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淀粉行業:基礎與應用研究齊頭并進

2018-12-26 12:38:38來源: 中國食品報網

   “低GI面條、低GI韌性餅干等,通過將慢消化、抗消化淀粉兩大類衍生物與飯、面、餅干三大類食品載體結合,通過營養功能淀粉衍生物的創制與應用就可以實現。”近日,在山東省青島市舉辦的中國食品科學技術學會第十五屆年會淀粉科學與谷物加工前沿技術專題研討會上,多位專家展示了他們在淀粉領域的最新研究成果以及谷物加工的前沿技術,圍繞如何充分開發我國豐富的淀粉資源、大力發展淀粉深加工產品等方面,進行了深入探討。

  數據顯示,我國淀粉年產量超過2000萬噸。淀粉產業在國民經濟中占據重要地位,是農副產品深加工和增值的重要組成部分。淀粉不僅是人們攝取能量的主要來源之一,還是一種來源廣泛、價格低廉、可完全降解和生物相容性良好的天然可再生聚合物,其作為生物可降解功能性材料及藥物控緩釋載體材料的研究和應用也越來越廣泛。營養功能淀粉衍生物的研究也日漸成為熱點。

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  開發淀粉衍生物有助于提升淀粉附加值

  淀粉衍生物是指淀粉降解、衍生及其轉化的產物,其中,淀粉糖、變性淀粉(抗性淀粉)、環糊精是淀粉衍生物代表性產品。這些淀粉衍生物是食品工業的主要原料,是醫藥、紡織、造紙、化工、建材等行業的重要配料。與會專家表示,開發淀粉衍生物,有助于提升淀粉附加值。

  “衍生物產品,是淀粉資源增值的重要途徑。”中國食品科學技術學會副理事長、江南大學食品科學與技術國家重點實驗室主任金征宇教授在“新型淀粉衍生物的創制與應用”的報告中表示,如何把淀粉資源的可再生性利用好,是提高淀粉附加值的關鍵。他介紹說,我國淀粉年產量超過2000萬噸,其中70%以上轉化為上述淀粉衍生物。其中,變性淀粉(抗性淀粉)比淀粉增值2-8倍,環糊精類產品增值幅度可達15—20倍。

  金征宇教授介紹了糊精類淀粉衍生物的創制與應用。由糖基轉移酶(CGTase)轉化淀粉制備的環糊精,是新興淀粉衍生物的研發方向之一。他指出,針對傳統環糊精局限性1—水溶性差問題,通過CGTase酶法接枝糖基制備分支環糊精,提高水溶性;對傳統環糊精局限性2—空腔尺寸小問題,通過構建基因工程菌,放大培養獲得大環糊精制備用酶(4-α-CGTase),以直鏈淀粉為底物制備大環糊精,實現腔體擴增;針對傳統環糊精局限性3—結構剛性問題,通過控制淀粉解簇、限制性水解,制備柔性結構的彈簧糊精和分級糊精。

  金征宇教授還特別談到了低GI值面條、低GI韌性餅干等營養功能淀粉衍生物的創制與應用。他表示,慢消化、抗消化淀粉兩大類衍生物可作為營養功能類膳食組分,重組制備低GI配合營養米。據了解,其研發團隊已建立了“強化復配、直接成型、短時蒸煮、連續干燥”的配合營養米生產新工藝。

  上海交通大學農業與生物學院食品科學與工程系副主任隋中泉教授認為,淀粉糖是淀粉深加工的主要產品,如何高效利用原粉生產淀粉糖,成為業界的一個研究熱點。其團隊通過實驗推測,淀粉顆粒中的蛋白質分子結構與淀粉的功能特性是密切相關的,并且有可能影響到淀粉顆粒的酶解過程,由此提出了一個科學假說——附著在淀粉顆粒結構不同層次的蛋白質分子結構的差異可能是淀粉酶解速率的決定因素之一。它導致了淀粉通道成為淀粉顆粒酶解的薄弱環節,因此易受到淀粉酶的攻擊。

  工業化納米顆粒制備技術成為研發熱點

  近幾年隨著納米科技的發展,開發小粒徑的納米顆粒成為了食品和醫藥領域的一個研究熱點。

  青島農業大學食品科學與工程學院副院長孫慶杰教授在“淀粉納米顆粒的制備、特性與應用“的報告中解釋了為什么著眼于淀粉納米顆粒制備的原因。他介紹說,如何提高功能食品的吸收問題是產業的一大難題。近幾年的納米科學技術研究,有可能會提供一種解決辦法。通過研究發現,不同粒徑的顆粒在體內的吸收有很大的差異。

  孫慶杰教授指出,淀粉納米顆粒的應用廣泛,主要包括四個方面,一是裝載活性物質,包括多酚類物質,還以做納米填充劑、吸附重金屬和制備皮克林乳液。在裝載多酚方面的研究發現,不同多酚都具較高的吸附力,對原花青素吸附率高。同時,還發現納米顆粒對多酚吸附以后,對抗氧化率的穩定性有顯著提高。孫慶杰教授指出,“目前,淀粉納米顆粒產品還未實現工業化,工業化淀粉納米顆粒的制備技術將成為下一步研發重點。”

