食品物性学综述 - 图文

文献综述

改性淀粉的研究进展

摘要：改性淀粉也称变性淀粉,是利用物理、化学、生物等手段改变天然淀粉的性质,以获得加强的或新增的性质。改性淀粉材料已经广泛应用于生产、生活的各个方面。 [1] 本文综述了各种改性淀粉的概念、制备及研究现状，并对改性淀粉在食品领域的应用研究情况进行了介绍。

关键词：改性淀粉 质构 流变性 研究进展 1 引言

天然淀粉是由葡萄糖单体缩合而成，分子质量很大，产量丰富。在实际 应用中，由于天然淀粉溶解度小、分散性差、不能形成稳定的胶溶体系等性 质，而需要通过物理、化学或酶法处理，即淀粉改性，以改变其某些天然性 质，增加其性能或引进新特性，使之符合生产、生活需要。现在改性淀粉的 品种越来越多，用途越来越广，是淀粉综合利用的新领域。目前改性淀粉絮凝剂已经发展为4大类，包括非离子型改性淀粉、絮凝剂阳离子型改性淀粉、絮凝剂阴离子型改性淀粉、絮凝剂两性改性淀粉。我国关于改性淀粉絮凝剂的有关专利已超过100项淀粉的改性主要通过对淀粉分子链连接上的游离羟基进行酯化醚化氧化交联等加工而得到。伴随着工业生产技术的快速发展，面对新设备和新技术条件的操作要求，原淀粉的某些性质已不再适合，需要变性处理，才能够获得优良的应用效果。譬如，新的糊化淀粉乳的技术，是利用高温喷射器，使蒸汽直接喷向淀粉乳，其优点是淀粉糊化快且均匀，节省设备费用，减少成本，但是此种方法的缺点是高温蒸汽使得淀粉糊的粘度下降，这对于稳定剂或增稠剂是不利的，而通过交联变性处理则能够增大淀粉糊的粘度及热稳定性，避免此种缺点。此外，高温蒸汽喷射处理也会产生剪切力，使之粘度降低，交联处理同时能够增强抗剪切力的稳定性，防止粘度降低。食品加工中越来越多地使用冷冻技术，然而原淀粉糊经冷冻后会产生凝沉现象，打破食品中原有的胶体结构，通过酯化、交联或醚化变性处理，能够提高食品的冷冻稳定性，避免此种缺点。

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2 正文

2.1 改性淀粉的概念

改性淀粉也称变性淀粉,是指利用物理、化学、生物等手段改变天然淀粉的性质。通过切断分子、分子重排、氧化或者在分子中引入取代基等方法制备得到 性质改变、加强或者产生新性质的淀粉衍生物。改性淀粉絮凝剂具有绿色、无毒、价廉、易于生物降解、来源广泛等特点。 2.2 改性淀粉的制备

2.2.1 通过冷置乳清蛋白凝胶来改进淀粉的流变性

人们越来越感兴趣于通过创建结构新颖的食品来创造理想的结构特性。预热（90℃ /10分钟）的冷凝胶乳清蛋白（WPI）溶液（2.5，5.0和10.0克/100克）和乳清蛋白-淀粉混合物（分别为2.5克/100克和3.75克/100）用氯化钙催化（10和20毫摩尔/ L）。钙的加入促进了环境温度下预热体系的凝胶化，导致浊度增加，复杂的剪切模量（G *），和光亮度。这些测量的特性随着蛋白和/或钙离子浓度的增加而增加，这是由于更广泛的蛋白网络的形成。在乳清蛋白-淀粉混合体系中，膨胀的淀粉颗粒的存在造成了不连续的蛋白质网络的形成，与乳清蛋白体系相比导致较低的凝胶动力性。我们的研究结果对于带有特殊流变学特性（如凝胶特性和浆糊特性）的半固体食品的形成具有有益的启发。

