花桥板栗水分吸附特性及其淀粉--水分子多相体系研究

摘要

花桥板栗，是湖南省近年来新选育出的地方性良种板栗。作为典型的淀粉质坚果，其开发利用具有广阔的前景。本文以花桥板栗为研究对象，研究了其水分吸附特性、淀粉的颗粒形态结构与理化特性、水分对淀粉凝胶特性的影响和水分子相态转变次数对凝胶结构的影响。主要结果如下: (1)花桥板栗粉的水分吸附特性较强，随着温度、水分活度的升高，板栗粉的水分吸着速率增快、平衡含水率增大;其MSI呈“J”型，属Ⅲ型等温线。花桥板栗粉中还含有脂肪等疏水性物质，从而导致固体表面对被吸附分子的作用力小于被吸附分子之间作用力。在水分活度为0.11～0.92范围内，5种常用数学模型对MSI的拟合效果依次为:Peleg＞GAB＞Smith＞ Halsey＞Oswin模型，故Peleg模型是描述其吸附过程最佳拟合模型，由此推算出板栗粉在20℃、30℃、40℃条件下的绝对安全贮藏水分为11.04％、10.40％、9.950％，相对安全贮藏水分为13.71％、12.15％、11.56％。当板栗粉的含水率超过20％时，水分易被除去。 (2)花桥板栗淀粉颗粒以单粒形式存在且呈球形、椭圆形和梨形，长轴为4～22μm，短轴为2～14μm，在其表面观察到“马耳他十字”和生长环结构，且结晶度为28.20％属C型晶体，支链淀粉含量高达63.79％,支/直比为2.748。糊化过程为典型二段膨胀过程，为限制性膨胀淀粉。随着冻融次数的增加，析水率逐渐减小且组织结构松散呈海绵状，冻融1、2、3次后，析水率分别为49.19％、42.94％和37.24％。花桥板栗淀粉具有触变性和剪切稀化现象且流体指数＜1，属假塑性流体，其储能模量显著大于损耗模量（P＜0.05），均随着角频率的增大而增大。损耗正切＜1，表现为典型的弱凝胶流变学动态体系，其在糊化和形成凝胶的过程当中，弹性大于黏性，说明其为弹性固体。 (3)花桥板栗淀粉凝胶随着浓度的升高，凝胶粗糙程度逐渐增大、网络结构变得更为紧密。浓度从5％增加到10％，凝胶的弹性显著增加（P＜0.05），当浓度从10％增加到30％时弹性增加不大。随着浓度的增大，凝胶中深层结合水和弱结合水分别由0.23％、0.58％上升至8.3％、6.3％;自由水则由99.2％下降到85.4％。傅里叶红外光谱图中存在由羟基（-OH）和醛基(C=O)伸缩振动产生的吸收峰，随着浓度的升高，峰位不发生改变，峰高逐渐下降。浓度对流变学特性有较为显著的影响，随着浓度的增加，流体指数减小而稠度系数、动态模量增大。水分使其假塑性特性更为明显，剪切变稀更为突出。 (4)水分子相态转变使得花桥板栗淀粉凝胶结构发生失水收缩现象。随着相态转变次数增加，凝胶结构中的孔径逐渐变大并发生重排。水分子相态转变对其形成新的晶体结构贡献不大，晶体结构变为CB型晶体。随着相态转变处理次数的增加，结晶度从2.970％增加到了12.78％，相态转变7次后，结晶度下降为5.712％。随着相态转变的增加，羟基（-OH）发生红移;而醇羟基、C-O-C中的C-O发生蓝移且分别在转变3次、4次后峰位不发生偏移，但峰高增加。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 板栗概况

1．2 板栗仁的化学成分

1．3 平衡含水率原理及农产品的吸附模型

1．3．1 平衡含水率原理

1．3．2 农产品的吸附模型

1．3．3 吸附等温线数学模型研究进展

1．4 板栗淀粉结构和功能特性研究进展

1．4．1 板栗淀粉的结构特性

1．4．2 板栗淀粉的功能特性

1．5 板栗淀粉与水分子相互作用

1．5．1 水分对淀粉凝胶质构特性的影响

1．5．2 水分对淀粉凝胶微观结构的影响

1．5．3 水分子相态转变处理对淀粉凝胶的影响

1．6 研究的目的与意义

1．7 课题来源、研究内容及技术路线

1．7．3 技术路线

2 花桥板栗水分吸附特性及其贮藏安全水分研究

2．1 前言

2．2 材料与设备

2．2．1 实验材料

2．2．2 主要试剂

2．2．3 主要设备

2．3 实验方法

2．3．1 花桥板栗粉的制备

2．3．2 不同相对湿度溶液的配置

2．3．3 水分吸附实验

2．3．4 吸湿率曲线和水分吸附等温线绘制

2．3．5 吸附等温线模型拟合

2．3．6 水同花桥板栗粉的结合能

2．3．7 数据分析

2．4 结果与分析

2．4．1 花桥板栗粉的吸湿曲线

2．4．2 花桥板栗粉的MSI

2．4．3 花桥板栗粉MSI数学模型拟合

2．4．4 花桥板栗粉安全贮藏水分

2．4．5 水同花桥板栗粉的结合能

2．5 本章小结

3 花桥板栗淀粉颗粒结构与理化特性

3．1 前言

3．2 材料与设备

3．2．1 实验材料

3．2．2 主要试剂

3．2．3 主要设备

3．3 实验方法

3．3．1 花桥板栗淀粉提取

3．3．2 花桥板栗淀粉颗粒形态分析

3．3．3 花桥板栗淀粉晶体特性分析

3．3．4 花桥板栗淀粉理化特性分析

3．3．5 数据分析

3．4 结果与分析

3．4．1 花桥板栗淀粉颗粒形态

3．4．2 花桥板栗淀粉晶体特性分析

3．4．3 花桥板栗淀粉傅里叶红外光谱分析

3．4．4 花桥板栗淀粉理化特性分析与比较

3．5 本章小结

4 水分对花桥板栗淀粉凝胶特性的影响

4．1 前言

4．2 材料与设备

4．2．1 实验材料

4．2．2 主要试剂

4．2．3 主要设备

4．3 实验方法

4．3．1 样品的制备

4．3．2 淀粉凝胶微观结构分析

4．3．3 淀粉凝胶质构分析

4．3．4 淀粉凝胶水分状态分析

4．3．5 淀粉凝胶傅里叶红外光谱分析

4．3．6 淀粉凝胶流变学特性分析

4．3．7 数据分析

4．4 结果与分析

4．4．1 淀粉凝胶微观结构分析

4．4．2 淀粉凝胶质构分析

4．3．3 淀粉凝胶水分状态分析

4．4．4 淀粉凝胶傅里叶红外光谱分析

4．4．5 淀粉凝胶流变学特性分析

4．5 本章小结

5 水分子相态转变次数对花桥板栗淀粉凝胶结构的影响

5．1 前言

5．2 材料与设备

5．2．1 实验材料

5．2．2 主要试剂

5．2．3 主要设备

5．3 实验方法

5．3．1 花桥板栗淀粉凝胶样品的处理

5．3．2 不同相态转变次数花桥板栗淀粉凝胶微观结构观察

5．3．4 数据分析

5．4 结果与分析

5．4．1 不同相态转变次数对花桥板栗淀粉凝胶微观结构的影响

5．4．2 不同相态转变次数花桥对板栗淀粉凝胶X-射线衍射的影响

4．4．3 不同相态转变次数花桥板栗淀粉凝胶傅里叶红外光谱的影响

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

附录

致谢