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超高压对粮食中淀粉的改性作用

日期:2018-11-23
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      淀粉是粮食作物的重要组成部分,在食品工业中是一种重要的食品原料。然而未经改性的淀粉糊化特性和回生特性等易受到温度和 pH值等因素的影响,限制了淀粉在食品工业中的进一步开发与利用。改性淀粉在一定程度上弥补了天然淀粉乳化能力低、水溶性差等缺点,使其在食品工业中得到更广泛的应用。超高压在淀粉改性方面的研究主要是针对淀粉的糊化和回生特性。
 
      淀粉糊化是一个膨胀驱动过程,淀粉颗粒内部存在结晶结构和无定型结构,无定型区最先吸水并膨胀。无定型区的膨胀将对结晶区的支链淀粉结晶施加压力,引起支链淀粉双螺旋解聚,导致结晶结构的破坏,淀粉发生糊化。自 1982年 Muhr等发现超高压处理可降低淀粉糊化温度后,学者们开始研究压力、保压时间、温度对淀粉理化性质的影响。研究发现在 450~650MPa压力范围内,随着压力的升高,大米淀粉的糊化程度增大,压力 550MPa时可使纯大米淀粉完全糊化。超高压处理时的温度变化对淀粉糊化的影响较大,温度升高时,淀粉糊化所需要的压力会降低;只要压力足够高即使是温度较低,也会导致淀粉糊化。淀粉糊化程度除与压力、保压时间、处理温度有关外,还与淀粉浓度有关,淀粉浓度越低则糊化程度越高。研究发现在 600MPa、25℃的条件下,质量分数为 15%的玉米淀粉可完全糊化,但质量分数达到 50%时糊化不完全。另外,不同种类的淀粉粒对超高压的敏感程度也不一样。一般认为,A型淀粉(主要来源是玉米、小麦等谷类淀粉)对压力比较敏感,如小麦淀粉在 25℃ 条 件 下 压 力 达 到 600MPa时 可 以 完 全 糊化;而 B型淀粉(主要来源是马铃薯等块茎类淀粉)比 较 耐 压,如 600MPa对 马 铃 薯 淀 粉 无 影 响,800MPa时才能使其完 全 糊 化。C型 介 于 A、B两种晶型,如香蕉淀粉、莲藕淀粉和多数豆类淀粉,耐压性介于 A、B型淀粉之间。
 
      超高压对淀粉糊化的作用机理目前尚无定论,有学者推测超高压促进了水分的再分配从而使无定型区淀粉塑化、结构发生变化;也可能是超高压促进了淀粉分子的分解使淀粉分子塑化,最后使双螺旋完全分散,淀粉发生糊化。另外,超高压处理可以增加淀粉颗粒的含水率,促进了水合作用,导致淀粉糊化。但目前尚未有一个系统的机理来全面解释超高压处理是如何影响淀粉糊化过程,因此探究压致糊化的机理非常有必要。
 
      超高压除了可以影响淀粉糊化特性外,还会影响淀粉的回生过程。超高压处理后淀粉的回生与热处理后淀粉的回生特性不同。有学者研究发现,与热处理相比,超高压处理后普通大米淀粉的回生程度更小,而 2种处理对糯米淀粉的影响并没有显著差别,可见超高压对淀粉回生特性的影响与淀粉来源和组成密切相关。淀粉回生程度还与淀粉种类、淀粉浓度、储藏温度等因素有关,Kawai等发现随着淀粉浓度的增加回生焓值也增加。Tian等发现超高压可明显降低大米淀粉回生的焓变。超高压可降低大米淀粉的回生程度,有学者认为这是因为淀粉的回生与直链淀粉溶出有关,而超高压处理可以保持淀粉颗粒的完整,且直链淀粉在颗粒内部溶出少,内部空间障碍大,淀粉不易回生。另外有学者认为这是因为超高压处理后淀粉颗粒内的可冻结水含量较少,导致回生程度低。
 
      此外,还有学者对淀粉表观粘度、淀粉粒结晶结构等进行了研究。近年来,淀粉改性方面的研究较多,国内外其他针对粮食淀粉改性的主要研究结果如表 1所示。


 
      根据超高压技术在粮食淀粉改性方面的研究结果来看,充分利用超高压技术来控制淀粉的糊化和回生的进程、从而使淀粉的理化特性朝着特定的方向改变是可以实现的。由此可以开发具有特定功能
的食品,如非结晶或低晶淀粉用于开发婴幼儿或老年食品,高晶淀粉则可用于减肥产品。可见,针对淀粉结晶度的改性技术研究是该领域一个值得关注的方向。但我国在改性淀粉产业化应用方面以及此类产品的开发上还较薄弱,对淀粉糊化和回生控制技术的研究还不够深入,因此,深入系统的研究是促进超高压技术在改性淀粉产业中健康发展的重要支持。

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