沈阳师范大学粮食学院杨庆余教授等/疏水改性木薯淀粉的制备及其对肌原纤维蛋白乳化特性的影响- 大数跨境

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沈阳师范大学粮食学院杨庆余教授等/疏水改性木薯淀粉的制备及其对肌原纤维蛋白乳化特性的影响

食品工业科技编辑部

2024-04-08

导读：沈阳师范大学粮食学院杨庆余教授利用辛烯基琥珀酸酐对原料木薯淀粉进行疏水改性处理。

疏水改性木薯淀粉的制备及其对

肌原纤维蛋白乳化特性的影响

沈阳师范大学粮食学院杨庆余教授为了提高木薯淀粉的疏水性，使其作为颗粒乳化剂改善肌原纤维蛋白(myofibrillar protein，MP)的乳化特性，利用辛烯基琥珀酸酐(octenyl succinate anhydride，OSA)对原料木薯淀粉(native tapioca starch，NTS)进行疏水改性处理，得到不同改性水平和取代度(DS值)的疏水改性木薯淀粉(octenyl succinate tapioca starch，OSTS)，并利用OSTS与MP制备复合乳化液。

研究背景

图片来源于图司机

辛烯基琥珀酸淀粉酯<<<<

由于天然淀粉具有亲水性质，其在食品中的应用受到限制。利用辛烯基琥珀酸酐对淀粉进行改性处理得到的辛烯基琥珀酸淀粉酯是公认的安全乳化剂。OS-Starch无味、无色、廉价、非过敏，在食品体系中的应用十分广泛。

肌原纤维蛋白<<<<

近年来，乳化肉糜制品产量逐年上升，消费者对肉糜制品的品质要求也越来越高。肌原纤维蛋白作为肉糜制品原料中重要的功能性蛋白质，其乳化特性对产品的品质会产生直接影响，同时，产品配料中的淀粉类原料对MP的乳化特性是否有良好的促进和改善作用也直接影响了产品的质量。因此，如何选择更加适合的改性淀粉对于肉糜制品的生产与发展具有重要作用。OS-Starch属于疏水改性淀粉，目前，OS-Starch制备的乳化液在诸多领域都发挥了其独特的优势和重要作用，但在肉制品领域的应用较少。

目的意义<<<<

本研究利用OSA对木薯淀粉(native tapioca starch，NTS)进行改性处理，改性水平和DS值均控制在食品添加剂限量要求范围内，将得到的OSTS与MP混合制备OSTS-MP复合乳化液，考察不同改性水平和DS值的OSTS对MP乳化特性的影响，并分析OSTS与MP的相互作用机理。为OSTS在乳化肉糜类制品中的应用提供理论依据。

研究内容

淀粉颗粒取代度的测定

随OSA处理水平的增加，OSTS的DS值呈增加趋势。FAO/WHO要求合成OS-Starch时，OSA的用量应小于等于淀粉质量的3%，作为食品添加剂使用时改性淀粉产品的 DS≤0.02，即100个葡萄糖单元中≤2个羟基被取代。实验制得的OSTS产品OSA用量和DS值均在限量要求范围内，可以在食品中添加和使用。

淀粉颗粒XRD分析

经疏水改性处理后，1.0%OSTS、2.0%OSTS和3.0%OSTS等与NTS基本相同，在相应的2θ角位置均出现了A型淀粉相应特征峰，随OSA处理水平的增加，OSTS的XRD图谱中峰强度和锐度有所减弱，相对结晶度也随OSA处理水平和DS值的增加呈降低趋势且变化不大，可以推测改性作用主要发生在木薯淀粉颗粒的非结晶结构，对结晶结构的影响较小。

淀粉颗粒的微观结构

木薯淀粉颗粒直径一般为5~30μm，较大粒径的淀粉颗粒有断裂或未形成球形，中等和较小尺寸的淀粉颗粒呈圆球形，表面平整光滑，颗粒完整轮廓清晰。SEM照片显示，1.0%OSTS、2.0%OSTS和3.0%OSTS相比于 NTS颗粒表面没有明显变化。通过偏振光的照射，能够清晰地观察到结晶结构的偏光十字，当结晶结构发生变化时，其偏光十字也发生变化。偏光显微照片中能够明显地观察到淀粉颗粒的偏光十字，说明其具有完整的结晶结构。1.0%OSTS、2.0%OSTS和3.0%OSTS相比于NTS的偏光十字没有发生明显改变。

