CN106418462B - 一种降低微波促发淀粉碳自由基的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低微波促发淀粉碳自由基的方法，属于食品加工领域。本发明通过饱和溶液处理或恒温快速处理控制淀粉水分活度≥0.7，以降低其在微波场下产生的碳自由基。与传统的饱和溶液恒湿的方法相比，处理时间短，水分分散均一，降低自由基效果显著，在1600W微波处理5min下，Aw≥0.7的淀粉产生的自由基信号强度仅为Aw＝0.4的淀粉自由基信号强度的接近四分之一。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低微波促发淀粉碳自由基的方法，属于食品加工领域。
背景技术
自由基是指具有一个未成对电子的原子、分子或离子，在生物体内通常具有双重作用，既生理作用和致病作用。在不同生理情况下，如果自由基产生量超过了被清除量就会表现出自由基的氧化效应，即氧化应激。外源性和内源性氧化应激均可影响自由基稳衡性动态，如果机体不能适应这种变化，就会在整体、组织、细胞、亚细胞与分子水平上发生自由基直接或间接对机体造成损伤。食品作为直接与消化道接触的营养物质，是引发外源性氧化应激的风险源。并且有文献表明，食品过度加工引发的自由基会对细胞层面造成负面影响，同时还与人体的衰老和疾病相关。加工食品的质量与安全已经引起全世界的关注。
微波作为一种新型的加热技术，由于其简便快速的特点广泛用于食品的干燥、解冻、焙烤、杀菌及灭酶等。微波通过电磁场传递能量对受加工的食品产生作用。研究发现，在一定强度的能量场中，淀粉会产生一定量的自由基。接受能量的大小和时间长短会影响自由基的生成，例如高温加热、X-射线、γ-射线、紫外辐射以及微波照射处理均有可能引发自由基反应。
目前已经有不少关于微波作用于淀粉的研究，例如淀粉颗粒性质、流变和溶胀特性以及淀粉的热力学和介电物理学特性等。证据表明微波辐射会不可避免的对淀粉颗粒甚至分子结构造成改变。然而，对于微波造成淀粉产生自由基的效应研究还不全面，微波功率、时间以及淀粉性质在自由基产生过程中的影响没有具体的描述。
在淀粉类食品微波加工领域，以熟化为主旨的加工技术已逐渐攻克许多质构和风味问题，诸如微波蒸制馒头硬心、微波烘焙面包香味不足等问题。伴随着社会舆论的影响，微波加工引发的食品安全问题成为目前的焦点，并且水合后的淀粉多羟基是高感受态的微波吸收靶标，已有初步研究表明微波导致淀粉产生自由基，并且此类自由基的摄入对人体存在风险。故开展微波致自由基的干预研究有利于开发针对淀粉质物料的微波加工控制技术，为传统米面食品的低风险、低能耗、低污染生产奠定理论基础。传统以饱和溶液平衡法对淀粉预处理的方法耗时较长，通常需要1-2周时间，物料浸润均一，但不便于工业化操作；而直接喷射，物料水分分布不平衡，在微波场下容易出现微波吸收不均匀的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过控制水分降低微波致淀粉碳自由基的方法，所述方法控制原料淀粉水分活度≥0.7，以降低其在微波场下产生的碳自由基。
在本发明的一种实施方式中，所述碳自由基是在微波处理条件下产生的。
在本发明的一种实施方式中，所述方法采用二维运动混合机，其步骤如下：(1)干燥淀粉投料、真空减压；(2)对淀粉加湿，使其水分活度≥0.7，控制压力0.5～0.6Mpa并保持20～40min；(3)缓慢释放压力至0.1Mpa。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)是将干燥淀粉投料，再进行封闭真空减压，真空度至-0.08Mpa后，维持8～12min。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(2)是在二维运动混合机罐体匀速缓慢翻转的情况下，启动罐体内壁嵌入的超声雾化器进行加湿，待指定加湿水量输出完毕，关闭超声雾化器，该过程持续通入0.6Mpa的压缩空气，至罐体压力达到0.5～0.6Mpa，控制压缩空气流量，维持压力20～40min，此过程中保持罐体旋转。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)是缓慢释放罐体压力至0.1Mpa，开罐卸料，完成淀粉水分调节。
