玉米淀粉颗粒低温冻融特性及冻融变性机制研究

玉米淀粉颗粒低温冻融特性是影响玉米淀粉基制品品质及玉米淀粉功能性产品深度开发的难题,已经引起一些发达国家研究者的高度重视和关注。本项目以具有微孔、无定型通道及空腔结构的玉米淀粉颗粒为研究对象，采用低温冻融处理玉米淀粉颗粒,研究淀粉颗粒结构特性、冻融温度、反复冻融次数及水分等因素对玉米淀粉颗粒低温冻融特性的影响，以及水分分布和冰晶生长行为对玉米淀粉颗粒低温冻融特性的影响,分析玉米淀粉颗粒低温冻融特性与淀粉结构特性、冻融温度、冻融次数及水分含量间的关系，探讨冰晶生长行为及水分再分布在玉米淀粉颗粒低温冻融破裂过程中的作用机制，阐明玉米淀粉颗粒低温冻融变性机制。获得的玉米淀粉颗粒低温冻融特性方面的实验及理论结果，可为玉米淀粉颗粒潜在应用价值的深度开发及玉米淀粉基制品（如冷冻玉米面团）冻融品质控制等方面提供一定的技术支持和理论依据。

玉米淀粉是一种广泛应用于食品工业及医药等领域的原材料。目前，玉米淀粉变性方法主要有化学法、物理法、生物及复合变性法等，但化学变性需改变淀粉的化学结构或引入新的基团或化学试剂，将化学变性淀粉应用于食品工业领域需考虑和评价其安全性问题；生物变性所需酶试剂成本偏高；复合变性工艺相对较为复杂不利于生产，而物理淀粉变性方法不引入新基团、无化学试剂残留，具有无污染、安全性高等众多优点，而备受国内外淀粉领域学者们的广泛关注。天然玉米淀粉颗粒为圆形和多角形，具有微孔、无定型通道和内部空腔的独特结构, 由于玉米淀粉颗粒的微孔、空腔及通道较小，不利于小分子及功能性分子的吸附，也不利于分子进入颗粒内部，这些结构缺陷严重影响了玉米淀粉的吸附性和包埋性等，制约了其在食品及医药工业等领域潜在应用。本项目以玉米淀粉颗粒为研究对象，采用不同冷冻温度（-20℃、-60℃、-100℃和-196℃）和解冻条件(25℃)及冻融处理次数（0、1、5、10、20次）处理一定水分含量的玉米淀粉颗粒，研究了冻融处理前后淀粉颗粒结构及物理化学性质等，结果表明低温冻融处理对玉米淀粉的颗粒形态、颗粒大小、偏光十字、结晶特性、微孔大小、吸附性等物化性质有重要影响。玉米淀粉的物化性质与冻融因素相关，淀粉颗粒微观结构、微孔大小与冻融次数成正相关性（0≤n≤20），与冻融温度(-196℃≤T≤-20℃)成负相关性；淀粉颗粒吸附体积及吸附表面积与冻融次数成正相关性，与冻融温度成负相关性；偏光十字和结晶强度与冻融次数成负相关性，与冻融温度相关性不明显；热性质（熔点、峰值和焓变）与冻融次数及冻融温度成相关性；淀粉颗粒溶液浊度与冻融温度及次数成相关性；淀粉颗粒持水力与冻融温度及冻融次数关系不明显；玉米淀粉回生性质与冻融次数及冻融温度间相关性不明显。本项目通过低温冻融手段有效改变了天然淀粉颗粒微观结构，提高了淀粉颗粒吸附性和包埋性等功能性质，获得了大量有关淀粉低温冻融改性方面的基础数据，成功建立了淀粉低温冻融改性新方法，阐明了淀粉颗粒性质变化与冻融因素间相关性，阐述了淀粉颗粒低温冻融变性机制。但在淀粉改性过程中需注意淀粉颗粒微孔大小不易控制、微孔尺寸具有随机性，且易于过度破裂和塌陷等问题。总之，本项目完成了任务和预期目标，项目研究成果丰富了淀粉变性方面的相关理论，还将为进一步淀粉低温行为方面的研究奠定理论基础。