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淀粉行业:基础与应用研究齐头并进
时间:2018/12/26 22:09:00   点击:30

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   “低GI面条、低GI韧性饼干等,通过将慢消化、抗消化淀粉两大类衍生物与饭、面、饼干三大类食品载体结合,通过营养功能淀粉衍生物的创制与应用就可以实现。”近日,在山东省青岛市举办的中国食品科学技术学会第十五届年会淀粉科学与谷物加工前沿技术专题研讨会上,多位专家展示了他们在淀粉领域的最新研究成果以及谷物加工的前沿技术,围绕如何充分开发我国丰富的淀粉资源、大力发展淀粉深加工产品等方面,进行了深入探讨。

  数据显示,我国淀粉年产量超过2000万吨。淀粉产业在国民经济中占据重要地位,是农副产品深加工和增值的重要组成部分。淀粉不仅是人们摄取能量的主要来源之一,还是一种来源广泛、价格低廉、可完全降解和生物相容性良好的天然可再生聚合物,其作为生物可降解功能性材料及药物控缓释载体材料的研究和应用也越来越广泛。营养功能淀粉衍生物的研究也日渐成为热点。

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  开发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、衍生及其转化的产物,其中,淀粉糖、变性淀粉(抗性淀粉)、环糊精是淀粉衍生物代表性产品。这些淀粉衍生物是食品工业的主要原料,是医药、纺织、造纸、化工、建材等行业的重要配料。与会专家表示,开发淀粉衍生物,有助于提升淀粉附加值。

  “衍生物产品,是淀粉资源增值的重要途径。”中国食品科学技术学会副理事长、江南大学食品科学与技术国家重点实验室主任金征宇教授在“新型淀粉衍生物的创制与应用”的报告中表示,如何把淀粉资源的可再生性利用好,是提高淀粉附加值的关键。他介绍说,我国淀粉年产量超过2000万吨,其中70%以上转化为上述淀粉衍生物。其中,变性淀粉(抗性淀粉)比淀粉增值2-8倍,环糊精类产品增值幅度可达15—20倍。

  金征宇教授介绍了糊精类淀粉衍生物的创制与应用。由糖基转移酶(CGTase)转化淀粉制备的环糊精,是新兴淀粉衍生物的研发方向之一。他指出,针对传统环糊精局限性1—水溶性差问题,通过CGTase酶法接枝糖基制备分支环糊精,提高水溶性;对传统环糊精局限性2—空腔尺寸小问题,通过构建基因工程菌,放大培养获得大环糊精制备用酶(4-α-CGTase),以直链淀粉为底物制备大环糊精,实现腔体扩增;针对传统环糊精局限性3—结构刚性问题,通过控制淀粉解簇、限制性水解,制备柔性结构的弹簧糊精和分级糊精。

  金征宇教授还特别谈到了低GI值面条、低GI韧性饼干等营养功能淀粉衍生物的创制与应用。他表示,慢消化、抗消化淀粉两大类衍生物可作为营养功能类膳食组分,重组制备低GI配合营养米。据了解,其研发团队已建立了“强化复配、直接成型、短时蒸煮、连续干燥”的配合营养米生产新工艺。

  上海交通大学农业与生物学院食品科学与工程系副主任隋中泉教授认为,淀粉糖是淀粉深加工的主要产品,如何高效利用原粉生产淀粉糖,成为业界的一个研究热点。其团队通过实验推测,淀粉颗粒中的蛋白质分子结构与淀粉的功能特性是密切相关的,并且有可能影响到淀粉颗粒的酶解过程,由此提出了一个科学假说——附着在淀粉颗粒结构不同层次的蛋白质分子结构的差异可能是淀粉酶解速率的决定因素之一。它导致了淀粉通道成为淀粉颗粒酶解的薄弱环节,因此易受到淀粉酶的攻击。

  工业化纳米颗粒制备技术成为研发热点

  近几年随着纳米科技的发展,开发小粒径的纳米颗粒成为了食品和医药领域的一个研究热点。

  青岛农业大学食品科学与工程学院副院长孙庆杰教授在“淀粉纳米颗粒的制备、特性与应用“的报告中解释了为什么着眼于淀粉纳米颗粒制备的原因。他介绍说,如何提高功能食品的吸收问题是产业的一大难题。近几年的纳米科学技术研究,有可能会提供一种解决办法。通过研究发现,不同粒径的颗粒在体内的吸收有很大的差异。

  孙庆杰教授指出,淀粉纳米颗粒的应用广泛,主要包括四个方面,一是装载活性物质,包括多酚类物质,还以做纳米填充剂、吸附重金属和制备皮克林乳液。在装载多酚方面的研究发现,不同多酚都具较高的吸附力,对原花青素吸附率高。同时,还发现纳米颗粒对多酚吸附以后,对抗氧化率的稳定性有显著提高。孙庆杰教授指出,“目前,淀粉纳米颗粒产品还未实现工业化,工业化淀粉纳米颗粒的制备技术将成为下一步研发重点。”

