高压均质协同脂肪酸复合作用调控大米淀粉消化性能的研究

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大米淀粉是人类主食大米中的主要成分,其多为快消化淀粉,人体吸收后会产生高血糖应答,增加糖尿病、肥胖症等慢性代谢性疾病的患病风险。本论文针对现代营养健康膳食的发展趋势以及淀粉消化性能在营养功能中的重要作用,提出了采用高压均质加工技术协同脂肪酸复合方法调控大米淀粉的消化性能。在系统探讨高压均质条件对大米淀粉多尺度结构和消化性能影响的基础之上,利用高压均质促进大米淀粉与不同结构脂肪酸发生复合作用,探究在剪切力场作用下,大米淀粉-脂肪酸复合物多尺度结构演变与消化性能之间的相互影响关系,为高压均质协同脂肪酸复合技术应用于构建具有特定慢消化和抗消化性能的大米淀粉-脂肪酸复合物提供理论依据。在高压均质处理过程中,大米淀粉分子链受到剪切力的作用一方面发生断裂,使平均分子量和均方旋转半径均减小,α-1,6糖苷键比例明显下降,直链淀粉含量升高,原有的氢键结合方式、螺旋结构和有序化结构受到破坏,向无定形结构转变;另一方面,处于无定形状态自由度较高的分子链又会发生重新排列,借助氢键等相互作用形成新的单螺旋结构、双螺旋结构和有序结构。从而阻碍和屏蔽淀粉酶在淀粉分子中的迁移速率和作用位点,导致大米淀粉的快消化性淀粉(RDS)含量减少,抗消化性淀粉(RS)含量增加。低均质次数及高均质压力,或高均质次数及低均质压力条件下,都有利于大米淀粉分子链的有序化排列,促进RS的生成。当均质条件为150MPa×1(压力×次数)时,大米淀粉分子的有序化程度最高,其抗消化性能也达到最高。利用高压均质在150MPa×1条件下制备大米淀粉-饱和脂肪酸复合物,并结合现代分析技术系统探讨其结构和消化性能。研究结果显示,随着饱和脂肪酸添加量的增加,大米淀粉与饱和脂肪酸复合物的复合率、表面有序程度、单螺旋结构含量、相对结晶度和有序化程度不断增加,由无定形结构逐渐转向结晶层和无定形层交错排列的结构。当添加量相同时,随着碳链长度的增加,虽然饱和脂肪酸与大米淀粉的复合率降低,但复合物的表面有序程度和单螺旋结构含量不断增加,螺旋结构由V7型向V6型转变;相对结晶度逐渐提高,由Ⅱ_b型向Ⅱ_a型结构形态转变;分子有序化程度不断增大,无定形结构含量不断降低,由无定形结构逐渐转向结晶层和无定形层交错排列的结构。与均质处理大米淀粉相比,饱和脂肪酸碳链的增长或添加量的增加,均会使大米淀粉-饱和脂肪酸复合物的快消化性淀粉(RDS)含量不断降低,慢消化性淀粉(SDS)和抗消化性淀粉(RS)含量不断增加。进一步系统研究利用高压均质技术促进大米淀粉与不同结构和添加量的不饱和脂肪酸进行复合及对复合物结构和消化性能的影响。结果显示,高压均质制备的大米淀粉-不饱和脂肪酸复合物主要是以Ⅱ_a型结构形态为主。随着不饱和脂肪酸添加量的增加,大米淀粉-不饱和脂肪酸的复合率和多尺度结构的变化趋势与饱和脂肪酸复合物一致。而当添加量相同时,碳链越长的不饱和脂肪酸与大米淀粉的复合率越低,但其复合物的表面短程有序程度、单螺旋结构含量、相对结晶度和有序化程度越高,无定形结构不断降低;反式单不饱和脂肪酸与大米淀粉复合物的复合率、表面短程有序程度、单螺旋结构含量、相对结晶度和有序化结构均高于顺式不饱和脂肪酸复合物;多不饱和脂肪酸与大米淀粉复合物的复合率、单螺旋结构含量和相对结晶度最低,但其表面短程有序程度、双螺旋结构含量及有序结构含量却最高,导致其结构更加接近于结晶层与无定形层交错排列的方式。与均质处理大米淀粉相比,不饱和脂肪酸分子的引入显著提高大米淀粉的SDS和RS含量,添加量的增加会使这种变化趋势越加明显,而不同结构脂肪酸与大米淀粉复合物的抗消化性能大小次序则为:饱和脂肪酸>多不饱和脂肪酸>反式单不饱和脂肪酸>顺式单不饱和脂肪酸。在明晰了高压均质和脂肪酸复合作用诱导大米淀粉多尺度结构和消化性能演变的基础之上,利用Pearson相关性分析揭示影响高压均质及脂肪酸复合作用调控大米淀粉消化性能的关键因素,并建立了相关物理模型,从分子水平上阐明了高压均质条件、脂肪酸结构和添加量与大米淀粉多尺度结构和消化性能之间的相互影响关系,为新型淀粉类营养健康食品的创制提供理论依据。
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