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西北农林科技大学食品学科与工程学院
2010级食品质量与安全专业《科研基本方法》课程作业

开题论证报告

题 目: 几种添加剂对淀粉凝胶防老化的
影响效果研究
专 业：食品质量与安全 2010级
班级学号：食安103班 2010013297
学 生：冯昱
成 绩：
完成日期：2011年4月

几种添加剂对淀粉凝胶防老化的
影响效果研究

一、选题的目的和意义
淀粉类食物如面包、糕点及各种面食，在存放过程中会随着时间延长而发生一系列内在品质上的变化，老化是除了微生物腐败外，另一个导致淀粉类食物品质不良的原因。日常生活中常遇到淀粉类食品的凝况现象如馒头、面包的放置陈化，加用淀粉的汤类液体放置粘度会消失，井有沉淀析出。这都是凝沉的结果，不利的，应当避免。新 鲜馒头和面包，没有凝沉，松软可口．人们爱吃，但冷却到室温，存放，新鲜度和可口性都降低。不爱吃，这是人们熟知的。热的馒头，面包被冷却凝沉便发生。从前家庭中习惯自制馒头，热吃,不剩余、不存放，这是很好的，但是现在人们一般吃食品工厂的制品是发生了凝沉的淀粉食品。
"老化"是"糊化"的逆过程，"老化"过程的实质是：在糊化过程中，已经溶解膨胀的淀粉分子重新排列组合，形成一种类似天然淀粉结构的物质。值得注意的是：淀粉老化的过程是不可逆的，比如生米煮成熟饭后，不可能再恢复成原来的生米。老化后的淀粉，不仅口感变差，消化吸收率也随之降低。米煮成熟饭后，不可能再恢复成原来的生米。老化后的淀粉，不仅口感变差，消化吸收率也随之降低。 淀粉的老化首先与淀粉的组成密切相关，含直链淀粉多的淀粉易老化，不易糊化；含支链淀粉多的淀粉易糊化不易老化。玉米淀粉、小麦淀粉易老化，糯米淀粉老化速度缓慢。 了解老化的各种现象及影响因子，有助于对淀粉类食物的配方、组成、保存、加工过程及包装做更好的改进。
二、选题的依据
淀粉具有凝抗性，影响应用。淀粉通常是由链淀粉和支淀粉两种葡聚多糖高分子组成，二者又结合成结晶性颗粒存在，不溶于水，难被酶解。这是一种好性质，能长期 贮存，难被破坏。淀粉的用途广泛，但应用淀粉颗粒，一般是加热淀粉乳，破坏原颗粒结构，糊化成淀粉糊，应用所得的糊，在糊中链淀粉和支淀粉分子都是溶解状 态存在，但二者的性质不同，链淀粉为直链分子，糊的温度降低则趋向平行排列，经氢键结合成结晶性结构，温度降低到室温，糊变成半固体凝胶，流动性消失。这 是由于链淀粉分子间结合，发生凝沉现象所致。温度降低捉进凝沉的发生强度和速度。若再降低温度，则凝沉的结晶结构强而大，不能溶解于水，发生白色沉淀，有 水分析出，原来的胶体被破坏。这是由于链淀粉分子凝结而沉淀，称为凝沉。此沉淀难再受热溶解。淀粉的这种凝沉性影响糊和凝胶稳定性，不利于应用。含淀粉的粮食经加工成熟，是将淀粉糊化，而糊化了的淀粉在室温或低于室温的条件下慢慢地冷却，经过一段时间，变得不透明，甚至凝结沉淀，这种现象称为淀粉的老化，俗称"淀粉的返生"。
淀粉质食品在贮藏过程中发生的凝胶强度、硬度、口感、透明度、黏弹性等功能特性变化与淀粉老化动态过程有着密切关系。亚麻籽胶又称富兰克胶，具有较高的黏度、较强的水结合能力、热可逆的冷凝胶特性、良好的乳化效果、对重金属有吸附解毒作用等特点［2］，可作为增稠剂、乳化剂、稳定剂等应用于食品、化妆品、精细化学品、药品加工等领域。
三、国内外研究概况
近年来，国际上对食品中淀粉的结构与特性进行了诸多研究，这些研究逐步使淀粉的糊化和老化过程及机理越来越清晰。在对比研究直链淀粉和支链淀粉糊化、老化的差异和淀粉糊化和老化的内部动力学因素，分析由老化引起的淀粉质食品品质的变化规律后，为食品品质的预测和控制、保藏和食品的加工提供了有效的保障和便捷，在食品行业有着重大的实际意义。为了进一步揭示淀粉老化机理, 国内外学者开始重视对淀粉老化动力学特性及其与食品品质相关性的研究。许多学者根据淀粉老化过程中的结晶特性, 采用了用以描述聚合物结晶特性的Avrami模型来解释淀粉的老化过程。根据化学反应动力学方程, Avrami 提出了描述高分子聚合物结晶的数学模型。
