基于非共价键和水分布特征的直链淀粉体系模拟脂肪的机制研究

Starch-based fat-mimetics have attracted much attention because it can reduce the amount of calories, offer fat like mouthfeel and high safety. Previous studies have found that amylose can provide better simulate results such as pseudo-plastic, gel characteristics than common mixed starch, however the mechanism of simulated fat and performance change rule are not clear. Based on the previous research work, we propose methods including non-covalent bond and water distribution, to investigate the forces maintain the architecture and the formation process of microstructure, and to clarify mechanism of simulated fat. To achieve the above purpose, we start this research from the process of amylose forming gel and spherules, using DSC, variable temperature nuclear magnetic resonance (NMR), low field nuclear magnetic resonance (NMR), SEM, X-ray and other research methods to get the micro-structure and interactions of the simulation system, the change of the moisture migration and distribution information. Meanwhile rotational rheometer, texture analyzer and other research methods were used to get rheological property, texture, microstructure. These study from a new way to clarify the mechanism of simulation fat, rich the processing theory of carbohydrate fat substitutes, and provide theory support for the residents’ healthy diet.

以淀粉为基质的脂肪模拟物因能降低食物热量，提供类似脂肪的口感，安全性高而备受关注。前期研究发现直链淀粉比普通混合淀粉能更好的模拟脂肪的假塑性和凝胶特性，但其模拟脂肪的作用机制及性能变化规律并不明晰。基于前期研究工作，申请者提出从直链淀粉模拟体系的非共价键和水分布特征两个角度出发，能分别探明维持模拟体系结构的作用力信息和模拟体系微观结构特征，进而期望阐明直链淀粉模拟脂肪的作用机制。据此，本项目拟从直链淀粉形成凝胶和球晶过程出发，采用DSC、变温核磁共振、低场核磁共振、SEM、X-衍射等手段获得模拟体系微观结构，作用力，水分迁移和分布的变化等信息；同时采用流变仪、质构仪等手段研究直链淀粉模拟脂肪引起的流变性，质构特性等变化规律共同阐明直链淀粉体系模拟脂肪的作用机制。研究可以从新的角度阐明淀粉大分子模拟脂肪的作用机制，丰富淀粉质脂肪替代品物的加工理论，也为居民健康饮食提供理论支持。

过量的摄入脂肪不仅导致肥胖，还会增加心血管疾病、糖尿病等的发病机率。然而单纯去除食品中的脂肪来降低热量会导致食物口感粗糙、质地变差。因此，采用低热量脂肪模拟物替代食品中的部分脂肪同时保持食品良好的口感，是目前最为可行的解决方案。以淀粉等碳水化合物为基质的脂肪替代品原料来源广泛，摄入后副作用极小，被公认为是最安全、最可靠一类脂肪替代物。但已有的研究多集中在外在功能性及效果评价方面，未提出进一步的作用机理。课题围绕直链淀粉模拟脂肪的性能变化规律及作用机制这一主要研究目的开展了三部分研究。.一是建立直链淀粉制备脂肪模拟物的关键工艺，并研究了模拟体系流变行为、凝胶特性等的规律性。当以硬度为考察指标时，最佳制备工艺为：12%的淀粉乳，185℃油浴12.5min，淬火冷却25min。随着直链淀粉含量增加（最佳85%），直链淀粉分子缠绕作用加剧，形成的凝胶网络结构增强模拟物呈现明显的“剪切稀化现象”，属于非牛顿流体，且贮存模量G' 始终远大于损失模量G''。此外，随着直链淀粉含量的提高，模拟物的硬度、黏性、内聚性都呈现先增加后减小的趋势。.二是通过低场核磁共振、电子显微镜等方法分析体系中水分的迁移分布和微观空间结构。直链淀粉分子能增加模拟物对水分子的束缚能力，使质子密度和质子信号都更加均匀，促使水分分布更加均匀。随着直链淀粉含量的增加，模拟物三维网络结构之间开始出现（2-10 μm）淀粉颗粒球晶，也有利于模拟类似脂肪颗粒的口感。当直链淀粉比例大于70%时，模拟物三维网络结构出现断层逐渐向片层状结构转变，是模拟体系发挥作用的重要结构基础。.三是进行了模拟体系非共价键作用力的研究。氢键是维持模拟物结构的主要作用力，但在高温条件下会发生部分断裂，使凝胶基质弱化，三维网络结构遭到破坏。将模拟物应用到冰淇淋中，结果显示脂肪替代率可以达到40%，且未对产品膨胀率，口感、质构以及流变特性产生不利影响。.项目的研究对基于碳水化合物的低热量脂肪模拟物的制备有重要参考价值。相关研究发表了研究论文4篇（另有2篇审稿中），申请发明专利3项，培养研究生2名，博士生一名。