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豇豆多糖的结构表征及其与马铃薯淀粉共混体系特性的分析
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  • 编辑:若诗
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  • 论文编号:el2021071209243122432
  • 日期:2021-07-15
  • 来源:上海论文网
本文是农学论文,1.对豇豆多糖结构进行初步探索后,可以尝试在后续的试验中研究豇豆多糖的构效关系、功能及溶液构象之间的关系,并根据前期的试验结果结合实际将豇豆多糖应用在保健品和功能性食品的开发上。2.以期为淀粉-多糖共混体系在不同食品加工条件下的应用提供有力的依据。3.豇豆多糖与马铃薯淀粉分子之间的研究可以在更高的分子水平上研究。红外光谱的结果显示所有样品均具有多糖的特征吸收峰。X-衍射图谱结果显示CPP-60的结晶度高、CPP-70和CPP-80为半结晶状态、CPP-90主要以无定型的状态存在。豇豆多糖为阴离子多糖,多糖的粒径范围在120.5-679.3nm。扫描电镜结果4种多糖的形态各不相同:CPP-60表面呈现密集的褶皱状;CPP-70呈现大小不同的密集网状堆积;CPP-80具有特征性的蜂窝结构;CPP-90表面相对光滑紧密,无裂痕。豇豆多糖的添加降低马铃薯淀粉的溶解度、膨胀度;会提高淀粉糊化后的透光度;会促进淀粉的短期凝沉;RVA结果显示CPP的添加提高了共混体系的黏度,使淀粉糊化所需的温度更高和时间更长。热力学性质的结果表明多糖加入降低了淀粉糊化需要的焓值,延缓了淀粉的糊化;X-衍射和扫描电镜的结果也证实了这一结果。本研究首次采用分级醇沉的方法分离出4种豇豆多糖,并对4种多糖的组成成分和结构进行了初步探索。探究了豇豆对淀粉性质影响的研究,结果发现多糖对淀粉的短期凝沉和黏度影响显著,此研究结果可以为豇豆多糖在可食用淀粉膜的应用提供更多的思路。

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第一章绪论

 

马铃薯淀粉的应用一般要经过糊化之后,因此研究淀粉糊化后的性质对淀粉的应用有重要的意义。大量研究表明瓜尔胶、黄原胶、结冷胶和大豆多糖等非淀粉多糖都会对淀粉的糊化性质产生影响。目前关于豇豆多糖的成分和结构,及对淀粉的影响尚未见报道。因此本文拟通过对豇豆多糖的成分及结构的初步探究,并研究其对马铃薯淀粉理化性质和糊化特性的研究,以期扩宽豇豆多糖和马铃薯淀粉共混体系在食品行业的应用前景。本课题以豇豆粉为原料,采用超声波辅助提取的方法提取豇豆多糖,响应面优化多糖的提取工艺。利用分级醇沉分离出4种多糖,通过研究4种豇豆多糖的组成成分、结构及溶液特性等方面的差异,及多糖对马铃薯淀粉的理化特性和糊化特性方面的影响,为多糖-淀粉共混体系的应用提供研究基础。(1)响应面优化超声辅助提取豇豆多糖的提取工艺研究超声波对多糖得率的影响;在此基础上研究提取温度、提取时间、料液比对豇豆多糖得率的影响,进一步响应面优化提取温度、提取时间和料液比,确定最优的提取工艺。(2)分级醇沉豇豆多糖及其结构表征的研究确定分级醇沉的乙醇浓度梯度,通过分析糖醛酸含量、单糖组分、X-衍射、红外光谱、粒径及电位、扫描电镜等方法,研究不同醇沉组分豇豆多糖的结构特点及理化性质(3)豇豆多糖对马铃薯淀粉理化及糊化特性的影响研究豇豆多糖与马铃薯淀粉共混体系的特性。通过测定共混体系的溶解度、膨胀度、透光度、凝沉性、黏度特性、热力学性质、X-衍射和扫描电镜等方法研究多糖对淀粉理化性质的影响。

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第二章超声辅助提取豇豆多糖及工艺优化

 

