郑州轻工业大学研究生(郑州轻工业大学研究生院)




郑州轻工业大学研究生,郑州轻工业大学研究生院

鲜食玉米以其高营养、适宜口感、独特风味等特性备受消费者的青睐,致使人们对鲜食玉米的需求量大大增加,从而带动了玉米产业的迅猛发展。然而,糯玉米鲜果穗采收后,其在自然存放过程中存在水分、色泽、香味及营养损失等品质劣变问题,严重影响产品的转运和销售。速冻技术作为目前食品储存和保鲜的重要手段之一,其可通过快速冻结保持玉米原有的质地、外观、口感及其独特的香味和营养价值,对玉米的种植、加工具有重要作用。

研究表明,淀粉对食品的水分、黏度、质地、稠度、口感、货架期和营养方面会有不同程度的影响,这些对食品加工和最终产品的质量都很重要,郑州轻工业大学食品与生物工程学院,食品生产与安全河南省协同创新中心,河南省冷链食品质量安全控制重点实验室的王宏伟、余颜圃、张 华*等将围绕不同冻藏时间(0、10、20、30 d)条件下的糯玉米进行研究,探讨冻藏对其淀粉颗粒结构、结晶结构、分子有序化结构、热力学特性、糊化及消化特性的影响规律,揭示冻藏淀粉结构与其理化性能之间的关系,以期为高品质鲜食玉米的保护和开发提供理论依据和参考。

01

冻藏处理对糯玉米淀粉分子短程有序化结构的影响

由图1a可知,糯玉米经不同冻藏时间处理后,其淀粉样品图谱特征峰的峰位置一致,几乎没有差异,表明冻藏处理并没有引起糯玉米内淀粉相关基团的变化。其中,去卷积图中1 045 cm-1和1 022 cm-1的红外吸收峰分别代表了淀粉的有序化和无定型区域(图1b),其比值(R1 045/1 022)可作为量化淀粉短程有序化程度的指标。从表1可知,冻藏处理会导致糯玉米淀粉R1 045/1 022比值的减小,从1.01降低至0.91,表明随着冻藏时间的延长,糯玉米淀粉的短程有序化程度降低。

从图2可知,冻藏处理前后,糯玉米淀粉特征峰出现的位置一致,表明冻藏处理并未改变淀粉的化学组成。但是,冻藏淀粉的半峰宽值随着冻藏时间的延长而逐渐增大(表1),表明冻藏淀粉的有序化程度下降,可能是因为冻藏降低了淀粉颗粒内部支链分子链的有序化排列程度,使得淀粉的无序化程度提高,这也印证了红外光谱分析的结果。

02

冻藏处理对糯玉米淀粉结晶结构的影响

如图3所示,糯玉米淀粉与经冻藏处理的淀粉的结晶结构均为A型,即在15 °、23 °呈现为单衍射峰,并且在17 °和18 °附近呈现为双衍射峰,表明糯玉米经过冻藏处理后,淀粉的结晶类型没有发生改变,但峰强度有所降低。表1显示了不同冻藏时间下糯玉米淀粉的相对结晶度,与未经过冻藏处理的样品相比,冻藏淀粉的相对结晶度有所降低,且随着冻藏时间的延长,相对结晶度逐渐降低,从31.4%降至27.7%。这可能归因于冻藏过程中,水分的物态转变(由水变为冰晶)破坏了淀粉双螺旋的取向、有序化排列或规整度,甚至导致其螺旋结构解旋,最终致使其相对结晶度下降。

03

冻藏处理对糯玉米淀粉颗粒形貌及粒径的影响

从图4可以看出,天然淀粉颗粒表面较为光滑,颗粒比较完整均匀,这与之前的报道相似。随着糯玉米冻藏时间的延长,其淀粉颗粒凹陷和破碎的程度越来越严重,可能是因为玉米内部的水分在冻藏过程中会形成体积较大的冰晶,从而产生较大的膨胀和渗透压力,致使淀粉颗粒表面微孔和内部空腔的增大或破裂,最终会改变玉米淀粉颗粒结构及物理化学性质。