本发明的还提供了采用上述方法处理得到的淀粉。
有益效果：本发明提供了一种新的快速处理淀粉水分活度的方法，与传统的饱和溶液恒湿的方法相比，处理时间短，水分分散均一，降低自由基效果显著。在1600W微波处理5min下，Aw≥0.7的淀粉产生的自由基信号强度仅为Aw＝0.4的淀粉自由基信号强度的接近四分之一。
附图说明
图1为微波功率1600W、5min处理大米淀粉的EPR信号拟合图谱；a：Aw＝0.7饱和溶液恒湿；b：Aw＝0.7本发明快速恒湿；c：Aw＝0.4；---Sim：拟合谱线；—Exp：测定谱线；
图2为大米淀粉在不同功率下处理3min的自由基信号强度；
图3为大米淀粉分别在800W和1600W下微波处理3min及5min后自由基信号强度。
具体实施方式
EPR检测条件：
EPR实验使用的是Bruker公司的EMX-8/2.7型电子顺磁共振仪。准确称取60.0mg±0.5mg微波处理前后的大米淀粉样品于内径3mm的核磁样品管内，样品管置于谐振腔。仪器的微波频率(Microwave Frequency)为9.85GHz，调试频率(Modulating Frequency)为100kHz。图谱在室温20℃下测定，中心磁场(Center Field)＝351mT，扫场宽度(SweepWidth)＝10mT，调制幅度(Modulation Amplitude)＝0.6T，增益(Receiver Gain)＝3.17×105，微波功率(Microwave Power)设定为20mW。g值采用比较法测定，将已知g值的标准样品(Bruker公司的mark，g＝1.9800)与待测样品分别置于谐振腔中，记录图谱，通过与mark比较得到样品g值。下标s、x分别表示标准样品和待测样品，共振磁场强度Hs和Hx可知，则gx可由下式求得：
由：hν＝gsβHs＝gxβHx
得：gxβ＝gsHs/Hx
式中的h为普朗克常数(h＝6.63×10-34J·s)，ν为微波频率，β为波尔磁子，信号强度大小为谱线一次导数的峰高差。
实施例1快速恒湿处理淀粉
快速恒湿处理淀粉的步骤如下：(1)采用二维运动混合机(江苏欧嘉康干燥设备工程有限公司)将干燥淀粉投料，再进行封闭真空减压，真空度至-0.08Mpa后，维持10min；(2)启动罐体匀速缓慢翻转，启动罐体内壁嵌入的超声雾化器进行加湿，依据淀粉原水分活度(或含水量)和目的水分活度(Aw≥0.7)的差值，计算加湿量，进行输出，边加湿边通入0.6Mpa的压缩空气，至罐体压力达到0.5～0.6Mpa，控制并维持压缩空气流量，维持压力30分钟，此时罐体仍保持旋转；(3)恒压阶段结束，缓慢释放压力至0.1Mpa，开罐卸料，完成淀粉水分调节。
实施例2饱和溶液恒湿处理淀粉
将大米原淀粉装入敞口烧杯中，放置在带孔陶瓷隔板上，置于下方装有K2SO4的饱和盐溶液的密闭容器中平衡2周，平衡得到的淀粉水分活度采用水分活度仪GBX FA-st lab测定。每隔1d测定，直至淀粉样品达到恒定的水分活度。
实施例3大米淀粉的水分控制
对大米淀粉的水分活度以及水分含量进行测定，结果见表1。
表1大米淀粉样品的水分活度和含量
实施例4水分调控大米淀粉的介电特性
