淀粉回生过程中间体（多糖）凝聚结构变化的研究

论文摘要

淀粉糊化后是一种亲水胶体，在形成凝胶时，其直链淀粉和支链淀粉这两种中间体分子之间的相容性与凝胶的质构有密切的关系。淀粉凝胶化最主要的方法是使淀粉在充足水分中加热糊化。糊化完全的淀粉在降温冷却和储藏过程中，由于中间体自组织作用，高能态的无序化逐步趋于低能态的有序化，链状分子和分子片状聚集体的热涨落引起组分整体的自组织效应[1,2]。无序的多糖超分子有序重排，即淀粉凝胶回生，每年因淀粉回生浪费大量的资源。本文采用同步辐射X射线小角散射研究了淀粉糊化-回生过程中间体凝聚结构的变化。对小麦淀粉和糯玉米淀粉回生过程中间体凝聚结构变化以及乳化剂在回生过程中对淀粉中间体凝聚结构的影响进行了研究。得出如下结论：淀粉中间体成多散系特征，粒径分布范围较宽。随着糊化进行，中间体回转半径（粒子内各点与质心间的均方根距离，Rg）降低。糯玉米淀粉中间体Rg在加热过程中比小麦淀粉下降的快，说明颗粒更容易破裂。表明糯质淀粉比普通淀粉更容易糊化。在淀粉回生过程中乳化剂的加入有效的抑制了淀粉链的移动，形成了淀粉-乳化剂络合物或超分子结构[3]。在回生后期，乳化剂抑制了淀粉中间体之间聚集絮凝和Rg的增大。糊化使得小麦淀粉和糯玉米淀粉中间体界面层厚度均增加，糊化后淀粉中间体界面层厚度约10nm。在淀粉回生过程中，糯玉米淀粉中间体界面层厚度有所降低，在89nm左右，而小麦淀粉中间体界面层厚度增大，达到1113nm。回生过程中，乳化剂对糯玉米淀粉界面层影响不大，乳化剂的加入增大了小麦淀粉中间体界面层厚度。糊化过程淀粉散射积分不变量（Q）降低，因为糊化导致淀粉中结晶相崩解，转换成无定形相，降低了两相之间电子密度差。在回生过程中，乳化剂降低了小麦淀粉散射积分不变量，增大了糯玉米淀粉散射积分不变量，小麦淀粉中直链淀粉的首先絮凝改变散射体系中两相的分布和乳化剂产生了附加电子密度差影响了Q的变化。淀粉糊化-回生过程中间体聚集体均成质量分形（Dm）特征，即具有自相似性结构。随着糊化进行，中间体粒子致密度降低，其Dm从2.90降低到1.98，而糯玉米淀粉糊化过程中Dm从2.99降低到1.53。在淀粉回生前期，小麦淀粉Dm为2.0，而添加蔗糖酯的小麦淀粉Dm为2.31；糯玉米淀粉Dm为1.67，添加蔗糖酯后，糯玉米回生淀粉液Dm为2.60，表明乳化剂能有效的和淀粉中间体络合，形成稳定的网络结构，增大了其Dm。蔗糖酯溶液随着浓度增大经历预胶束→胶束→溶致液晶的变化，形成周期性的双分子层，周期长度与浓度有相关性，如蔗糖酯溶液浓度在0.52%时，周期厚度为52.4nm，蔗糖酯溶液浓度达到5%时，周期厚度为39.3nm。根据胶束的形成条件和胶束的结构参数可掌握食品工业中乳化剂的合理使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 淀粉结构
• 1.1.1 淀粉颗粒结构研究
• 1.1.2 淀粉糊化及结构变化
• 1.1.3 淀粉回生及结构变化
• 1.2 同步辐射及其 X 射线小角散射技术
• 1.2.1 同步辐射简介
• 1.2.2 X 射线小角散射简介
• 1.2.3 X 射线小角散射发展历程
• 1.2.4 淀粉结构的 X 射线小角散射研究现状
• 1.3 X 射线小角散射理论体系
• 1.3.1 背景散射及本底扣除
• 1.3.2 颗粒粒径分布
• 1.3.3 聚合物聚集形态表征
• 1.3.4 聚合物界面结构分析
• 1.3.5 聚合物两相结构分析
• 1.4 课题研究目的和意义
• 1.5 课题研究内容
• 1.6 课题创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验仪器及设备
• 2.2 实验材料及试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 淀粉纯化及基本指标测定
• 2.3.2 淀粉糊化及回生过程粘度测定
• 2.3.3 样品的 X 射线小角散射测定
• 2.3.4 样品的 DSC 热力学分析