2.1材料与仪器
豇豆属豆科类植物,在我国大部分地区主要作为蔬菜食用,而在西北地区豇豆粉(又称豆面)常做为一种杂粮主食。豇豆富含多种营养成分,其中含有的蛋白质、维生素和微量元素很容易被人体吸收。豇豆卵磷脂可以促进胰岛素的分泌从而降低血糖,因此非常适合糖尿病患者食用,豇豆中丰富的营养成分也可以满足人体需求。植物多糖具有免疫调节,抗肿瘤,降血糖,抗病毒和抗氧化等作用,成为近年来的研究热点。有研究表明豇豆多糖有明显的降血糖活性(Wuetal.,2019)和抗氧化作用,开发豇豆高效而便捷的制备方法显得尤为重要。目前多糖提取方法主要有热水浸提、碱提取、超声波辅助提取、微波辅助提取、酶解法等(易凤英等,2010)。热水提取由于其安全操作和对环境的保护而常被视为是提取多糖的常用方法之一(张汇等,2020)。其缺点是提取时间长和多糖的产率低。为了提高豇豆多糖的得率,本章拟采用超声波辅助法提取豇豆多糖,并通过响应面法优化豇豆多糖的提取时间,提取温度和料液比,为多糖的进一步分离纯化及结构和功能的研究奠定了基础。
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2.2试验内容和方法
如图2-1热水提取豇豆多糖的得率为1.35%,经超声处理后豇豆多糖的得率显著升高,说明超声作用有助于多糖的溶出。随着额定功率增大到50%时,豇豆多糖得率出现峰值。其原因是随着超声功率的增加其对多糖结构的作用力增加。豇豆粉吸收能量,导致温度升高和内部压力升高,促进细胞结构破坏,并使多糖溶解在溶剂中(Prakash,2013)。但是当功率超过50%时,豇豆多糖的得率明显下降。这可能是因为功率过大提供的能量过多,分子之间运动剧烈破坏了一部分的多糖(蔡啸镝,2015)。如图2-2所示,超声时间从2min增加到5min时,随着时间的延长,豇豆多糖的得率也增加。这可能是因为时间的增加,溶液中吸收的超声波的能力增加,从而导致热量聚集在一起,加快了多糖的传质速度,有利于超声空化作用的产生,使得多糖从溶剂中析出。当超声时间超过5min,多糖得率呈现下降的趋势,这可能是因为空化作用的时间增加导致多糖链被破坏,从而影响多糖的得率(陆敏等,2019),因此在本试验中确定了超声功率为额定功率的50%,超声时间5min。如图2-5所示,当料液比为1:40时,豇豆多糖的产量最高。这可能是由于以下原因:当原料与水的比例增加时,细胞内部和外部的渗透压也升高,从而加速了多糖在溶液中的溶解速度,进而提高了豇豆多糖的得率(Maranetal.,2013)。然后随着料液比的继续增加,多糖的得率随料液比的增加而降低,这种结果的出现可能是因为水与物质的比例过大导致植物细胞内外溶剂之间的浓度差异很大,过大的料液比会降低分子之间的相互作用,从而导致多糖产量下降。

 

第三章豇豆多糖的分级醇沉及理化性质研究...........................................25
3.1材料与仪器.....................................................................................................25
3.2试验内容及方法.............................................................................................27
3.3结果与分析.....................................................................................................33
第四章豇豆多糖对马铃薯淀粉性质影响的研究......................................38
4.1材料与设备.....................................................................................................40
4.2试验内容与方法.............................................................................................41
4.3结果与分析.....................................................................................................43
第五章结论............................................................................................................50

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第四章豇豆多糖对马铃薯淀粉性质影响的研究

 

4.1材料与设备
淀粉是人类饮食的主要来源,它不仅作为主食,如面包、面条、馅饼等,还用作各种配方食品的增稠剂和凝胶剂等。淀粉是一种由交替的无定形和晶体片层生长环组成的半晶体,天然淀粉的糊化过程包括淀粉晶体结构的消失、颗粒体积的膨胀和淀粉悬浮液加热后粘度的急剧增加。在淀粉基食品应用中食品的品质、口感和贮藏常与糊化淀粉的性质相关,食品加工中通常将糊化淀粉的性质作为重要的参数。目前常常通过添加多糖类食品添加剂改变淀粉的结构和性质,从而提高淀粉类食品的品质。马铃薯淀粉是食品行业重要的配料,在食品行业上具有广泛的用途,同样也是日常生活中必不可少的原料之一,目前有关豇豆多糖应用在马铃薯淀粉的研究还未见报道。因此本章重点以马铃薯淀粉为原料,研究了不同组分的多糖对马铃薯淀粉共混体系的理化特性和结构特性的影响,以期为豇豆多糖在淀粉食品生产中的应用提供理论依据。淀粉的凝沉可分为短期和长期。短期凝沉主要是直链淀粉有序排列的结果,而长期沉降是支链淀粉有序排列的结果。从图4-2中可以看出,与对照相比,样品放置24小时后所有样品都有明显的分层现象出现。对照组中上清液的体积很小,约2h出现分层现象,上清液的体积百分比约为9%。
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仪器与设备

