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(guò)經(jīng)高壓均質(zhì)不同壓力的處理，及對(duì)循環(huán)數(shù)和處理濃度的研究，并通過(guò)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(píng)價(jià)，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(jià)值。

02新芝生物·超高壓均質(zhì)機(jī)

實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

HPH處理對(duì)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(shì)，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(guò)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(wú)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(duì)其流變性能的影響機(jī)制，并驗(yàn)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(guò)程中黏度隨時(shí)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(diǎn)

HPH作為一種非熱加工技術(shù)在殺菌、鈍酶的同時(shí)能最大限度地保留果蔬制品的營(yíng)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(shì)在于可以通過(guò)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(yíng)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(yíng)養(yǎng)成分與口感，具有一定的殺菌效果，可以延長(zhǎng)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(shí)，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(duì)芽孢的殺滅效果還有待提高；單獨(dú)使用HPH時(shí)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(guò)程中會(huì)對(duì)例如維生素A等營(yíng)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(lái)發(fā)展方向之一。

圖3 SCIENTZ-207A超高壓均質(zhì)機(jī)

參考文獻(xiàn)

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