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稻米淀粉特性与老化机理研究

作　者: 赵思明
导　师: 张声华
学　校: 华中农业大学
专　业: 农产品加工与贮藏工程
关键词: 稻米淀粉直链淀粉支链淀粉分子结构糊化老化机理
分类号: TS23
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

以籼稻、粳稻和糯稻为原料，采用激光光散射、差示量热扫描、x-衍射及凝胶色谱等方法，对不同类型稻米淀粉及其级分的物化特性、分子结构、糊化特性、老化机理，以及稻米食品的加工机制和老化进行了研究。结果如下： 1．稻米淀粉的级分及分子结构稻米淀粉有2～3个主要级分。籼稻和粳稻有3个主要级分，即直链淀粉(Am)、中间级分(Im)和支淀粉(Ap)。籼稻Am和Ap的重均分子量分别为0.44×10~6g／mol和47.15×10~6g／mol。粳稻Am和Ap的重均分子量分别为1.618×10~6g／mol和66.10×10~6g／mol。糯稻有2个主要级分，即Ap和Im，其Ap的重均分子量为234.90×10~6g／mol。 Ap共有5～6级分支。其中主链上有4～6个分支，各分支上分别有1～2个分支。以糯稻的分支度较大，支链的聚合度较小。籼稻和粳稻直链淀粉在DMSO溶液中均为半柔性单螺旋结构。支链淀粉的构象与其分子量、分支度、外链长和淀粉浓度有关。糯稻支链淀粉的分子量和分支度较大、外链较短，在DMSO溶液中，极低浓度的支链淀粉呈外链卷缩的刚性球，稍高浓度时为外链伸展并有胶体网络结构的柔性球体；籼稻和粳稻支链淀粉的分子量和分支度较小、外链较长，在DMSO溶液中分子的刚性较大，呈星形形状。 2．淀粉的物化特性和糊化机理籼稻、粳稻和糯稻淀粉的颗粒特性相似，粒形为多面体。三种稻米在组成上以直链淀粉含量的差异较大。籼稻的糊化温度最高，在自然水分下加热的晶体熔解所需热量最低，凝胶稠度、特征粘度最小，碘兰值最大。糯稻的糊化温度最低，在自然水分下加热的晶体熔解所需热量最高，凝胶稠度、特性粘度最大，碘兰值最小。稻米淀粉级分的理化特性有较大差异，稻米来源对淀粉级分的理化特性也有影响。天然淀粉在过量水分下的糊化机理为，①淀粉颗粒膨胀；②晶体崩解；③Am从淀粉颗粒中脱出，形成Am胶体溶液的连续相和Ap团块的分散相(有胶体网络)。糊化的本质是晶体的崩解，形成淀粉糊。在有限水分下的糊化机理为，①淀粉颗粒有限膨胀；②淀粉晶体崩解；③Am脱出淀粉颗粒，分散环绕在Ap团块周围，形成由Am组成的粘流区和由Ap组成的粘弹区的两“微区”。糊化的本质是晶体的崩解，糊化后淀粉形成粘弹体。糊化使淀粉产生级分的分离或部分分离。 3．淀粉的老化机理淀粉糊在存放过程中，Ap团块凝聚，Am和Ap胶体网络发展；Am和Ap相互作用，使老化加剧；淀粉分子的刚性上升。老化的结果是淀粉糊的沉淀增加，产生相分离。天然淀粉胶在存放过程中，Am和Ap在两“微区”内独立老化；粘流区内的Am和粘弹区内的Ap团块的外链形成结晶，胶体网络发展，玻璃化温度上升，分子刚性上升；在两“微区”的边缘，Am和Ap相互作用，使老化程度减弱。三种类型稻米中，以籼稻的老化速度较快，老化程度较高，其次依次为粳稻和糯稻。 4．稻米食品的加工和老化籼型稻米较适于加工卷粉、米线等口感要求滑爽、韧性高的食品；粳型稻米适于加工方便米饭等口感要求柔软、粘弹性好的食品；糯型稻米适于加工口感要求粘稠的食品。方便米饭的加工中淀粉经历了糊化、脱水定形和再结晶的过程。起始玻璃化温度升高是方便米饭老化的主要原因。用淀粉糊化的“级分分离”和淀粉老化的“微区”模型可以较好的解释方便米饭的老化现象。