Θ=1- exp(- ktn)
式中, Θ——在t 时刻的结晶率
k——老化速度常数;
n——Avrami 指数。
Avrami 方程描述了聚合物结晶过程中, 晶体随时间变化的规律, 表明结晶程度随时间呈指数形式增长。当n=1 时, Avrami 方程与一级化学反应方程式是等价的。因为淀粉老化程度的表示方法较多, 且
较易测定, 同时由于淀粉的高分子物性与链状结构,所以用于描述聚合物结晶的Avrami 方程被广泛用于淀粉老化的动力学模型研究中, 并取得了较高的精度。当用Avrami 方程描述淀粉的老化时, Θ表示老化度, 也可用θ=1- Θ表示未老化或未结晶的程度。国外对亚麻籽胶的研究较早，但报道不多且主要集中在其营养和结构等方面，而国内对亚麻籽胶的研究才刚刚兴起。本文研究了亚麻籽胶对玉米淀粉老化的影响，旨在延长食品的货架期。
四、研究内容
淀粉凝沉不利于若干应用的性质，工业上已能用变性方法引基团入淀粉分子以降低或消除凝沉性，如引人羟乙基，乙酰基等，一般为低取代度产品，在0.l以下，组成淀粉的脱水葡萄糖单位有3个游离经基，C2、C3和C6碳原子，十个葡萄糖单位共有30个羟基，其中只有1个或更少个被羟乙基取代，即能达到要求性质的改变程度，效果是高的。这是一类重要变性淀粉，无凝沉性，糊和凝胶的稳定性高，贮存住好，冻融稳定性高，更适于冷冻食品中应用。这类变性淀粉有稳定淀粉之称，羟乙基称为稳定剂。凝沉发生的程度和速度受若干因素的影响，链淀粉含量和长短、温度、浓度以及添加其他物质，如表面活性剂和盐类等。经过长时间贮存的食品会出现不同程度的老化, 这主要是由于淀粉的回生引起的。回生又叫凝沉、老化, 是淀粉的一个重要物理性质, 意思为已经分散了的、在糊化温度以上通过吸水、加热产生的无定形态的淀粉, 重新变成一种不溶解的、聚集的形式。一般而言, 回生是直链淀粉及支链淀粉的直线部分趋向于平行排列, 从无定形态回复到结晶体, 这样会使体系能量最低, 更加稳定。这种趋于平行排列的趋势是一系列老化现象的直接内在推动力。回生的过程就是随着分子重新排列的进行, 淀粉糊化后的胶体结构被破坏, 吸水能力下降, 水分析出。回生的结果就是水分散失, 淀粉链重新由无定形态变为晶体, 就象可以随风飘舞的柳枝被编成了篮子, 链条之间相互约束, 相互限制自由空间变小, 柔韧性、摆动能力消失, 强度增加, 此时食品变干变硬, 食用品质大幅下降。研究中发现, 回生的淀粉很难再次糊化。食物中淀粉含水量30%~60%时易老化；含水量小于10%时不易老化。面包含水30%~40%，馒头含水44%，米饭含水60%~70%，它们的含水量都在淀粉易发生老化反应的范围内，冷却后容易发生返生现象。食物的贮存温度也与淀粉老化的速度有关，一般淀粉变性老化最适宜的温度是2~10℃，贮存温度高于60℃或低于-20℃时都不会发生淀粉的老化现象。
五、研究方法及技术路线
用大米或其他淀粉类食物如：玉米，红薯等）作为材料提取淀粉。将大米漂洗后粉碎，用0.1%的NaOH浸泡48h，匀浆后过100目筛除去粗粒，置于4℃下离心沉淀，去除上清液，用去离子水将悬浆洗涤至中性（洗涤15 ~20次）。淀粉湿块在40℃下干燥水分含量6%，粉碎后过100目筛备用。除淀粉酶制剂和乳化剂外, 一些亲水性胶体也具有良好的保鲜、防老化性能。我们分别将市场上常见的多种胶体用于馒头的保鲜抗老化实验, 实验中发现某些胶体具有提高成品持水性、绵软性, 使成品在贮存过程中不发干、不掉渣、不粘牙的功效。
多数极性具有表面活性剂作用，如甘油一棕榈酸、甘油一肉豆劳动蔻酸、甘油-硬脂酸等，对于淀粉凝抗性有抑制作用，已被加人面包和其他淀粉食品的面团中，增强贮存性。淀粉老化后，与生淀粉一样不易被人体消化吸收。综上所述，抑制淀粉老化，主要在于设法阻止或避免已经糊化的α-淀粉分子再重新形成分子间的氢键，以保持淀粉食物的质量。
六、预期结果
不同的添加剂对淀粉凝胶防老化作用有不同的效果。与空白试验比较，加入食品添加剂的淀粉要比没有添加的老化速度慢。从而达
到淀粉防老化与保鲜的效果。
图6列举出了几种添加胶体的馒头在贮存过程中的硬度变化, 从中可以直接看出亲水性胶体的保鲜效果。