 

4.2试验内容与方法
透光度是淀粉糊的重要特征之一,当淀粉在加热糊化时,淀粉颗粒会在吸水与加热的共同作用下逐渐吸水膨胀。淀粉在充分糊化以后,分子之间重新排列、相互缠绕,当光在糊化后通过淀粉糊时,淀粉糊中剩余的淀粉颗粒会发生反应,并在老化后反射凝胶束,并形成淀粉糊的透射率(韦冷云,2015)。由于马铃薯淀粉中含有磷酸根基团,它将影响分子之间的结合并降低光的反射强度,所以跟其他淀粉相比马铃薯淀粉的透光度会相对较低(王子逸等,2019)。如图4-1所示,CPP-60、CPP-70、CPP-80和CPP-90使共混体系的透光度升高,这可能是因为这四种豇豆多糖的加入使膨胀的淀粉颗粒周围的折光系数发生变化,使光的折射和反射的程度稍有增强,因而影响共混体系的透光度的升高。(苏晓芳,2015;黎晓等,2008)。淀粉凝沉是指淀粉糊化后并在室温下冷却后分层并伴有沉淀的现象。这是因为马铃薯淀粉中支链淀粉的含量很高,可以达到80%。因此,马铃薯淀粉的凝沉主要是长期凝沉。添加了CPP-60、CPP-70、CPP-80、CPP-90四种多糖均促进了马铃薯淀粉的短期凝沉,在前8h内随时间的增加上清液的体积也一直在增加,可以看出CPP-90的作用效果更明显,上清液的体积比高达到45%左右,CPP-70和CPP-80可使上清液的体积比达到38%左右,CPP-60可使上清液的体积达32%左右。这可能是由于CPP和马铃薯淀粉之间的相分离,这有利于淀粉分子之间的接触以及淀粉分子之间的缔合,因此有助于凝结。在曲金萍等(2018)的研究中发现玉米淀粉分别与卡拉胶和果胶作用时也有类似的结果。

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第五章结论

 

本文通过响应面优化了豇豆多糖的提取工艺,再利用分级醇沉的方法分离出4种多糖CPP-60、CPP-70、CPP-80和CPP-90,通过单糖组分、红外光谱、X-衍射、扫描电镜、粒径及电位等方法比较4种多糖的理化性质及结构上的差异;再通过差示热量扫描、快速黏度分析、扫描电镜、溶解度及膨胀度等探究4种多糖对马铃薯淀粉糊化特性的影响,具体试验结论如下:采用超声辅助法对豇豆多糖进行提取,通过单因素试验确定超声时间为5min,超声功率为额定功率的50%,通过响应面优化后获得最佳的工艺参数为提取时间2h,提取温度93℃,料液比1:42g/mL。此外影响多糖得率的主次顺序为:提取时间>料液比>提取温度。与传统的热水提取法,该方法节省时间、降价成本消耗、同时多糖得率从1.35%提高至7.65%。豇豆粗提物通过分级醇沉的方法分离得到4种多糖分别为CPP-60、CPP-70、CPP-80、CPP-90。所有样品中均含有少量蛋白和糖醛酸,糖醛酸的存在说明多糖为酸性多糖。采用高效液相色谱分析单糖组分,结果表明单糖主要由葡萄糖和半乳糖组成,还含有少量的鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸和岩藻糖,这证明多糖为酸性杂多糖。因为淀粉的糊化和回生特性与水的存在关系密切,可以采用高新技术研究水分在豇豆多糖和马铃薯淀粉混合体系糊化和老化期间的运动。4.利用豇豆多糖可以促进马铃薯淀粉的短期凝沉,因此可以利用这一特性制作具有功能性的可食用淀粉基膜。
参考文献(略)