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        抗性淀粉可食性吸管的加工工藝及開發(fā)利用趨勢

        2020-12-20 02:15:00馬子丹朱永寶呂春喜范榮波
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2020年10期
        關(guān)鍵詞:食性透明度明膠

        張 軍,馬子丹,朱永寶,呂春喜,高 琪,范榮波,2

        (1.青島農(nóng)業(yè)大學海都學院食品系,山東萊陽 265200;2.青島農(nóng)業(yè)大學,山東青島 266000;3.山東國鑒認證有限公司,山東濟南 250002)

        隨著經(jīng)濟和社會的迅速發(fā)展,白色污染問題愈發(fā)嚴重。使用方便、價格低廉的塑料制品給人們的生活帶來了諸多便利,但這些塑料制品在使用后造成了極大的環(huán)境污染問題。研究表明,吸管在廉價塑料制品中重復利用率最低。為了順應時代發(fā)展的需求,在解決白色污染的同時保障國民的食品安全和飲食健康化、功能化的需求,抗性淀粉可食性吸管應運而生??剐缘矸蹖τ诳墒承晕艿闹谱鲀?yōu)勢突出、加工性好,具有良好的擠出和膜成型,相較于當前市面上的同類產(chǎn)品,增加了保健效果。

        通過對抗性淀粉的種類特性分析,得出適于制作這種新型吸管的抗性淀粉類型,并詳述了制作工藝,為抗性淀粉材料的開發(fā)利用提供了借鑒和依據(jù)。

        1 抗性淀粉的種類特性與生理功效

        1.1 抗性淀粉的種類特性

        抗性淀粉(resistant starch,RS),其定義為“在小腸中不能被吸收降解淀粉類的總和”[1],在通過胃腸道時具有抵抗消化的能力,并可在結(jié)腸中被微生物發(fā)酵而產(chǎn)生短鏈脂肪酸等。通過不同的物理、酶和化學修飾方法,可以將抗性淀粉分為5 類。

        1.1.1 物理包埋淀粉(RS1)和直鏈淀粉-脂質(zhì)復合物 (RS5)[2]

        這兩類淀粉均為物理包埋淀粉,由于其結(jié)構(gòu)特性的限制造成了酶分子較難接近淀粉顆粒,所以進入胃液后就會產(chǎn)生酶抗性,導致無法釋放芯材;而且在粉碎、研磨或加熱處理時,這2 種抗性淀粉的性質(zhì)不穩(wěn)定,含量會受到顯著影響[3],所以物理包埋淀粉和直鏈淀粉-脂質(zhì)復合物并不適合吸管的制作。

        1.1.2 抗性淀粉顆粒(RS2)

        一些天然作物中含有這種具有優(yōu)良特性的淀粉,為獲取吸管制作的原料提供了方便。這種淀粉特性優(yōu)良,如高密度性、特殊的構(gòu)象或晶體結(jié)構(gòu),雖然對酶具有高抗性,但經(jīng)過蒸煮后,大部分RS2 會因糊化作用失去B 型或C 型結(jié)晶結(jié)構(gòu)而成為快消化淀粉,進而被人體吸收利用[4]?;谶@一特性,抗性淀粉顆粒(RS2)無疑成為了抗性淀粉可食性吸管制作的理想材料。

        1.1.3 回生淀粉(RS3)

        回生淀粉可以減少咀嚼,增加飽腹感,又不影響食品本身的口感,所以被應用于減肥食品的開發(fā)中[5]。而且其熱穩(wěn)定性良好,應用于食品加工時不用擔心其本身的功能特性被破壞,是抗性淀粉中最為重要的一種,也是目前的研究熱點?;诨厣矸郏≧S3)優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、增加飽腹感的特性[6],這一類型的抗性淀粉也是新型吸管制作原料的不二選擇。

        1.1.4 化學改性淀粉(RS4)

        在蒸煮過程中仍可保持顆粒狀態(tài),不易被微生物發(fā)酵和淀粉酶水解,不會對食品產(chǎn)生任何異味,可保持良好口感,在一些焙烤食品中可用作質(zhì)構(gòu)改良劑[7]。