胶体之所以具有保鲜性能主要有以下原因: 第一, 具有良好的成膜性, 能够防止食品在加工或贮藏过程中水分的散失; 第二 多数胶体本身是多糖, 其羟基能与淀粉链上的羟基及周围的水分形成图6 添加亲水性胶体的馒头在贮存过程中的硬度变化大量的氢键, 起到阻止淀粉回生的作用; 第三, 胶体都具有很高的吸水、持水能力, 从而大大提高了食品的含水总量, 对食品失水老化起到延缓作用。
七、本研究的创新点
食品中的某些成分如蔗糖、琼脂、果糖等糖类物质［9 － 12］均会影响淀粉的糊化和老化特性，亚麻籽胶也是一种多糖，可能通过某些方式( 如氢键缔合、某些键的连接等) 参与淀粉的糊化过程并产生协同作用，形成一种网状结构，并阻碍淀粉分子间氢键的形成，从而抑制淀粉分子重结晶过程的进行。
八、所需主要仪器设备和试剂
亚麻籽胶为新疆昌吉绿旗生物制品有限责任公司产品; 玉米，大米淀粉( “王师傅”牌) 为南京华飞口碱厂产品; 乙酸为上海中试化工总公司产品; 碘试剂根据GB /T 15683—1995［3］的方法配制。差示热量扫描仪( Q10 型，美国TA 公司) ; MCR301 旋转流变仪( 奥地利Anton Paar 公司) ; BeckmanAvanti J-E 冷冻离心机( 美国贝克曼库特有限公司) ; 2100 型可见分光光度计( 尤尼柯( 上海) 仪器有限公司) 。
九、论文工作进展安排
第一，二周内：查找文献，了解国内外研究状况。确定研究方案，并向老师请教方案的可行性。确定研究人员。
第三，四周内：购买原材料，仪器设备，确定实验室，做好一切准备工作。
第二个月内：提取淀粉，加入各种食品添加剂，设置空白对照组。比较不同添加剂对淀粉凝胶抗老化作用的影响。记录实验现象，绘出实验图像，得出结论。
第三个月内：整理研究结果，做出论文。交给老师审核，提出修改意见，完善论文。最后发表论文。
十、 经费概算
原材料：大米，玉米，亚麻籽胶等。合1000.00元
仪器设备（包括购买与租借）：合6000.00元
水电费：合1000.00元
其他：合2000.00元
总计：10000.00元
十一、技术难点和拟采取的解决办法
大米淀粉的制备
将大米粉碎( 200 目) , 取20g, 加67mL4g/LNaOH, 室温搅拌4 h, 离心( 5 000 r/min) 20 min, 除去上清液。用67 mL 水洗沉淀两次, 离心( 5 000 r/min) 20 min。加水67mL, 用1mol/L HCl 调淀粉浆pH7。离心( 5 000 r/min)20min, 除去上清液, 刮去沉淀上层黄色残渣。用67 mL水洗淀粉, 再离心, 去除上清液, 刮掉上层黄色残渣。重复以上步骤, 直到无黄色残渣。淀粉饼在鼓风烘箱
( 40 ℃) 干燥48 h, 得大米淀粉样品。大米淀粉与原料组成成分对比见表1。

淀粉糊化处理
将大米淀粉分成4 份( 180 g/份) , 第1 份( 样品1)加水420 mL, 沸水蒸30 min, 第2 份( 样品2) 加水180 mL, 沸水蒸30 min; 第3 份( 样品3) 加水420 mL,沸水蒸60 min, 第4 份( 样品4) 加水180 mL, 沸水蒸60 min。再将每份平均分成9 个样品, 做老化实验。
老化因素处理
对经过糊化处理的大米淀粉进行老化处理, 老化因素设置4 个, 各因素水平选3( 见表2)

经过老化处理后的样品进行烘干( 95 ℃, 18 h ) , 粉碎( 140 目) , 密封保存, 待测。
十二、 参考文献
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