全文目录

目录  4-9
摘要  9-10
英文摘要  10-12
1 文献综述  12-24
  1.1 淀粉的分子结构  12-15
    1.1.1 淀粉的级分  12
    1.1.2 直链淀粉的结构  12
    1.1.3 支链淀粉的结构  12-14
    1.1.4 淀粉来源对支链淀粉结构的影响  14
    1.1.5 淀粉的晶体结构  14-15
  1.2 淀粉的物化特性  15-20
    1.2.1 天然淀粉特性  15
    1.2.2 淀粉的糊化特性  15-16
    1.2.3 淀粉的老化特性  16
    1.2.4 淀粉特性的研究方法  16-20
  1.3 稻米食品加工  20-24
    1.3.1 稻米食品加工的原料适应性  20-22
    1.3.2 稻米食品加工的品质控制  22-24
2 研究目的  24-26
3 材料与方法  26-33
  3.1 试验材料和主要仪器  26-27
    3.1.1 稻米  26
    3.1.2 化学试剂  26
    3.1.3 主要仪器  26-27
  3.2 试验方法  27-33
    3.2.1 淀粉及其级分的分离纯化  27
      3.2.1.1 淀粉的分离  27
      3.2.1.2 直链淀粉和支链淀粉的分离纯化  27
      3.2.1.3 淀粉级分的纯度鉴定  27
    3.2.2 淀粉的分子结构  27-28
      3.2.2.1 直链淀粉和支链淀粉分子量的测定  27
      3.2.2.2 淀粉及其级分的凝胶过滤色谱  27-28
      3.2.2.3 淀粉级分摩尔比率和聚合度的计算  28
      3.2.2.4 还原值的测定  28
      3.2.2.5 支链淀粉的精细结构  28
        3.2.2.5.1 支链淀粉的脱支及其凝胶色谱  28
        3.2.2.5.2 支链淀粉的分支级数和各级分的分支度  28
    3.2.3 淀粉的物化特性  28-30
      3.2.3.1 淀粉含量的测定  28
      3.2.3.2 蛋白质含量的测定  28
      3.2.3.3 脂肪含量的测定  28
      3.2.3.4 水分含量的测定  28
      3.2.3.5 淀粉颗粒结构的观察和糊化温度的测定  28
      3.2.3.6 碘兰值的测定  28-29
      3.2.3.7 直链淀粉含量的测定  29
      3.2.3.8 淀粉-碘复合物的可见光最大吸收波长的测定  29
      3.2.3.9 凝胶稠度的测定  29
      3.2.3.10 酶解力的测定  29
      3.2.3.11 碘结合力的测定  29
      3.2.3.12 晶体特性的测定  29
      3.2.3.13 热特性的测定  29-30
      3.2.3.14 特性粘度的测定  30
    3.2.4 淀粉的糊化特性  30-31
      3.2.4.1 过量水分下的糊化特性  30
        3.2.4.1.1 淀粉糊的制备  30
        3.2.4.1.2 糊化过程碘兰值的测定  30
        3.2.4.1.3 糊化过程酶解力的测定  30
        3.2.4.1.4 糊化过程晶体特性的测定  30
      3.2.4.2 有限水分下的糊化特性  30-31
        3.2.4.2.1 淀粉胶的制备  30-31
        3.2.4.2.2 淀粉胶碘兰值的测定  31
        3.2.4.2.3 淀粉胶酶解力的测定  31
        3.2.4.2.4 淀粉胶晶体特性的测定  31
    3.2.5 淀粉及其级分的老化特性  31-32
      3.2.5.1 淀粉(及其级分)糊的制备  31
      3.2.5.2 淀粉(及其级分)胶的制备  31
      3.2.5.3 存放过程中碘兰值的测定  31
        3.2.5.3.1 存放过程中碘兰值的测定  31
        3.2.5.3.2 淀粉糊的碘兰值  31
        3.2.5.3.2 淀粉胶的碘兰值  31
      3.2.5.4 存放过程酶解力的测定  31
        3.2.5.4.1 淀粉糊的酶解力  31
        3.2.5.4.2 淀粉胶的酶解力  31
      3.2.5.5 存放过程结晶特性的测定  31-32
        3.2.5.5.1 淀粉糊的结晶特性  31-32
        3.2.5.5.2 淀粉胶的结晶特性  32
      3.2.5.6 存放过程热特性的测定  32
