高静压技术是在室温条件下对食品原料施以100~1000 MPa的压力,来改善食品的质地结构、延长食品保质期及开发新型食品的一项新型非热加工技术。为此,来自西南大学食品科学学院的莫芳、徐晓萍和陶晓奇等人采用高静压对木薯淀粉进行处理,结合仪器分析,系统研究高静压技术对木薯淀粉的透光率、溶解性和膨润力、老化值、糊化特性、热力学特性等宏观性质及对其淀粉颗粒结构、结晶结构等性质的影响,以期为高静压可控处理其他薯类淀粉提供理论依据。
1. 高静压处理对木薯淀粉透明度的影响
经200~600 MPa高静压处理后的木薯淀粉糊,其透光率与木薯原淀粉糊相比显着降低,且随着压力增加,透光率降低更明显;200~400 MPa处理的木薯淀粉糊透光率下降54.7%,500~600 MPa处理压力时透光率下降66.5%。
2. 高静压处理对淀粉颗粒溶解度和膨润力的影响
与木薯原淀粉相比,经200~600 MPa高静压处理过后的木薯淀粉的溶解度与膨润力均有不同程度的下降。
且当压力达到600 MPa时,木薯淀粉的溶解度和膨润力下降尤为明显,分别下降29.6%和69.4%。
3. 高静压处理对木薯淀粉老化值的影响
经高静压处理后的木薯淀粉老化值较木薯原淀粉老化值均升高,且随着压力的增加逐渐增加。在200~400 MPa压力范围内老化值增加量较小,压力增至500 MPa时老化值迅速增大,当压力达600 MPa时,老化值增至最大,约为原淀粉的350 倍,析水量也最大。
4. 高静压处理对淀粉糊化特性的影响
与木薯原淀粉相比,经高静压处理的淀粉起始糊化温度升高,且在600 MPa时达到最大;峰值黏度在200~400 MPa范围内逐渐升高,500 MPa时开始下降但仍高于木薯原淀粉,600 MPa时显着低于木薯原淀粉。
另外,600 MPa高静压处理后的木薯淀粉的谷值黏度及最终黏度也明显低于木薯原淀粉;崩解值与回生值都呈下降趋势,600 MPa时也最低。
5. 高静压处理对木薯淀粉热力学特性的影响
与木薯原淀粉相比,经200~600 MPa处理后的木薯淀粉,其起始糊化温度升高。压力为600 MPa时木薯淀粉糊化焓显着减小。
6. 高静压处理对木薯淀粉流变特性的影响
木薯淀粉糊化后,随着剪切速率的增加,表观黏度呈先剧烈下降后趋于平缓的趋势,存在剪切稀化现象,为假塑性流体。与木薯原淀粉相比,200~600 MPa高静压处理后的木薯淀粉,都存在剪切稀化现象。压力为200~500 MPa时,木薯淀粉表观黏度与原淀粉相差不大,当压力达到600 MPa时,表观黏度明显低于木薯原淀粉,与热力学性质的研究结论一致,并且此压力下的木薯淀粉表观黏度的下降速率更加剧烈。
7. 高静压处理对木薯淀粉偏光十字结构的影响
木薯原淀粉颗粒偏光十字较清晰,十字交叉点位基本处于颗粒中心。经200~500 MPa高静压处理后,部分颗粒的偏光十字变模糊,表明其结晶结构已有所破坏。而在600 MPa压力下,大部分颗粒已观察不到其偏光十字,且互相黏连失去颗粒形态,此时淀粉颗粒吸水溶胀,颗粒间已基本无界限。这主要因为高静压处理会造成淀粉颗粒的结晶结构受到破坏,颗粒的双折射消失,偏光十字也就随之消失。
8. 高静压处理对木薯淀粉颗粒形貌的影响
木薯原淀粉颗粒大小不一,表面较为光滑,形状有球形、椭球形及球缺形。木薯淀粉经200~300 MPa压力处理后表面变化不明显,400~500 MPa开始有明显变化,出现一些破损,处理前后均呈现不规则形状。在600 MPa压力下,木薯淀粉颗粒充分膨胀并完全崩溃,形态发生较大变化,失去了木薯原淀粉的较光滑的形状结构,相互黏连并聚合形成胶状结构。
9. 高静压处理对木薯淀粉结晶结构的影响
2θ为15.088°、17.102°、18.062°、23.220°处木薯原淀粉均有衍射特征峰出现,呈现典型A型淀粉结晶形态。经200~400 MPa处理后,2θ在15°、17°、18°、23°处衍射强度均增加,表明其晶体结构变得更加致密,但晶体类型没有发生改变,仍为A型。500 MPa时,2θ为18°处衍射峰消失,2θ为15°、17°、23°衍射强度增加,木薯淀粉晶型开始变化,但结晶强度仍提高,结构更加致密。当达到600 MPa时,2θ为18°处衍射峰消失,2θ为15°、17°、23°处衍射强度均减小,晶型变化显着,结晶结构遭到破坏。
10. 高静压处理对木薯淀粉基团结构的影响
高静压对木薯淀粉的红外吸收峰形状及位置无明显影响,也无新的吸收峰出现或特征峰消失,说明高静压处理没有使木薯淀粉产生新的基团。但某些吸收峰强度因处理压力不同有显着差异,与木薯原淀粉相比,压力为200~500 MPa时,吸收峰强度变化不显着;压力达到600 MPa时,在2930.25 cm-1处—CH3的C—H不对称伸缩振动峰、1369.25~1419.16 cm-1处C—H面内弯曲振动吸收峰、852.04~929.24 cm-1处C—H面外弯曲振动吸收峰的强度减小。且3000~3700 cm-1处宽峰变窄,说明淀粉分子的羟基吸收强度受高静压影响而降低。
结 论
高静压处理后木薯淀粉颗粒形貌发生明显变化,透光率、溶解度和膨润力均下降,老化值增大,特别是在600 MPa改性处理后变化最明显,且失去偏光十字;此外,高静压处理后的木薯淀粉表观黏度低于木薯原淀粉,剪切稀化现象更加明显。木薯原淀粉在经高静压处理后虽然晶型有一定的变化,但没有形成新的基团。