  西南大学食品科学学院阚建全教授在“RS3和RS4基纳米抗性淀粉的制备技术及其结构和功能性质研究”的报告中介绍了纳米抗性淀粉RS3、RS4的结构理化性质和应用。RS3和RS4主要形成于食品生产或加工过程,在加热或咀嚼过程中不会大部分损失,可以将其广泛地添加到食物中,且具有良好的保健功能。RS3和RS4可通过一定的加工方式实现大批量生产,是当前研究和应用较多的一类抗性淀粉。

  “由于淀粉纳米颗粒尺寸的大小,对应用效果具有很大的影响,因此制备淀粉纳米颗粒的工艺研究成为人们关注的热点。”阚建全表示。他介绍了选用新型原材料RS3和RS4,来制备纳米抗性淀粉的研究进展,制备的RS3和RS4基纳米抗性淀粉是一种可用于结肠靶向给药的新材料。此外,他将反相乳化交联技术与超声波、高压均质和高速剪切技术融合,成功地制备出了符合预定目标的RS3和RS4基纳米抗性淀粉。阚建全教授认为,纳米淀粉可以作为功能物质和药剂载体。

  深入探究淀粉结构特性及其相互关系

  陕西科技大学食品与生物工程学院院长黄峻榕教授在“淀粉的多级结构与性质关系研究”的报告中,介绍了粉颗粒结构与结晶特性、黏度特性、酶解特性、消化特性之间的关系。黄峻榕教授认为,淀粉虽然结构单元非常简单,但它是自然界天然分子中分子量最大的。此外,它是一个多级结构,第一级被称为颗粒结构。在研究中发现,这一结构与结晶特性有关。第二个层次是壳层结构,研究发现,这一外壳结构与黏度特性密切相关。第三个层次是小体结构。第四个层次是分子结构,研究发现,这一结构与消化特性之间的关系密切。

  天津科技大学食品工程与生物技术学院王书军教授则在“淀粉-蛋白质-脂质之间的相互作用及复合物多尺度结构解析”的报告中指出,淀粉是谷物食品中最主要的成分,也是能量的主要来源之一。目前的许多研究主要集中在淀粉的消化性上。淀粉在体内如何消化,它会对身体健康产生非常重要的影响。王书军教授谈到,在研究中发现,脂肪的结构和类型,对淀粉脂质复合物的类型会产生重要的影响。在食品加工过程中,淀粉、脂肪酸和β乳球蛋白可以发生相互作用形成三元复合物,其结构比二元复合物更加牢固、稳定。此外,β乳球蛋白的乳化作用,可以促进二元复合物的形成,所以说,当在三元复合物体系下存在的时候,脂肪酸的结构差异对三元复合物形成的影响就会大大减少。β乳球蛋白在淀粉单甘酯体系下会促进二元复合物的形成,但是它不会诱导三元复合物的形成。

  有效解决淀粉在加工及消化中的控释

  市场消费需求趋向营养、健康、功能性,淀粉行业处在转型升级阶段。如何解决淀粉在加工过程中及在身体消化道过程中所面临的对控释系统的不良破坏作用的方法?

  对此,华南理工大学食品科学与工程学院副院长李晓玺教授认为,载体必须要跟外在环境条件很好地响应,控制释放就是解决这些问题的一个有效途径。根据功能因子的特性筛选特定的载体,不断地把控释特性跟载体、功能因子发挥功能的体现优化,最终设计出适合食品体系的控制释放系统。他认为,可以通过利用肠道的上皮细胞中M细胞的特殊转运途径达到对营养物质的控释递送。通过M细胞表面受体引入配体,制备M细胞靶向淀粉的载体,这样就可以成功地构建一个递送系统,提高免疫功能因子的生物利用度。

  微胶囊技术,已成为食品工业中高科技发展方向之一。目前,淀粉基微胶囊基材主要有环状糊精、直链淀粉、OSA改性淀粉等。华南理工大学食品科学与工程学院黄强教授认为,OSA改性淀粉性能好,应用领域广阔。

  黄强表示,在直链淀粉制备方面,可以通过酶解等方法制备。通过醇、碱处理,可以让支链淀粉的侧链能够形成一个环形结构,这一结构在淀粉颗粒里面可以装载一些成分。他通过一个乙烯气体的装载实验,利用加压的办法把乙烯气体通到粉末里面,对复合物在不同温度、湿度下的释放,可以通过控制温度和湿度的办法控制乙烯的释放,从而达到催熟果蔬的目的。

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