淀粉颗粒内残余晶体结构对其老化行为的影响机理

In foods, the retrogradation of starch greatly affects the product texture, quality, digestibility and functionality. Most of the researches mainly focus on the retrogradation of the fully gelatinized starch. There are only very limited publications dealing with the retrogradation of the partially gelatinized starch due to limited water content or insufficient heating. Partially gelatinized starches are treated with acid-hydrolysis to prepare starch crystallites. The relationships between the properties of partially gelatinized starch and the microstructure and macrostructure of residual crystallites are studied. Effects of the residual crystalline type and the residual crystallinity of starch on the retrogradation are investigated. Modified Avrami equation is used to describe the retrogradation kinetics of starch. The question shall be dissolved that the retrogradation is promoted by the initial residual crystallites as crystal nucleus or inhibited by the initial residual crystallites retarding the rate of migration of starch molecular chains. Information obtained from this research would provide better understanding of the mechanism of starch retrogradation, especially when it is partially gelatinized.

淀粉的老化对食品的组织结构、质量、消化性和功能性等都会有非常重要的影响，大部分的研究都集中于完全糊化淀粉的老化行为，而对于由热量或水分不足导致的部分糊化的淀粉的老化研究却鲜有涉及。本项目拟将淀粉部分糊化，采用酸解等方法分离出部分糊化淀粉颗粒内的残余晶体结构，研究残余晶体的微观和宏观结构与部分糊化淀粉基本物化性质之间的关系；将部分糊化淀粉进行老化，结合残余晶体结构的性质，研究淀粉颗粒内残余晶体类型和数量对其老化行为的影响，采用改进的Avrami方程模拟具有不同残余晶体结构的淀粉的老化动力学，探讨残余晶体结构在淀粉老化过程中扮演的角色：作为初始的晶核促进淀粉的老化或阻碍分子链的移动抑制淀粉的老化，为部分糊化淀粉的老化行为提供理论指导和实验依据。

淀粉的老化过程受到多种因素的影响，而与其颗粒内残余晶体结构之间的关系（未完全糊化淀粉）却鲜有研究。本项目使用A型晶体结构的玉米淀粉和B型晶体结构的马铃薯淀粉为原料，分别通过球磨处理和预糊化-喷雾干燥两种手段获得了具有不同数量残余晶体结构的未完全糊化淀粉样品，对淀粉样品的热特性、晶体结构特性、表观形貌等物理化学性能进行了分析；对淀粉样品进行不同时长的酸醇处理，研究了天然淀粉和具有不同残余晶体结构淀粉在酸醇处理时物理化学性能的变化；同时对具有不同残余晶体结构的淀粉进行老化处理，研究了残余晶体结构类型和数量对淀粉老化过程的影响，并在采用Avrami方程对老化过程进行模拟时，加入了对初始残余晶体结构在老化过程中生长的模拟。研究结果表明，残余晶体结构的数量对未完全糊化淀粉的物化性能有着重要的影响，残余晶体结构数量少的淀粉样品在酸醇处理时，更易遭到酸的渗透和侵蚀。淀粉样品颗粒内的初始残余晶体数量越少，老化速度就越快，老化程度就越大；淀粉样品颗粒内的初始残余晶体数量越多，老化速度就越缓慢，老化程度就越小。通过Avrami方程模拟分析可知，初始残余晶体结构数量较大的样品主要依靠颗粒内残余晶体结构的生长完成老化过程，而初始残余晶体结构数量较少的样品更倾向于形成新的晶核并生长成熟。因此，可以认为未完全糊化的淀粉颗粒内残余的晶体结构对于淀粉的老化速率有着不利的影响。本研究为解决淀粉基食品在生产和贮藏过程中由于老化引起的质量控制问题奠定了理论基础和提供了新思路。