  西南大學食品科學學院闞建全教授在“RS3和RS4基納米抗性淀粉的制備技術及其結構和功能性質研究”的報告中介紹了納米抗性淀粉RS3、RS4的結構理化性質和應用。RS3和RS4主要形成于食品生產或加工過程,在加熱或咀嚼過程中不會大部分損失,可以將其廣泛地添加到食物中,且具有良好的保健功能。RS3和RS4可通過一定的加工方式實現大批量生產,是當前研究和應用較多的一類抗性淀粉。

  “由于淀粉納米顆粒尺寸的大小,對應用效果具有很大的影響,因此制備淀粉納米顆粒的工藝研究成為人們關注的熱點。”闞建全表示。他介紹了選用新型原材料RS3和RS4,來制備納米抗性淀粉的研究進展,制備的RS3和RS4基納米抗性淀粉是一種可用于結腸靶向給藥的新材料。此外,他將反相乳化交聯技術與超聲波、高壓均質和高速剪切技術融合,成功地制備出了符合預定目標的RS3和RS4基納米抗性淀粉。闞建全教授認為,納米淀粉可以作為功能物質和藥劑載體。

  深入探究淀粉結構特性及其相互關系

  陜西科技大學食品與生物工程學院院長黃峻榕教授在“淀粉的多級結構與性質關系研究”的報告中,介紹了粉顆粒結構與結晶特性、黏度特性、酶解特性、消化特性之間的關系。黃峻榕教授認為,淀粉雖然結構單元非常簡單,但它是自然界天然分子中分子量最大的。此外,它是一個多級結構,第一級被稱為顆粒結構。在研究中發現,這一結構與結晶特性有關。第二個層次是殼層結構,研究發現,這一外殼結構與黏度特性密切相關。第三個層次是小體結構。第四個層次是分子結構,研究發現,這一結構與消化特性之間的關系密切。

  天津科技大學食品工程與生物技術學院王書軍教授則在“淀粉-蛋白質-脂質之間的相互作用及復合物多尺度結構解析”的報告中指出,淀粉是谷物食品中最主要的成分,也是能量的主要來源之一。目前的許多研究主要集中在淀粉的消化性上。淀粉在體內如何消化,它會對身體健康產生非常重要的影響。王書軍教授談到,在研究中發現,脂肪的結構和類型,對淀粉脂質復合物的類型會產生重要的影響。在食品加工過程中,淀粉、脂肪酸和β乳球蛋白可以發生相互作用形成三元復合物,其結構比二元復合物更加牢固、穩定。此外,β乳球蛋白的乳化作用,可以促進二元復合物的形成,所以說,當在三元復合物體系下存在的時候,脂肪酸的結構差異對三元復合物形成的影響就會大大減少。β乳球蛋白在淀粉單甘酯體系下會促進二元復合物的形成,但是它不會誘導三元復合物的形成。

  有效解決淀粉在加工及消化中的控釋

  市場消費需求趨向營養、健康、功能性,淀粉行業處在轉型升級階段。如何解決淀粉在加工過程中及在身體消化道過程中所面臨的對控釋系統的不良破壞作用的方法?

  對此,華南理工大學食品科學與工程學院副院長李曉璽教授認為,載體必須要跟外在環境條件很好地響應,控制釋放就是解決這些問題的一個有效途徑。根據功能因子的特性篩選特定的載體,不斷地把控釋特性跟載體、功能因子發揮功能的體現優化,最終設計出適合食品體系的控制釋放系統。他認為,可以通過利用腸道的上皮細胞中M細胞的特殊轉運途徑達到對營養物質的控釋遞送。通過M細胞表面受體引入配體,制備M細胞靶向淀粉的載體,這樣就可以成功地構建一個遞送系統,提高免疫功能因子的生物利用度。

  微膠囊技術,已成為食品工業中高科技發展方向之一。目前,淀粉基微膠囊基材主要有環狀糊精、直鏈淀粉、OSA改性淀粉等。華南理工大學食品科學與工程學院黃強教授認為,OSA改性淀粉性能好,應用領域廣闊。

  黃強表示,在直鏈淀粉制備方面,可以通過酶解等方法制備。通過醇、堿處理,可以讓支鏈淀粉的側鏈能夠形成一個環形結構,這一結構在淀粉顆粒里面可以裝載一些成分。他通過一個乙烯氣體的裝載實驗,利用加壓的辦法把乙烯氣體通到粉末里面,對復合物在不同溫度、濕度下的釋放,可以通過控制溫度和濕度的辦法控制乙烯的釋放,從而達到催熟果蔬的目的。

  本報記者 高娜

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