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这项研究表明，冷置凝胶化法可以用来改变淀粉悬浮液的外观，稳定性和结构特性。在冷置WPI-凝胶时淀粉悬浮液的不透明度（亮度）增加，这是由于有能强烈地散射光的蛋白质聚集体的形成。因此，在乳化食品中这些凝胶能够靠脂肪液滴形成需要的浊度。凝胶强度可以通过改变样品中钙， WPI，淀粉水平的大小顺序而改变，这可能证明对生产带有理想的质构特性的低热量食品是有用的。然而，在许多体系中当钙离子浓度（20 mmol/L）较高时会观察到脱水收缩现象，这将是在许多食品应用中不希望看到的。总之，本研究表明，用冷置乳清蛋白凝胶控制食物的物理化学性质是有效的方法，这可能是有用通过去除脂肪和/或淀粉来开发低热量食物的有用的方法。

2.2.2 小麦淀粉在乳清蛋白混合体系中的相行为和水解特性

乳清蛋白（WPI）随着小麦淀粉（WS）浓度的增加网络结构的变化规律被测定。用温度差示扫描量热法分析二元混合物在宏观和微观水平上的小变形动态振荡和剪切力。热诱导凝胶后样品质地硬度被测定。环境扫描电子显微镜提供了有形的聚合物成分的信息网络形态。实验涉及体外淀粉消化并能间接评价二元混合物中结构。在a-淀粉酶的模型系统中，淀粉酶水解乳清蛋白作为淀粉水解的阻燃剂。在加热过程中混合体系随温度而变化的流变学特性更接近于单一的乳清蛋白，而不是纯淀粉。从这一跨学科的分析方法，利用流变学，量热仪和显微镜，结果认为有胶凝体系的相分离现象的发生。也有证据表明乳清蛋白与小麦淀粉是不连续的填充剂，进而证实了淀粉体外酶促水解的发生。

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本研究对球状的乳清蛋白和小麦淀粉从水性胶体系统到自支撑凝胶的热转换。微相分离现象的证据已是即将来临。对于聚合物浓度比检测，建议连续分布的乳清蛋白穿插间断淀粉夹杂。这一阶段的形态显示在乳清蛋白多糖存在时α-淀粉酶在体外消化。此外，还有一个相关联的共凝胶水解速率的下降。因此结果鼓励在淀粉/乳清蛋白基配方中的血糖负荷减少。结果表明企业通过操纵相形态来改变聚合物的相互作用和理化环境。今后的工作将考虑增强WPI延缓淀粉水解的影响。一个增强的体外消化模型模拟人体胃肠道程序也将被用于确定趋势。

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2.2.3 通过扫描电镜（SEM），环境扫描电镜（ESEM），原子力显微镜（AFM）和图像的纹理分析来评价机械损伤对小麦淀粉颗粒的影响

机械损伤对小麦淀粉颗粒表面的效果，通过扫描电子显微镜（SEM）、环境扫描电子显微镜（ESEM）、原子力显微镜（AFM）和纹理的图像分析在微观结构的水平进行了检测。样品的扫描电镜（SEM）和扫描电镜图像表明，淀粉颗粒表面光滑、平整，边缘平滑。损坏的淀粉含量较高的样品具有颗粒变形、凹凸，均匀性较差。轮廓参数的分形维数的增加，表明由于机械损伤造成表面凹凸增加。损坏颗粒的表面上表现出不同形状和大小的凹部。表面粗糙度参数和分形维数增加机械损伤。破损淀粉增加时颗粒表面受损时表现出较高的熵和同质性较低值。结果表明，机械损伤引起纳米级结构的改变。

由物理伤害造成的粉碎的颗粒表面淀粉颗粒具有不规则的，粗糙的，欠均匀的表面，并降低了颗粒的结晶度。淀粉颗粒的显微技术和提供相关的定性和定量的信息可用于谷物产品的微观结构的研究，也为它的处理和利用图像分析装置的微型和纳米结构的表征提供了依据。图像和结构分析是成功进行评估材料机械损伤造成的淀粉颗粒表面的形态变化。结构和纹理参数可以帮助评估谷物产品的质量和研磨过程中的效率。在本研究中所获得的结果集成了定性和定量的信息，能提供有用的工艺工程和结构淀粉颗粒属性。结果表明，机械的过程中产生结构上纳米尺度的修改，这对食品的质量控制是重要的。

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2.2.4 蜡质玉米改性淀粉的凝胶特性

淀粉在改性之后会增加很多特性，化学改性经常使用的方法有接枝，交联，氧化等。在实施方案中，常使用乙酸酐(AA)，环氧丙烷(PO)。琥珀酐(SA)，辛烯 基琥珀酸酐(OSA)等对玉米淀粉进行接枝。接枝上的改性淀粉具有表面活性能形成很稳定的水包油型乳化体系。在食品工业上，用于乳化香精，软饮料，调味色拉油，作为微胶囊壁材。在焙烤食品中，具有乳化，保湿，保鲜的作用。在酱料生产中，加入乙酰化二淀粉己二酸酯蜡质玉米淀粉，不仅使酱料在长时间冷冻与解冻加T后，仍能保持组织质量的稳定性，并且还能避免酱料组织随时间延长而凝胶；羟基丙肽蜡质玉米淀粉，能赋予酱料良好的口感，柔滑的质地。交联淀粉在食品工业中，可作为色拉汁的稳定剂和增稠剂；在罐头食品高温加热杀菌时要求淀粉糊的热稳定性高，加入适量的交联淀粉能满足这个要求。单一变性淀粉本身还存在不足，如交联淀粉溶胀性差，透明度低。在食品中添加氧化淀粉可使淀粉糊化温度降低，热糊黏度变小，可作为较低黏度的增稠剂；在软糖生产中，氧化淀粉可替代果胶等食用胶，降低生产成本；氧化淀粉对食物具有较好的黏结力，可用于油炸食品的裹粉，使口感松脆。

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当加入黄原胶时，蜡质淀粉的流变性会发生改变。通过对黄原胶构象的观察来探究黄原胶对蜡质淀粉的影响。在此设置中使用不同类型的淀粉：玉米，马铃薯，化学改性的玉米和水稻。稀释条件下，黄原胶的改变并没有影响淀粉的糊化。然而，对粘贴行为进行了观察，其中黄原胶的转变引起粘度显著降低。表明黄原胶可以限制敏感的淀粉颗粒的击穿，这个作用随着黄原胶的改变而加强。冷却后的浆料的流动曲线表明，颗粒的完整性是黄原酸功能最佳的先决条件，但黄原胶颗粒的稳定作用在这些粘贴的条件下受到限制，显著影响淀粉颗粒的流动性。 2.2.5 基于木薯淀粉的物性研究

木薯改性淀粉是一种水溶性阴离子高分子型化合物，采用木薯提取淀粉作为原料，先后进行交联醚化反应、羧甲基化醚化反应和预糊化反应，最后干燥粉碎即可制得。因此，又称交联预糊化淀粉，属醚类淀粉物。

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具有生态效益的产

品是新一代由可持续材料制备的生物产品，包括环境可接受、使用后废物处置。增加对环境的关注与处理废塑料，强调发展生物降解淀粉可食性膜具有重要性。这项研究的目的是开发模型和木薯淀粉可食性膜盒的单独和相互作用的过程变量力学性能研究。本法设计有四个因素、三个层面来评估单独和互动效果的工艺参数（木薯淀粉1-3克;甘油0.5-1.0毫升，琼脂0.5-1.0克和80跨度： 0.1-0.5毫升）抗拉强度，伸长率，杨氏模量，穿刺力，穿刺变形。对于每个响应，二阶多项式回归模型表现良好，实验数据具有较高的决定系数（ R 2）。构建了响应面和等高线图来表示过程参数和响应之间的关系。

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在H2O2/FeSO4双组分氧化还原体系中，以酶改性木薯淀粉为主链，以苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯腈(AN)、丙烯酰胺(AM)和二甲基二烯丙基氯化铵(DM)为单体，通过无皂乳液聚合制备了酶改性接枝物乳液。探讨了α-淀粉酶改性木薯淀粉的工艺对单体转化率的影响，通过红外光谱(FT-IR)、静态接触角和扫描电子显微镜(SEM)对酶改性淀粉接枝物进行结构和性能表征。结果表明,酶改性淀

粉接枝物乳液有很好的施胶性能，当聚合物乳液用量为施胶液的0.5%时，施胶效果达到最佳。

在H2O2/FeSO4双组分氧化还原体系中，以酶改性淀粉为主链，以苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯腈(AN)、丙烯酰胺(AM)和二甲基二烯丙基氯化铵(DM)为单体，通过无皂乳液聚合制备了酶改性接枝共聚物乳液。单体转化率最大时α-淀粉酶改性淀粉的最佳工艺为：温度60℃，pH为中性，反应时间15min，α-淀粉酶的用量为绝干淀粉的0.4%。通过静态接触角和扫描电子显微镜(SEM)对瓦楞原纸表面进行性能表征，结果表明，酶改性淀粉接枝物乳液与酶改性淀粉作为瓦楞原纸表面施胶剂相比，施胶性能提高，当聚合物乳液用量为0.5%时，施胶效果达到最佳。

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2.2.6 复合改性淀粉的特性

玉米淀粉具有很强的可变性能，经物理、化学、生物化学等方法处理，可获得多种改性淀粉产物。木薯又称树薯，木薯淀粉产量比较高。与其他淀粉相比，木薯淀粉在理化性能方面具有其特有的优点，如淀粉糊黏度相对较高、成膜性较好。两种淀粉目前被广泛应用于食品、造纸、纺织及医药行业等。以木薯淀粉和玉米淀粉为原料，对其进行交联和羟丙基醚化复合改性，制备了复合改性淀粉，并对复合改性淀粉的流变学特性、扫描电镜分析(SEM)及红外光谱分析(IR)进行了分析比较。流变学特性分析显示，经过复合改性后的木薯淀粉抗老化性能比玉米淀粉抗老化性能强。SEM分析显示淀粉经过复合改性后，淀粉表面棱角模糊，颗粒整体有小范围扭曲，并可明显观察到表面粗糙，毛刺感较强。IR分析显示复合改性淀粉与原淀粉的红外吸收图谱相比，在2250一2500cm处有强的吸收峰，复合改性木薯淀粉尤为明显。添加复合改性淀粉的面条与空白相比，最佳烹煮时间缩短、烹煮损失明显降低。

添加复合改性淀粉的面条与空白相比，最佳烹煮时间缩短、烹煮损失明显降低。这一结果说明，添加复合改性淀粉对改善面条的烹煮特性和烹煮损失有显著作用。最佳烹煮时间缩短，可能是由于复合改性淀粉分子中的羟丙基基团的亲水性大于小麦粉淀粉中羟基造成的。添加复合改性淀粉的面条溶出率降低，可能是因为复合改性淀粉在烹煮时与面筋形成了较为致密的网络，阻碍了小麦淀粉颗粒的溶出。当面条受热时，由于复合改性淀粉糊化温度低、膨胀性大、粘附性强，与改性凝固的面筋蛋白一起形成细密的网格结构，从而使后来糊化的小麦淀粉颗粒膨胀时，难以溶出，因而溶出率降低。

木薯原淀粉的老化黏度比玉米原淀粉的老化黏度高，但抗剪切性能比玉米淀粉差。而经过复合改性后木薯淀粉的抗老化性能比玉米淀粉的抗老化性能强。薯原淀粉呈现半椭圆形状，表面光滑，棱角分明。而淀粉经过复合改性醚化后，淀粉表面棱角模糊，颗粒整体有小范围扭曲，并可明显观察到表面粗糙，毛刺感较强。复合改性淀粉与原淀粉的红外吸收图谱相比，在2250—2500cm。复合改性木薯淀粉尤为明显，木薯复合改性淀粉比玉米复合改性淀粉在2250—2500cm处吸收明显。

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3 改性淀粉的发展前景

改性淀粉是十九世纪末开始出现的, 至今已有一百多年的历史. 我国改性淀粉的研究始于二十世纪八十年代, 现已取得了长足的发展, 但与欧美国家相比还有不小的差距, 如产品品种少且多为单一改性, 工艺落后, 特别是基础理论研究偏少.

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改性淀粉由于其独特的性能, 用途越来越广、 用量越来越大. 其今后的发展趋势为品种多样化、 功能复合化, 比如为了克服单一改性淀粉在性能和应用方面的局限性, 当前化学改性淀粉正朝着复合改性和多元改性的方向发展. 复合改性淀粉指采用两种或两种以上处理方法得到的改性淀粉, 它具有两种或两种以上改性淀粉各自性能的优点. 多元改性淀粉指将两种或两种以上基团引到同一淀粉分子中得到的改性淀粉. 两性淀粉是多元改性淀粉系列中的重要类型, 指在同一淀粉分子中既接上阴离子又接上阳离子的改性淀粉, 因其分子中同时含有阴离子和阳离子基团, 故比单一改性产品有更优越的使用性能。

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添加复合改性淀粉的面条与空白相比，最佳烹煮时间缩短、烹煮损失明显降低。这一结果说明，添加复合改性淀粉对改善面条的烹煮特性和烹煮损失有显著作用。最佳烹煮时间缩短，可能是由于复合改性淀粉分子中的羟丙基基团的亲水性大于小麦粉淀粉中羟基造成的。添加复合改性淀粉的面条溶出率降低，可能是因为复合改性淀粉在烹煮时与面筋形成了较为致密的网络，阻碍了小麦淀粉颗粒的溶出。当面条受热时，由于复合改性淀粉糊化温度低、膨胀性大、粘附性强，与改性凝固的面筋蛋白一起形成细密的网格结构，从而使后来糊化的小麦淀粉颗粒膨胀时，难以溶出，因而溶出率降低。

木薯原淀粉的老化黏度比玉米原淀粉的老化黏度高，但抗剪切性能比玉米淀粉差。而经过复合改性后木薯淀粉的抗老化性能比玉米淀粉的抗老化性能强。薯原淀粉呈现半椭圆形状，表面光滑，棱角分明。而淀粉经过复合改性醚化后，淀粉表面棱角模糊，颗粒整体有小范围扭曲，并可明显观察到表面粗糙，毛刺感较强。复合改性淀粉与原淀粉的红外吸收图谱相比，在2250—2500cm。复合改性木薯淀粉尤为明显，木薯复合改性淀粉比玉米复合改性淀粉在2250—2500cm处吸收明显。

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3 改性淀粉的发展前景

改性淀粉是十九世纪末开始出现的, 至今已有一百多年的历史. 我国改性淀粉的研究始于二十世纪八十年代, 现已取得了长足的发展, 但与欧美国家相比还有不小的差距, 如产品品种少且多为单一改性, 工艺落后, 特别是基础理论研究偏少.

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改性淀粉由于其独特的性能, 用途越来越广、 用量越来越大. 其今后的发展趋势为品种多样化、 功能复合化, 比如为了克服单一改性淀粉在性能和应用方面的局限性, 当前化学改性淀粉正朝着复合改性和多元改性的方向发展. 复合改性淀粉指采用两种或两种以上处理方法得到的改性淀粉, 它具有两种或两种以上改性淀粉各自性能的优点. 多元改性淀粉指将两种或两种以上基团引到同一淀粉分子中得到的改性淀粉. 两性淀粉是多元改性淀粉系列中的重要类型, 指在同一淀粉分子中既接上阴离子又接上阳离子的改性淀粉, 因其分子中同时含有阴离子和阳离子基团, 故比单一改性产品有更优越的使用性能。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3u82.html