        1.2 抗性淀粉的生理功效

        1.2.1 調(diào)節(jié)血糖與血脂

        姜余梅等人[8]采用注射鏈脲佐菌素誘導法建立Ⅱ型糖尿病試驗模型,研究表明抗性淀粉靈芝孢子協(xié)同作用可進一步改善脂代謝水平,具有良好的減肥、降脂功效[9],還可有效降低總脂質(zhì)和總膽固醇的水平[10]。添加玉米抗性淀粉或綠豆抗性淀粉的飼料對維持Ⅱ型糖尿病大鼠的體重和血糖水平呈現(xiàn)一定的周期性,通過定期更換2 種含抗性淀粉飼料,對糖尿病大鼠的控制效果更佳[11]。

        1.2.2 改善機體的腸道菌群

        抗性淀粉可以防止胃腸疾病,同時促進腸道益生元增殖、促進無機鹽等的吸收,所以最適合于關(guān)注胃腸健康或者患有胃腸疾病的人群??剐缘矸劭筛纳骑嬍痴T導肥胖大鼠排便狀況和高脂飼糧造成腸道菌群紊亂的現(xiàn)象[12],并進一步改善高脂膳食小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu),有效緩解由肥胖小鼠引起的菌群多樣性[13]。

        1.2.3 促進礦物元素的吸收

        RS3 玉米抗性淀粉對大鼠Mn 的吸收可能有促進作用[14]。甘薯抗性淀粉可增加大鼠對鈣、鎂、鐵、鋅的表觀吸收率,血清鎂及鋅的水平也顯著高于對照組,大鼠糞鉛的排除率高達90%以上。

        2 抗性淀粉可食性吸管的加工工藝

        2.1 抗性淀粉的分離提純

        2.1.1 抗性淀粉的分離提純中最佳pH 值的選擇

        稱取抗性淀粉,加入蒸餾水溶解。用檸檬酸-磷酸氫二鈉溶液調(diào)節(jié)pH 值至6.0~7.0。

        2.1.2 淀粉酶的最佳使用溫度和時間的選擇

        加入過量的耐高溫α-淀粉酶,于90 ℃條件下水浴鍋內(nèi)振蕩2 h,沸水浴內(nèi)加熱10 min,加4 倍體積的95%乙醇溶解4 h 后,以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心15 min,棄去上清液;再用95%乙醇溶液洗滌沉淀2~3 次,以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心15 min,棄去上清液,低溫干燥(50 ℃);粉碎后過100 目篩,即為純化的抗性淀粉樣品。

        2.2 抗性淀粉/明膠混合料液的制備

        明膠的浸潤處理可以降低明膠顆粒的融化溫度,進而使淀粉與明膠的相容性提高,適宜的加水量還有助于淀粉的糊化,這樣淀粉分子與明膠之間將形成十分牢固的氫鍵,其分子間作用力提高,外在的表現(xiàn)形式就是抗性淀粉膜的致密性提高。加入適當?shù)乃軌虼龠M淀粉分子的重結(jié)晶,復合膜中的結(jié)合水主要由明膠保持,自由水則由明膠淀粉共同束縛。

        2.2.1 潤脹處理

        將明膠顆粒過篩,然后進行加水潤脹預處理,放置數(shù)小時,設(shè)置不同加水量(20%,25%,30%)以尋求最佳加水量使明膠充分潤脹,將潤脹好的明膠分別與抗性淀粉顆粒(RS2)和回生淀粉(RS3)按照一定的質(zhì)量比混合,在高速混合機中,選擇低速 (5 Hz)攪拌不同時間 (5,10,15 min),以達到復合膜制備的最佳效果。

        2.2.2 混合料液的制備

        起酥油在燒杯中融化后,將甘油、吐溫80 按一定比例加入,設(shè)置高速分散機轉(zhuǎn)速(10 000,20 000,30 000 r/min),選擇最優(yōu)轉(zhuǎn)速使混合料液充分混勻,并選擇分散不同時間(5,10,15 min),使之形成穩(wěn)定均一的液體。將混合好的料液緩慢加入混料機中高速攪拌,將所混合的料液密封放置。

        2.3 抗性淀粉/明膠復合膜的制備

        利用擠壓吹塑技術(shù),將物料通過雙螺桿擠出機進行擠壓造粒,造粒機的各溫區(qū)溫度分別設(shè)定為80,90,105,105,95,85 ℃,并選擇最合適的螺桿轉(zhuǎn)速(110,115,120 r/min)使制得的物料最均一穩(wěn)定。制得的物料通過切粒機粉碎后,利用單螺桿擠出吹塑機進行擠出吹膜,吹膜機的各區(qū)溫度設(shè)定為90,100,105,115,105,95 ℃,設(shè)置不同吹脹比為 (2.5,5.0,7.5),不同拉伸比為 (3,5,7)以達到復合膜各項指標(抗拉強度和復合膜的斷裂伸長率等)。