    3.2.6 稻米食品加工  32-33
      3.2.6.1 方便米饭的工艺流程  32
      3.2.6.2 糊化度的测定  32
      3.2.6.3 复水率的测定  32
      3.2.6.4 米饭质构特性的观察  32
      3.2.6.5 晶体特性的测定  32
        3.2.6.5.1 干燥前晶体特性的测定  32
        3.2.6.5.2 干燥后晶体特性的测定  32
      3.2.6.6 热特性的测定  32-33
        3.2.6.6.1 干燥前热特性的测定  32
        3.2.6.6.2 干燥后热特性的测定  32-33
4 结果与分析  33-87
  4.1 稻米淀粉的分子结构  33-47
    4.1.1 稻米淀粉的级分及分子量分布  33-34
    4.1.2 直链淀粉和支链淀粉的分子量的分布  34-35
    4.1.3 支链淀粉的精细结构  35-37
    4.1.4 稻米淀粉的分子量  37-40
    4.1.5 直链淀粉和支链淀粉的特性粘度  40-42
    4.1.6 淀粉级分的分子形状  42-44
    4.1.7 直链淀粉链的参数  44-45
    4.1.8 直链淀粉和支链淀粉在DMSO中的构象  45-46
    4.1.9 小结  46-47
  4.2 稻米淀粉的物化特性  47-55
    4.2.1 稻米的组成  47
    4.2.2 稻米淀粉及其级分的理化特性  47-55
      4.2.2.1 稻米淀粉的晶体特性  48-50
      4.2.2.2 稻米淀粉的热特性  50-51
      4.2.2.3 稻米淀粉与碘复合物的可见光吸收波长  51-52
      4.2.2.4 稻米淀粉的特性粘度  52-53
      4.2.2.5 稻米淀粉的形态和润胀特性  53-54
      4.2.2.6 淀粉级分的碘结合力  54-55
    4.2.3 小结  55
  4.3 稻米淀粉的糊化机理  55-62
    4.3.1 糊化过程中淀粉颗粒的润胀特性  55-56
    4.3.2 糊化过程中直链淀粉的释放  56-57
    4.3.3 糊化过程中酶解力的变化  57-58
    4.3.4 糊化过程中淀粉晶体的崩解  58
    4.3.5 物态对糊化的影响  58-59
    4.3.6 淀粉的糊化动力学特性  59-60
    4.3.7 淀粉在过量水分和有限水分下的糊化机理  60-62
  4.4 淀粉的老化机理  62-77
    4.4.1 淀粉在存放过程中的结晶特性  62-65
      4.4.1.1 糊化淀粉的再结晶  62-64
      4.4.1.2 淀粉结晶的动力学特性  64-65
    4.4.2 淀粉在存放过程中的热特性  65-68
      4.4.2.1 淀粉及其级分胶在存放过程的热特性  65-67
      4.4.2.2 淀粉的热特性变化速度  67-68
    4.4.3 淀粉在存放过程中的相分离和网络结构  68-70
    4.4.4 淀粉在存放过程中的碘兰直和酶解力  70-72
    4.4.5 淀粉在存放过程中的流变学特性  72-75
    4.4.6 淀粉的老化机理  75-77
  4.5 稻米食品的加工与老化  77-87
    4.5.1 方便米饭加工过程的动态特性  78-82
      4.5.1.1 加工过程中稻米含水量的变化  78
      4.5.1.2 工艺过程中稻米糊化度的变化  78-79
      4.5.1.3 工艺过程中稻米的晶体特性  79-80
      4.5.1.4 方便米饭在蒸煮过程中稻米的润胀特性  80
      4.5.1.5 方便米饭在蒸煮过程中的热特性  80-81
      4.5.1.6 方便米饭在干燥过程中的热特性  81-82
    4.5.2 方便米饭的老化特性  82-87
      4.5.2.1 方便米饭在存放过程中的结晶特性  82
      4.5.2.2 方便米饭在存放过程中的热特性  82-83
      4.5.2.3 方便米饭在存放过程中的复水特性  83-84
      4.5.2.4 方便米饭物化特性与速食性能的关系  84-85
      4.5.2.5 方便米饭的老化模型  85-87
5 讨论  87-90
6 结论  90-91
参考文献  91-99
致谢  99-100
附录攻读博士学位期间发表的论文  100

稻米淀粉特性与老化机理研究

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