如表2所示,其中0.1、0.5和0.9分别代表达到该粒径值的百分比,如d0.9为20.1 µm指测试样品中90%处于20.1 µm以下。随着冻藏时间的延长,糯玉米淀粉的d0.9和平均粒径值逐渐减小,糯玉米淀粉的平均粒径从12.8 µm降低到11.9 µm,并且在冻藏20 d与冻藏10 d之间出现显著差异(P<0.05)。糯玉米冻藏过程中,其淀粉粒径减小的原因可能是源于冻藏过程破坏了淀粉的颗粒结构,使其颗粒变得不完整,从而导致粒径变小,这与之前扫描电镜所显示的结果一致。

04

冻藏处理对糯玉米淀粉热力学特性的影响

由表3可知,冻藏淀粉的起始温度、峰值温度和终值温度与原淀粉相比显著降低,说明经过冻藏处理后的淀粉更容易糊化。这可能是因为在淀粉颗粒冻结时,颗粒表面和内部的孔道被水占据,形成冰晶,因而产生较大膨胀力,致使颗粒表面和内部的膨胀力不均匀,从而导致淀粉颗粒结构被破坏;此外,冻藏处理也会破坏淀粉的短程有序化和结晶结构,以上2 个原因使水分子更容易进入淀粉颗粒内部,因此淀粉颗粒更容易发生糊化。

05

冻藏处理对糯玉米淀粉糊化特性的影响

从表4可以看出,糯玉米原淀粉的起糊温度、峰值黏度、崩解值均高于冻藏淀粉,其中冻藏淀粉的起糊温度降低,表明淀粉更容易发生糊化;峰值黏度降低可能是因为淀粉的有序化程度降低,淀粉颗粒破碎,小粒径颗粒增加所致,导致淀粉颗粒的膨胀度降低,黏度下降。崩解值一定程度上可以反映淀粉糊的热稳定性,崩解值越小,淀粉的抗剪切力越高,其膨胀颗粒的机械强度越强,崩解值降低说明冻藏处理提高了淀粉颗粒的抗热和抗剪切稳定性。最终黏度和回生值均能反映淀粉在冷却过程中形成的三维网状结构,以及直链淀粉与崩解颗粒的相互作用,冻藏淀粉的最终黏度和回生值高于糯玉米原淀粉。

06

冻藏处理对糯玉米淀粉消化特性的影响

如表5所示,糯玉米淀粉中的RDS、SDS和RS的相对含量分别为79.3%、5.6%和15.1%,但经冻藏处理后,淀粉的RDS显著增大,从79.3%增加到92.9%;RS不断降低,从15.1%降至5.0%,且随着冻藏时间的延长,趋势变化更加明显。总体来说,冻藏处理可导致糯玉米淀粉中的SDS和RS转变为RDS,可能是由于淀粉有序化结构和颗粒结构的破坏所致,即随着冻藏时间的延长,淀粉颗粒呈现破碎,不完整度升高,颗粒表面出现凹痕,内部出现裂缝,这些都会使得酶分子更容易进入到淀粉分子内部,从而提高了消化效率。

结 论

本实验探讨了冻藏处理对糯玉米淀粉结构和理化性能的影响,结果表明冻藏处理可导致淀粉的短程有序化程度和相对结晶度降低,淀粉颗粒破碎,颗粒表面出现凹陷、裂纹,粒径变小,且随着冻藏时间的延长,淀粉结构的破坏更加明显;这些结构的破坏可导致糯玉米淀粉糊化温度(如峰值温度和终值温度)、峰值黏度、崩解值的降低,以及最终黏度和回生值的增大,表明经过冻藏处理后的淀粉更容易发生糊化,糊化黏度有所下降,但淀粉颗粒的抗剪切能力增强,老化程度增高。此外,冻藏处理还可显著提高糯玉米淀粉的RDS含量,表明冻藏处理可通过改变淀粉的微观结构影响淀粉的消化速率。本研究结果可为速冻玉米的冷藏提供相关基础数据,以期为高品质鲜食玉米的保护和开发提供理论依据和参考。

本文《冻藏处理对糯玉米淀粉微观结构和理化特性的影响》来源于《食品科学》2022年43卷14期35-40页,作者:王宏伟,余颜圃,张菁,张艳艳,刘兴丽,张华。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211018-198。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑:袁艺;责任编辑:张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网。

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