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01 研究背景
高压均质
高压均质( high pressure homogenization,HPH) 是近年兴起的一种非热加工技术,因其高效性、稳定性和经济性被广泛应用于豆、乳制品及果蔬汁的加工制造;并逐渐应用于淀粉等多糖大分子的改性研究中,如莲子淀粉经 60-180 MPa 均质处理后,结晶度降低,组织结构松散,消化率显著提高;经HPH处理后蜡质玉米淀粉分子间氢键被破坏,支链淀粉降解,能够有效抑制淀粉老化回生;此外,经100 MPa多次处理后的绿豆淀粉结晶区结构被破坏,水溶指数和膨胀度提高,淀粉糊黏度显著降低。因此可通过经高压均质不同压力的处理,及对循环数和处理浓度的研究,并通过水溶指数、透光率等物性及热力学特性等方面进行性能评价,及静态流变、黏弹特性和凝胶质构特性的宏观应用指标研究,以期克服淀粉产品的加工技术难题,提高淀粉产品在食品工业中的应用价值。
02 新芝生物·超高压均质机
实验方法
以豌豆淀粉(pea starch,PS)为原料,分别在0、20、40、60、80、100 MPa条件下高压均质(新芝生物SCIENTZ-207A型高压均质机)处理3次,每次约30 min,探究HPH处理对PS凝胶流变特性及淀粉多尺度结构的影响。
图1 高压均质调控PS多尺度结构与流变特性机制示意图
Fig.1 Mechanism by which HPH treatment regulates multiscale structure and rheological properties of PS
实验结果
HPH处理对PS的流变特性及多尺度结构有较大的影响。随均质压力的增大,PS黏度、触变性呈先增加后减小趋势,HPH处理后其假塑性增强,剪切结构恢复力减弱;40 MPa处理使PS凝胶黏性、弹性明显提高,表明HPH处理可提升其凝胶性能。HPH处理过程中产生剪切、空化效应、碰撞等机械力作用使PS颗粒完整性遭到破坏,表面出现裂缝、塌陷;促进结晶结构向无定形区转变,结构有序性减弱;α-1,6糖苷键断裂,PS分支度降低。本研究有助于分析PS多尺度结构对其流变性能的影响机制,并验证了HPH技术调控PS及其产品品质的可行性。
图2(A)HPH处理后PS黏度随剪切速率的变化;(B)HPH处理后PS在剪切过程中黏度随时间的变化;
C)HPH处理后PS的短程有序结构变化;(D)HPH处理后PS的1 H NMR谱图
Fig.2 (A) Changes in viscosity of HPH treated PS with shear rate; (B) Changes in viscosity of HPH treated PS with shear time;
(C) Changes in short-range ordered structure of PS after HPH treatment; (D) 1 H NMR spectra and branching degree of HPH treated PS;
03 展望
SCIENTZ-207A超高压均质机特点
HPH作为一种非热加工技术在杀菌、钝酶的同时能最大限度地保留果蔬制品的营养品质以及色泽风味,因此高压均质技术还可应用在果蔬制品中。HPH 技术的优势在于可以通过均质作用,一方面能更好地释放果蔬等食品原料中的活性成分,提升产品的营养功效;另一方面可以减小液态食品中的颗粒粒径,保持产品的稳定性。HPH 技术作为一种非热加工技术,相比于热加工,还能更大程度地保存果蔬等热敏性食品原有的营养成分与口感,具有一定的杀菌效果,可以延长货架期。HPH 技术还具有连续化生产的可操作性,也为食品杀菌提供了新思路。
高同时,HPH在食品加工中的应用仍存在较多的局限性,如其仅适合加工流态食品;对芽孢的杀灭效果还有待提高;单独使用HPH时杀菌和钝酶效果不如热杀菌处理效果好,从而引发安全隐患;果汁杀菌所需的较高压力参数使设备成本增加。此外,在HPH处理过程中会对例如维生素A等营养物质造成一定损失。因此,选择 HPH 联合其他技术处理,选择使用较低的压力获得期望的杀菌效果为目的,是HPH技术未来发展方向之一。
图3 SCIENTZ-207A超高压均质机
参考文献
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[3]石亦璁,董丽,陈芳等.高压均质技术在果蔬制品中的研究进展[J/OL].食品工业科技:1-12[2024-03-13].