒吸水膨胀到最大程度,并裂解;85~90 ℃时,颗粒完全解体,原有形态完全消失,裂解后的颗粒远远小于原脱胚玉米。
 
  挤压和加酶挤压脱胚玉米在升温糊化过程中,淀粉吸水膨胀速率比原脱胚玉米快,糊化裂解后的粒度小于原脱胚玉米,利于淀粉酶的水解。
 
  样品DSC分析
 
  6
 
  破碎的脱胚玉米颗粒(挤压和加酶挤压脱胚玉米)在DSC分析中吸热量小。
 
  样品的傅里叶变换红外光谱特征
 
  7
 
  原脱胚玉米、挤压脱胚玉米和加酶挤压脱胚玉米的傅里叶变换红外谱带主要集中在3371~3320、2935~2925、1649~1644、1423~1240、1161~1016、931~708、610~430 cm-1。
 
  结 论
 
  与原脱胚玉米和挤压脱胚玉米相比较,挤压处理对添加耐高温α-淀粉酶脱胚玉米的淀粉结构及性质产生显着影响,酶解力和糊化度增大,碘蓝值、直链淀粉含量减小。添加耐高温α-淀粉酶挤压脱胚玉米淀粉颗粒形貌破坏,偏光十字破坏,结晶度变小;升温糊化过程中,焓变降低;挤压使淀粉颗粒的结晶结构破坏,淀粉颗粒发生聚集,破损淀粉颗粒易糊化和裂解。
 
 
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