论文部分内容阅读
随着经济全球化的发展,人们的生活节奏在加快,生活品质也在提升,因此品种丰富、携带方便的食品逐渐成为消费者的新宠,它们将代替传统的烹饪原材料甚至是餐食。然而这些产品多为淀粉体系,在放置一段时间后,已经溶解膨胀的淀粉分子会重新排列组合形成结晶,出现由软变硬、组织松散、表皮粗糙、弹性和风味消失等现象,这就是淀粉老化。尽管对淀粉老化现象的研究已经有很长的历史,学者们的研究范围多局限在谷物类淀粉（如玉米、小麦等）,对块茎类淀粉研究较少。芭蕉芋是一种典型的能源耗费低、CO2消耗高的低碳农业产品,其根茎富含淀粉。目前对于芭蕉芋淀粉研究主要集中于简单的化学改性以及理化结构表征,而从片层结构出发,借助小角X射线散射（Small Angle X-ray Scattering,SAXS）探讨芭蕉芋淀粉的构-效关系能有效的预测原淀粉及其改性淀粉的理化特性,因而是目前研究的热点和难点。本论文系统的研究了芭蕉芋淀粉片层结构模型及其抗老化机理,得到了如下创新性结果:论文首先比较了芭蕉芋淀粉与其他块茎类淀粉的理化结构差异,发现芭蕉芋淀粉的直链淀粉（Total Amylose,TA）含量最高为30.88%,结晶度最低为22.18%,是一种典型的B-型淀粉。在六种块茎类淀粉中,芭蕉芋淀粉溶解度（Water Soluble Index,WSI）最高（17.83 g/100g）,膨胀度（Swelling Power,SP）（20.83 g/g）低于马铃薯淀粉（47.58 g/g）,糊化温度最低。应用半晶模型对六种块茎类淀粉SAXS数据进行片层结构拟合发现:芭蕉芋淀粉同其他两种B-型淀粉（马铃薯淀粉和莲藕淀粉）均不能得到较好的拟合结果。主要原因是这三种淀粉直链淀粉含量较高,线性分子较多,在片层重复方向可压缩的程度很小,因而无法用经典的半晶模型拟合。随后,针对B-型淀粉无法应用经典的半晶模型进行描述的情况,本文对片层结构模型进行了转化:即将两相片层结构模型和一维相关函数模型应用到芭蕉芋淀粉及其他B-型淀粉的片层结构分析中。结果发现两个模型对A-型和B-型淀粉的拟合程度均较高（r2>0.99）。相比半晶模型只能分析紧凑度较好的淀粉品种,一维相关函数模型可以很好的对所有类型淀粉的SAXS数据进行提取和分析。相比片层结构模型,一维相关函数对淀粉结构描述更为全面。通过一维相关函数模型可以有效的辨别出A-型和B-型淀粉的结构差异:B-型淀粉片层结构较A-型淀粉复杂,过渡层厚度E和回转半径Rg较小,表明B-型淀粉晶层和非晶层之间的过渡较为明锐,淀粉颗粒特征长度短。此外,通过热降解和酶降解工艺制备了芭蕉芋基抗老化淀粉,并对其理化结构性质进行了表征,结果显示:热降解主要通过塑化作用促进淀粉形成完整的晶体,而酶降解则是以定向酶解的方式使淀粉晶体结构更加完善。具体为:芭蕉芋淀粉经过60℃热降解处理后,出现了颗粒边缘糊化的现象,但仍然具有偏光十字特征。与原淀粉（Native Canna Starch,NCS）相比,热降解提高了芭蕉芋淀粉的抗热性、抗酶性以及短程有序性的同时降低了长程有序性,表现在SAXS长程有序峰消逝和双螺旋含量（Double Helix Content,DHC）增加。酶处理对芭蕉芋淀粉颗粒形态影响较大:淀粉颗粒表面最初主要形成海绵状结构（许多径向孔穴）,随后发生碎片化现象;进一步酶解,淀粉晶层与非晶层之间逐渐变得弥散,表现为片层重复距离d和过渡层厚度E的增加,体积结晶度???的下降。相比热降解,酶能够有效的缓解热对长程有序的破坏,同时提高短程有序性。最后,评价了热降解和酶降解对芭蕉芋淀粉抗老化效果的影响。从透光率、析水率、质构、分子有序度来看,热降解芭蕉芋淀粉（Thermally Degraded Canna Starch,TDCS）的抗老化效果明显优于酶降解芭蕉芋淀粉（Enzymatically Degraded Canna Starch,EDCS）。同时,通过对四大片层结构因子打分得到潜变量-结构,对六大老化指标因子打分得到潜变量-老化,并应用偏最小二乘法回归（Partial Least Squares Regression,PLS）算法构建了多变量-多指标抗老化预测模型。该模型可以反映每个潜变量与指标因子之间的关系,使评价结果更全面合理,同时也为新淀粉样品老化预测提供了科学依据。本论文以芭蕉芋淀粉为原料,系统分析、比对芭蕉芋淀粉与其他块茎类淀粉理化结构特性,并从中获得其共性和差异化;接着从降低直链淀粉含量和解析片层结构出发,以SAXS为手段,构建适合芭蕉芋淀粉体系即B-型淀粉的结构模型,并将其应用于热降解和酶降解机理探讨;在此基础上研究了芭蕉芋淀粉在两种降解途径下的构-效关系,并对降解淀粉抗老化机理进行了探索。由于构建的片层结构模型具有代表性、获取快捷、理化响应高效等诸多优点,有望在理化性质尤其是抗老化预测中得到应用。