淀粉颗粒FT-IR分析

选取NTS、1.0%OSTS、2.0%OSTS和3.0%OSTS进行FT-IR分析。可以观察到它们在3380、2930、1650、1370和1020cm⁻¹处均具有相同的特征吸收峰，其随OSA处理水平的增加，1.0%OSTS在1573cm⁻¹处出现了新的特征吸收峰，2.0%OSTS和3.0%OSTS在1724和1573cm⁻¹处均出现的新的特征吸收峰，随DS值的增大吸收峰增强。这表明OS基团取代了NTS分子上的部分羟基，并与葡萄糖单元上的羟基以酯键的形式相连，是OSA成功与NTS酯化的标志。

乳化液的乳液指数(EI）

MP乳化液、添加NTS及不同改性水平OSTS的淀粉-MP复合乳化液中，乳化层有明显增高的趋势，添加3.0%OSTS的复合乳化液具有最高的乳化层和EI值(82.30)。添加淀粉后，复合乳化液的EI值显著高于MP乳化液，而添加OSTS的复合乳化液EI值则显著高于添加NTS的复合乳化液，并且随改性水平和DS值的增加复合乳化液的EI值呈显著增加趋势。这说明，经疏水改性处理后，OSTS更有利于稳定MP乳化液中的油滴，且改性水平越高、DS值越大乳化活性越好。

乳化液Zeta电位分析

MP乳化液及淀粉-MP复合乳化液的ζ-电位如图所示，乳化液均带负电荷。相比于MP乳化液，NTS-MP、OSTS-MP复合乳化液的电负性随OSA处理水平的增加呈显著降低趋势,3.0%OSTS-MP具有相对最低的ζ-电位(−27.23mV)。

乳化液的粒径分析

所有乳化液的粒度呈双峰分布，具有大体积峰和小体积峰，属于多分散乳化体系。MP乳化液粒度分布以代表乳液液滴的大体积峰为主、小体积峰代表脱吸附的MP。相比于MP乳化液，NTS-MP、1.0%OSTS-MP、2.0%OSTS-MP和3.0%OSTS-MP复合乳化液粒度分布均呈现出明显的大、小体积峰。大、小体积峰高度均增加，粒径分布整体向小粒径方向移动。四种复合乳化液的峰顶点位置基本重合，粒径分布范围比较相近。

相比于MP乳化液，NTS-MP、1.0%OSTS-MP、2.0%OSTS-MP和3.0%OSTS-MP复合乳化液液滴的D_v10、D_v50和D_v90显著降低。而四种复合乳化液随淀粉改性水平的增加，D_v10有增加趋势但差异不显著；D_v50 和D_v90则呈显著增加趋势。

乳化液的EAI及ESI

NTS-MP和OSTS-MP复合乳化液的EAI和ESI均显著高于MP乳化液，并且随淀粉改性水平的增加，复合乳化液的EAI和ESI均呈显著增加趋势，3.0%OSTS-MP的EAI和ESI达到了最高。

乳化液的巯基及界面蛋白含量

MP乳化液、NTS-MP和OSTS-MP复合乳化液(随淀粉改性水平和DS的增加)的总巯基、活性巯基以及界面蛋白含量从左至右呈显著下降趋势，3.0%OSTS-MP复合乳化液的三项指标最低。

展望

OSA改性处理没有改变木薯淀粉颗粒的晶体结构类型，但有效地提高了木薯淀粉的乳化能力，且乳化能力随DS值的增加呈显著增加趋势。

OSTS在MP乳化液中所发挥的作用对于其在乳化肉糜类制品中的应用具有现实意义。在接下来的研究中，应进一步深入考察OSTS与MP分子在复合乳化液中相互作用的分子动力学机制，为OSTS作为良好的食品颗粒乳化剂在肉制品中的应用提供可靠的理论依据。

作者简介

杨庆余，研究方向主要围绕功能型全谷物食品研发、杂豆精深加工及营养学评价、食品3D打印材料研发、植物基食品开发利用与营养构效机制研究等。在Ultrasonics Sonochemistry、ACS Sustainable Chemistry&Engineering、Food Hydrocolloids和Carbohydrate Polymers等多个国内外期刊发表论文60余篇，其中SCI收录15篇，申请专利30余项，其中授权美国专利1项，授权欧洲专利1项，研究成果被国内外著名学术刊物所引用。近年来，主持或参加国家重点研发计划、国家自然基金面上项目、省市级项目等各级科研课题10余项。作为主要完成人获得多项国家级省部级奖励近10项。2018年，入选辽宁省首批“兴辽英才计划”青年拔尖人才。2019年，入选沈阳师范大学百人计划“拔尖人才”。2020年，荣获中国粮油学会“青年科技奖”和沈阳市“拔尖人才”称号。