淀粉样品的介电特性决定了其吸收电磁波的能力。鉴于在微波加热过程中大米淀粉可能发生糊化，分别对大米原淀粉和全糊化后大米淀粉的介电常数ε'和介电损耗ε"进行了测定和分析，以判断大米淀粉在接受微波处理的过程中，能量的吸收和转化情况。结果如表2和表3所示，大米淀粉在糊化前后，其水分含量和水分活度越低，吸收电磁波的能力越低，将电磁波转化为热量的能力也越低，显然，随着处理过程中水分的逐渐蒸发，样品的介电常数将有所下降。快速恒温处理和饱和溶液恒温处理后，水分活度(Aw)＝0.7时的结果近似。在水分活度为0.7的情况下，大米淀粉和全糊化大米淀粉的介电常数大约是干淀粉的2倍，而水分活度为0.4的大米淀粉介电常数约比原淀粉大60％，
表2原大米淀粉的介电性质测定结果
表3全糊化淀粉的介电性质测定结果
实施例5水分调控大米淀粉的自由基
为了鉴别微波处理后产生的大米淀粉自由基类型以及产生信号的相对强度，对大米原淀粉和微波处理过后的淀粉样品进行了EPR检测。可以看到对大米淀粉微波处理后产生的自由基EPR谱线，不同条件处理后的自由基峰位置基本一致，但图形存在差异(图1)。通常情况下g值在2.0041～2.0054的自由基是以碳为中心的自由基。本研究中通过比较法与Bruker公司的标准样品mark的g值计算得到的样品自由基信号g值均在此范围内，由此可以初步判定本研究中淀粉产生的自由基是C为中心的自由基。快速恒温处理和饱和溶液恒温处理后，水分活度(Aw)＝0.7时淀粉EPR谱线的信噪比、实验及拟合值相似，表现为同种类型的自由基。
分别采用功率为400～2600W微波，将饱和溶液恒湿和快速恒湿处理的Aw＝0.7以及Aw＝0.4的大米淀粉置于上述功率的微波场中处理3min后进行EPR检测，得到大米淀粉处理后的自由基信号谱线，结果如图2所示，未经过微波处理的大米淀粉中自由基含量极少，自由基信号微弱。水分显著影响自由基的生成量，两种方法Aw＝0.7的淀粉自由基生成量极其相似，整体淀粉自由基生成量显著低于Aw＝0.4的淀粉样品在相应微波条件下的生成量。
将不同功率下自由基EPR信号图谱峰高值进行计算，绘制自由基与功率的关系图(图3)。结果显示，水分降低了自由基的生成量，并且本发明快速恒湿的方法与饱和溶液慢速恒湿效果一致；微波处理功率越大，自由基信号强度越大，信噪比越小。在微波功率大于1600W时，观察到微波后大米淀粉样品颜色发生明显变化，部分样品颜色转为褐色。比较在800W和1600W微波处理的淀粉样品得到的自由基信号强度，结果显示，Aw＝0.4的淀粉在1600W功率下微波辐射3min信号强度增加量比在800W功率下辐射3min信号增加量大了约200％。另外，Aw＝0.4的淀粉在1600W功率下微波辐射5min信号强度增加量比在800W功率下扩大约600％(图3)。与之相对的，饱和溶液恒湿和快速恒湿的Aw＝0.7大米淀粉处理效果相近，在1600W功率下微波辐射3min和5min信号强度增加量分别比在800W功率下辐射3min和5min的信号强度增加量小于Aw＝0.4的淀粉在微波处理过后的信号增加量。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (1)
1.一种降低淀粉碳自由基的方法，其特征在于，控制淀粉水分活度≥0.7，以降低微波促发产生的碳自由基；所述方法采用二维运动混合机，其步骤如下：(1)将干燥淀粉投料，再进行封闭真空减压，真空度至-0.08Mpa后，维持8～12min；(2)在二维运动混合机罐体匀速缓慢翻转的情况下，启动罐体内壁嵌入的超声雾化器进行加湿，待指定加湿水量输出完毕，关闭超声雾化器，该过程持续通入0.6 Mpa的压缩空气，至罐体压力达到0.5～0.6Mpa，控制压缩空气流量，维持压力20～40min，此过程中保持罐体旋转；(3)缓慢释放罐体压力至0.1Mpa，开罐卸料，完成淀粉水分调节。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |