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高壓均質(zhì)技術(shù)在處理淀粉中的應(yīng)用

01研究背景

高壓均質(zhì)

高壓均質(zhì)( high pressure homogenization,HPH) 是近年興起的一種非熱加工技術(shù),因其高效性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性被廣泛應(yīng)用于豆、乳制品及果蔬汁的加工制造;并逐漸應(yīng)用于淀粉等多糖大分子的改性研究中,如蓮子淀粉經(jīng) 60-180 MPa 均質(zhì)處理后,結(jié)晶度降低,組織結(jié)構(gòu)松散,消化率顯著提高;經(jīng)HPH處理后蠟質(zhì)玉米淀粉分子間氫鍵被破壞,支鏈淀粉降解,能夠有效抑制淀粉老化回生;此外,經(jīng)100 MPa多次處理后的綠豆淀粉結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)被破壞,水溶指數(shù)和膨脹度提高,淀粉糊黏度顯著降低。因此可通過經(jīng)高壓均質(zhì)不同壓力的處理,及對循環(huán)數(shù)和處理濃度的研究,并通過水溶指數(shù)、透光率等物性及熱力學(xué)特性等方面進(jìn)行性能評價,及靜態(tài)流變、黏彈特性和凝膠質(zhì)構(gòu)特性的宏觀應(yīng)用指標(biāo)研究,以期克服淀粉產(chǎn)品的加工技術(shù)難題,提高淀粉產(chǎn)品在食品工業(yè)中的應(yīng)用價值。

02新芝生物·超高壓均質(zhì)機(jī)

實驗方法

以豌豆淀粉(pea starch,PS)為原料,分別在0、20、40、60、80、100 MPa條件下高壓均質(zhì)(新芝生物SCIENTZ-207A型高壓均質(zhì)機(jī))處理3次,每次約30 min,探究HPH處理對PS凝膠流變特性及淀粉多尺度結(jié)構(gòu)的影響。

圖1 高壓均質(zhì)調(diào)控PS多尺度結(jié)構(gòu)與流變特性機(jī)制示意圖

Fig.1 Mechanism by which HPH treatment regulates multiscale structure and rheological properties of PS


實驗結(jié)果


HPH處理對PS的流變特性及多尺度結(jié)構(gòu)有較大的影響。隨均質(zhì)壓力的增大,PS黏度、觸變性呈先增加后減小趨勢,HPH處理后其假塑性增強(qiáng),剪切結(jié)構(gòu)恢復(fù)力減弱;40 MPa處理使PS凝膠黏性、彈性明顯提高,表明HPH處理可提升其凝膠性能。HPH處理過程中產(chǎn)生剪切、空化效應(yīng)、碰撞等機(jī)械力作用使PS顆粒完整性遭到破壞,表面出現(xiàn)裂縫、塌陷;促進(jìn)結(jié)晶結(jié)構(gòu)向無定形區(qū)轉(zhuǎn)變,結(jié)構(gòu)有序性減弱;α-1,6糖苷鍵斷裂,PS分支度降低。本研究有助于分析PS多尺度結(jié)構(gòu)對其流變性能的影響機(jī)制,并驗證了HPH技術(shù)調(diào)控PS及其產(chǎn)品品質(zhì)的可行性。

圖2(A)HPH處理后PS黏度隨剪切速率的變化;(B)HPH處理后PS在剪切過程中黏度隨時間的變化;(C)HPH處理后PS的短程有序結(jié)構(gòu)變化;(D)HPH處理后PS的1 H NMR譜圖

Fig.2 (A) Changes in viscosity of HPH treated PS with shear rate; (B) Changes in viscosity of HPH treated PS with shear time; (C) Changes in short-range ordered structure of PS after HPH treatment; (D) 1 H NMR spectra and branching degree of HPH treated PS;


03展望

SCIENTZ-207A超高壓均質(zhì)機(jī)特點

HPH作為一種非熱加工技術(shù)在殺菌、鈍酶的同時能最大限度地保留果蔬制品的營養(yǎng)品質(zhì)以及色澤風(fēng)味,因此高壓均質(zhì)技術(shù)還可應(yīng)用在果蔬制品中。HPH 技術(shù)的優(yōu)勢在于可以通過均質(zhì)作用,一方面能更好地釋放果蔬等食品原料中的活性成分,提升產(chǎn)品的營養(yǎng)功效;另一方面可以減小液態(tài)食品中的顆粒粒徑,保持產(chǎn)品的穩(wěn)定性。HPH 技術(shù)作為一種非熱加工技術(shù),相比于熱加工,還能更大程度地保存果蔬等熱敏性食品原有的營養(yǎng)成分與口感,具有一定的殺菌效果,可以延長貨架期。HPH 技術(shù)還具有連續(xù)化生產(chǎn)的可操作性,也為食品殺菌提供了新思路。

高同時,HPH在食品加工中的應(yīng)用仍存在較多的局限性,如其僅適合加工流態(tài)食品;對芽孢的殺滅效果還有待提高;單獨使用HPH時殺菌和鈍酶效果不如熱殺菌處理效果好,從而引發(fā)安全隱患;果汁殺菌所需的較高壓力參數(shù)使設(shè)備成本增加。此外,在HPH處理過程中會對例如維生素A等營養(yǎng)物質(zhì)造成一定損失。因此,選擇 HPH 聯(lián)合其他技術(shù)處理,選擇使用較低的壓力獲得期望的殺菌效果為目的,是HPH技術(shù)未來發(fā)展方向之一。

圖3 SCIENTZ-207A超高壓均質(zhì)機(jī)

參考文獻(xiàn)

[1]郭澤航,余子香,迪珂君等.高壓均質(zhì)對板栗淀粉糊化、流變及質(zhì)構(gòu)特性的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2019,45(17):91-97.

[2]胡榮,汪楠,張甫生等.高壓均質(zhì)處理對豌豆淀粉流變特性及多尺度結(jié)構(gòu)的影響[J].食品科學(xué),2023,44(05):53-61.

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