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阿拉伯木聚糖玉米纤维胶的改性及乳液稳定性和界面流变学研究认领

被引量： 13

作者：

韦越

学位授予单位：

上海交通大学

摘要：

我国多年来是世界上玉米的第一大消费国和第二大生产国。2019年我国玉米消费量达2.75亿吨,产量为2.61亿吨。玉米纤维是玉米加工过程中产生的低值副产物,约占原料质量的20%。玉米纤维胶(corn fiber gum,CFG)则是从玉米纤维中提取的一种天然多糖,具有高度支化的阿拉伯木聚糖结构。CFG具有替代阿拉伯胶,用作乳化剂、增稠剂、粘合剂、成膜剂等的巨大潜力,是具有很高开发前景的可再生自然资源。作为一种天然来源、无毒、环境友好和来源充裕的天然大分子乳化剂,CFG满足了“清洁标签”的要求和日益严格的消费需求。目前,CFG功能特性的相关研究主要集中在其乳化性质。乳液是一种具有多尺度结构的复杂体系,各尺度之间性质的相关性,特别是微观尺度的界面膜流变学性质在宏观乳液本体稳定性中的作用尚不清晰。因此,采用多尺度方法研究微观界面与宏观乳液本体性质之间的关系具有重要理论意义和应用价值。此外,蛋白质胶体的稳定性也一直是食品或饮料工业中的技术性挑战问题。深入理解多糖与蛋白质之间的相互作用以及稳定机理,从而为植物蛋白基饮料配方的开发提供有价值的信息也极具研究意义。本文在通过化学改性成功制备两类CFG衍生物的基础上,结合这两类衍生物在稳定水包油乳液、植物蛋白分散液以及疏水活性物质方面的应用,着重研究了改性产物的乳化性能,特别是乳液界面流变学性质与乳液稳定性的关系以及改性多糖对蛋白质胶体的稳定机理。具体研究内容及结论如下:1.为进一步提高CFG的物化性能,拓宽其应用范围,首先对CFG分别进行了疏水和亲水改性,制备了一系列具有不同酯化度(degree of esterification,DE,0?6.1%)的辛烯基琥珀酸酐改性的玉米纤维胶酯(OSA-CFG)和不同取代度(degree of substitution,DS,0?0.69)的羧甲基化玉米纤维胶(CMCFG),并对这两类衍生物的结构进行了详细表征。2.以具有不同DE的OSA-CFG为模型乳化剂分子,采用多重技术手段和多尺度方法,研究并揭示了界面流变学性质与乳液本体稳定性之间的关系,阐明了乳化稳定机理。研究发现,与未改性CFG相比,疏水基团的引入使OSA-CFG更能有效降低油-水界面张力,形成界面弹性和粘度更高的更厚的界面膜,制得液滴更小、分布更均匀、本体稳定性更好的乳液。不同尺度间的耦合分析结果显示,乳液稳定性与液滴尺寸有很好的对应关系;界面粘弹性与乳液本体稳定性之间也存在良好的相关性。本研究首次将传统流变仪与耗散型石英晶体微天平(QCMD)结合运用以研究多糖乳化剂的界面流变学性质,有效扩大了研究的频率范围,获得了重要的流变学参数,并证明宏观和微观技术的良好一致性。采用多尺度方法,有效地将未改性和酯化改性CFG的界面流变学性质与乳液本体稳定性相关联。这种相关性为通过界面流变学性质的调控来有效预测和控制本体性质提供了理论指导和技术途径。3.对CMCFG与未改性CFG、高酯果胶(HMP)、羧甲基纤维素钠(CMC)和魔芋葡甘露聚糖(KGM)提高豌豆浓缩蛋白分散液(PPD)稳定性的能力进行了比较研究,并详细分析了它们不同的稳定机理。通过粒径、zeta电位、表观粘度和不稳定性指数对比研究了多糖类型、DS、浓度和p H对PPD的稳定行为的影响。研究发现,这些多糖均可提高PPD的稳定性,静电排斥、空间位阻效应和连续相高粘度为主要的稳定因素。由于CFG溶液的粘度低,需要在高浓度(?10%)下才能赋予PPD良好的稳定性,而HMP、CMC和KGM在较低浓度(?1%)下即可很好地稳定PPD。此外,一定程度的羧甲基改性可有效提高CFG稳定PPD的能力,进而提高CFG的利用率。本研究深化了对多糖稳定蛋白质的认识,为植物蛋白基饮料配方的开发提供了有价值的信息。4.成功制备了一种基于豌豆浓缩蛋白(PPC)和CMCFG的新型植物来源的核-壳型复合纳米颗粒,并研究了其包埋和控制释放姜黄素(Cur)的性能。在p H 7.0或3.5制备的负载Cur的复合物能显著提高被包埋Cur的热稳定性、生物利用度、化学稳定性和控制释放特性。此外,将Cur负载于核-壳型复合物中有效提高其水溶性和抗氧化活性。结果表明,植物来源的PPC和CMCFG形成复合物作为Cur的包埋和递送载体具有巨大的潜力,从而在食品、化妆品和制药工业中也有很大的应用潜力。

摘要译文

关键词：

玉米纤维胶; 化学改性; 乳液稳定性; 界面流变学; 豌豆浓缩蛋白; 姜黄素

学位年度：

2020

学位类型：

博士

学科专业：

化学

导师：

张洪斌

中图分类号：

TQ281[碳水化合物、糖]

学科分类号：

081702[化学工艺]

D O I：

10.27307/d.cnki.gsjtu.2020.000176