• 第三章 淀粉糊化过程的 SAXS 表征
• 3.1 前言
• 3.2 小麦淀粉糊化过程的 SAXS 分析
• 3.2.1 小麦淀粉糊化过程的 SAXS 图像及散射曲线
• 3.2.2 小麦淀粉糊化过程中间体回转半径及粒径分布
• 3.2.3 小麦淀粉糊化过程的中间体界面结构分析
• 3.2.4 小麦淀粉糊化的两相体系分析
• 3.2.5 小麦淀粉糊化过程的中间体凝聚形态分析
• 3.3 糯玉米淀粉糊化过程的 SAXS 分析
• 3.3.1 糯玉米淀粉糊化过程的 SAXS 图像及散射曲线
• 3.3.2 糯玉米淀粉糊化过程中间体回转半径及粒径分布
• 3.3.3 糯玉米淀粉糊化过程中间体界面结构分析
• 3.3.4 糯玉米淀粉糊化过程的两相体系分析
• 3.3.5 糯玉米淀粉糊化过程中间体凝聚形态分析
• 3.4 淀粉糊化过程的 DSC 分析
• 3.4.1 小麦淀粉糊化过程 DSC 分析
• 3.4.2 糯玉米淀粉糊化过程 DSC 分析
• 3.5 本章小结
• 3.5.1 淀粉糊化过程中间体回转半径变化
• 3.5.2 淀粉糊化过程中间体界面结构变化
• 3.5.3 淀粉糊化过程中两相结构变化
• 3.5.4 淀粉糊化过程中间体聚集形态变化
• 第四章 淀粉回生过程的 SAXS 分析
• 4.1 前言
• 4.2 小麦淀粉回生过程的 SAXS 分析
• 4.2.1 小麦淀粉回生过程的 SAXS 图像及曲线
• 4.2.2 小麦淀粉回生过程中间体回转半径及粒径分布
• 4.2.3 小麦淀粉回生过程的中间体界面结构分析
• 4.2.4 小麦淀粉回生过程的两相结构分析
• 4.2.5 小麦淀粉回生过程中间体凝聚形态分析
• 4.3 乳化剂对小麦淀粉回生过程凝聚结构的影响
• 4.3.1 添加蔗糖酯的小麦淀粉回生过程的散射图像及曲线
• 4.3.2 蔗糖酯对小麦淀粉中间体回生粒径分布及回转半径影响
• 4.3.3 蔗糖酯对回生小麦淀粉中间体界面结构的影响
• 4.3.4 蔗糖酯对小麦淀粉回生过程两相结构的影响
• 4.3.5 蔗糖酯对回生小麦淀粉中间体凝聚形态的影响
• 4.4 糯玉米淀粉回生过程 SAXS 分析
• 4.4.1 糯玉米淀粉回生过程 SAXS 图像及曲线
• 4.4.2 糯玉米淀粉回生过程的中间体回转半径及粒径分布
• 4.4.3 糯玉米淀粉回生过程中间体界面结构分析
• 4.4.4 糯玉米淀粉回生过程中两相结构变化的研究
• 4.4.5 糯玉米淀粉回生过程中间体凝聚形态分析
• 4.5 乳化剂对糯玉米淀粉回生中间体凝聚结构-性能的影响
• 4.5.1 添加蔗糖酯的糯玉米淀粉散射图像及散射曲线
• 4.5.2 蔗糖酯对回生糯玉米淀粉中间体回转半径及粒径分布的影响
• 4.5.3 蔗糖酯对糯玉米淀粉回生过程中间体界面结构影响
• 4.5.4 蔗糖酯对糯玉米淀粉回生过程两相结构变化的影响
• 4.5.5 蔗糖酯对糯玉米淀粉回生过程中间体凝聚结构形态变化的影响
• 4.6 淀粉回生过程的 DSC 分析
• 4.6.1 小麦淀粉回生过程的 DSC 分析
• 4.6.2 糯玉米淀粉回生过程 DSC 热力学分析
• 4.7 淀粉回生过程的粘度变化
• 4.8 本章小结
• 4.8.1 淀粉回生过程中间体回转半径变化
• 4.8.2 淀粉回生过程中间体界面结构变化
• 4.8.3 淀粉回生过程两相结构变化
• 4.8.4 淀粉回生过程中间体聚集形态变化
• 第五章 蔗糖酯胶束结构的 SAXS 表征
• 5.1 前言
• 5.2 蔗糖酯胶束结构的 X 射线小角散射分析
• 5.2.1 蔗糖酯溶液的 SAXS 图像及曲线
• 5.2.2 蔗糖酯胶束结构的形成及胶束分布
• 5.2.3 蔗糖酯胶束结构周期性的 SAXS 表征
• 5.2.4 蔗糖酯胶束界面层的 SAXS 分析
• 5.2.5 蔗糖酯表面状态 SAXS 识别与表征
• 5.2.6 小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介