        3 抗性淀粉可食性吸管的研究進展

        3.1 NaCl 對抗性淀粉可食性吸管透明度的影響

        加入NaCl 雖然可以改善口感,但是該物質(zhì)的加入不利于吸管透明度的提高,而且從食品營養(yǎng)衛(wèi)生角度來看,即使食鹽的加入有利于透明度的提高,該方案也不可行,人類每日的食鹽攝入量需小于或等于6 g,該可食性吸管若含有食鹽則會增加食鹽攝入量。從而不利于人體健康,所以加入NaCl不可行。

        3.2 蔗糖對抗性淀粉可食性吸管透明度的影響

        加入蔗糖在改善口感的同時可以提高吸管透明度,當蔗糖質(zhì)量分數(shù)達20%時,玉米抗性淀粉的透明度已經(jīng)顯著提高到52%左右,添加蔗糖使淀粉透明度提高的原因可能為蔗糖溶液的折光指數(shù)使透明度提高,蔗糖分子與水分子均形成氫鍵,所以減弱了淀粉的分子間作用力,抗性淀粉糊的透明度也因此升高。

        3.3 檸檬酸對抗性淀粉可食性吸管透明度的影響

        檸檬酸可以改善口感且具有一定的防腐作用,檸檬酸對馬鈴薯抗性淀粉透明度影響較小。檸檬酸主要是通過影響淀粉分子的同種電荷,使同種電荷相互排斥,促進淀粉分子在水中的分散,最終使透明度提高。

        4 抗性淀粉可食性吸管的發(fā)展前景

        4.1 抗性淀粉產(chǎn)品的發(fā)展趨勢

        現(xiàn)階段人們已逐步接受形形色色的可食性材料,但很多消費者并不了解抗性淀粉的優(yōu)良特性及其特殊的保健功能。所以這就需要生產(chǎn)企業(yè)加強技術(shù)研究及市場宣傳,讓更多的人了解抗性淀粉的功能與保健價值,為拓展市場奠定基礎(chǔ)。

        4.2 當前市場中可食性吸管產(chǎn)品比較

        4.2.1 PLA 吸管與抗性淀粉吸管

        在澳洲全面禁塑之后,2005 年“雙童”就著力研發(fā)出了綠色環(huán)保的PLA 生物質(zhì)可降解可彎吸管,該吸管是一種由生物降解材料——聚乳酸制成的新型可降解環(huán)保吸管,低碳節(jié)能、綠色環(huán)保。這種吸管使用丟棄后,在堆肥條件下45 d 就可以分解為水和二氧化碳,不污染環(huán)境。但是這種PLA 吸管因為材料本身的碳鏈較短,易遭受酸堿侵蝕而分解,所以給該材料的儲存帶來了極大的挑戰(zhàn)。此外,PLA材料易脆,這無疑為吸管的運輸造成了困難。相比之下,抗性淀粉吸管不易脆,而且這種材料對最終產(chǎn)品感官品質(zhì)影響較小,加之具有一定的保健功能,使之更易被推廣和接受。

        4.2.2 海藻吸管與抗性淀粉吸管

        自美國紐約的設(shè)計師Chelsea Briganti 和Leigh Ann Tucker 繼2 年前設(shè)計出可食用的水杯后,又轉(zhuǎn)向可食用吸管Lolistraw。Lolistraw 以海藻為原料,可以被泡在飲料中超過24 h,無毒、無轉(zhuǎn)基因、可食用,還可在土壤和海洋湖泊中快速完全降解。

        雖然這種吸管可以食用,又對環(huán)境無害,但是海藻吸管的主要原料是海藻中的瓊脂,瓊脂是從海藻中提取的多糖體,過量食用往往會影響人類消化系統(tǒng)的功能,起不到保健作用。而抗性淀粉吸管基于其原料的特殊功能,這種淀粉較其他淀粉難降解,在體內(nèi)消化緩慢,這就導致其吸收和進入血液的速度都較緩慢。其性質(zhì)類似溶解性纖維,具有一定的瘦身效果,近年來已受到愛美人士的青睞。此外,由于抗性淀粉的消化速度慢,大部分并不會在小腸內(nèi)消化掉,而是進入大腸,所以大部分抗性淀粉不會變成葡萄糖,還能起到降低血糖的作用。這些特殊的保健功能使這種吸管的性質(zhì)明顯優(yōu)于美國的海藻吸管。

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