CN114136940B - 一种基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相对热焓值的方法及其应用 - Google Patents

一种基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相对热焓值的方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相对热焓值的方法及其应用，属于食品加工技术领域。本发明利用分子转子在淀粉微环境中的热焓值敏感性，通过荧光光谱定量分析淀粉糊储藏过程中凝沉结晶程度，在此基础上构建淀粉糊相对荧光强度与其相变热焓值的线性方程。本发明所使用的分子转子具有较高的灵敏度和良好的热稳定性，并且该法具有操作简单、快捷高效、方便省时等优势，可应用于检测谷物食品回生重结晶的趋势以及评价淀粉食品的货架期。

Description

一种基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相对热焓值的 方法及其应用
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相对热焓值的方法及其应用。
背景技术
淀粉是绿色植物果实、种子、块根的主要成分，是空气中CO2和H2O经光合作用合成的贮藏性多糖。我国是一个农业大国，淀粉资源丰富，且品种齐全，主要包括谷物淀粉、薯类淀粉、豆类淀粉及其他品种的淀粉资源等。作为仅次于纤维素的可再生性资源，淀粉作为我国居民日常米面主食的典型组分，是机体能量摄入的主要来源，同时也是重要的工业原料。在热加工过程中，淀粉颗粒容易发生糊化，但是在储藏过程又容易发生凝沉回生，从而导致食品品质发生劣变，如组织硬化、水分析出、透明度降低以及口感和风味变差等，从而缩短货架期，降低市场竞争能力。淀粉回生的本质是淀粉颗粒在加热糊化后由高能无序状态逐渐转变为低能有序状态，相邻淀粉链分子通过氢键作用重新聚集成致密不溶的分子微晶束。淀粉凝沉过程受多种因素影响，目前国内外已开发了差示扫描量热法(DSC)、淀粉酶法、X-射线衍射法等技术对其深入研究,然而每种方法有其自身的缺陷与不合理性。例如，DSC测定方法可准确反映支链淀粉或直链淀粉回生度趋势，但很难同时检测淀粉整个回生过程，而且淀粉回生焓在测定过程中与样品含水量密切相关；淀粉酶法主要基于淀粉酶对结晶淀粉的抗性导致酶无法与淀粉结晶区相互作用，只是粗略测定淀粉回生度；X-射线衍射适用于研究有重复单元的淀粉晶体，以晶体峰面积与衍射峰总面积之比反映淀粉回生度，但是灵敏度较低，而且是否进行样品水合等前处理，对回生度的测定结果影响较大。考虑到上述方法存在弊端，亟需开发一种新的无损快速测定方法用于研究淀粉凝沉过程。
发明内容
[技术问题]发明提供一种基于荧光光谱定量分析淀粉类物质的凝沉过程相变热焓值的快速测定方法，以扩展淀粉类物质的淀粉糊凝沉结晶程度测试方法的种类。
[技术构思]
本发明利用淀粉糊在储藏过程中分子链间通过氢键相互结合，使体系自由焓降低，达到体系平衡的有序排列稳定态，此时直链淀粉及支链淀粉的线性部分趋向于平行排列，从无定形态恢复到结晶体，导致淀粉热焓值ΔH的显著改变，形成淀粉热焓值ΔH梯度。利用分子转子可容纳于淀粉的分支结构与双螺旋间并产生局部空间位阻效应，淀粉回生过程中结晶的堆积使得空间限制增强，从而导致荧光特性相应改变。通过将淀粉制成淀粉糊，并在淀粉糊的储藏过程中于不同储藏时间条件下取样，分别利用差示扫描量热法DSC测量待测样品的热焓值ΔH和利用荧光光谱法进行测定淀粉的相对荧光强度I，然后将相对荧光强度I与相变热焓值ΔHret之间建立线性关系，从而可依据相对荧光强度计算得到未知储藏时间t的淀粉样品中待测样品焓值ΔHt。本发明利用分子转子在淀粉微环境中的淀粉热焓值敏感性，提供一种基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相变热焓值的方法，该法快捷高效，测试成本低，具有良好的检测灵敏度和可视化检测效果，有助于实现合理调控淀粉的回生过程及改良淀粉类食品的品质。
[技术方案]
本发明的第一目的在于提供一种基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相变热焓值的方法，包括如下步骤：
(1)将分子转子溶解于有机溶剂得到工作液，所述分子转子是具有π共轭发色团的荧光试剂，包括久洛啶衍生物、二烷基苯胺衍生物、硼-二吡咯亚甲基衍生物、卟啉衍生物中的任一种；所述工作液的摩尔浓度为1-50mM；
(2)将淀粉与水混匀制备淀粉乳，然后加热糊化处理，向淀粉糊中添加所述工作液并在0-30℃下避光储藏0.5-30d，在多个不同储藏时间点t提取待测样品；
(3)使用荧光光谱仪监测待测样品的相对荧光强度I，同时使用差示扫描量热法测量待测样品的热焓值ΔH；以相对荧光强度I为函数，以相变热焓值ΔHret为自变量，通过数据拟合得线性方程：I＝k×ΔHret+b；式中：ΔHret＝ΔHt-ΔH0，ΔH0为储藏时间t＝0对应的待测样品的热焓值，ΔHt为储藏时间为t对应的待测样品焓值，k为斜率，b为截距；
(4)依据任一储藏时间点t时监测的待测样品的相对荧光强度I通过所述线性方程计算得到对应的相变热焓值ΔHret。
作为本发明的一种实施方式，所述有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、丙二醇、乙烷、丙酮、四氢呋喃中的任一种。
作为本发明的一种实施方式，所述荧光光谱仪的测试条件：激发波长为250-550nm。
作为本发明的一种实施方式，所述淀粉种类包括谷类淀粉、薯类淀粉、豆类淀粉及其他植物源淀粉中的至少一种。
作为本发明的一种实施方式，淀粉与水的质量体积比1:(10-50)(mg/mL)。
作为本发明的一种实施方式，所述淀粉的种类包括普通淀粉、蜡质淀粉、高直链淀粉中的任一种或几种。
作为本发明的一种实施方式，淀粉乳糊化处理的条件为：糊化温度75-100℃，糊化时间20-60min。
本发明的第二目的在于提供一种前述的基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相变热焓值的方法在测定淀粉类热加工食品的回生结晶趋势或预测货架期中的应用。
[技术效果]
(1)本发明利用淀粉糊在储藏过程中分子链间通过氢键相互结合，从无定形态恢复到结晶体，导致淀粉热焓值ΔH的显著改变，形成淀粉热焓值ΔH梯度。分子转子可容纳于淀粉的分支结构与双螺旋间并产生局部空间位阻效应，淀粉回生过程中链的有序重排和结晶的堆积使得转子的空间限制增强，从而导致荧光特性相应改变。利用分子转子在淀粉微环境中的热焓值敏感性，通过相对荧光强度表征淀粉储藏过程中的凝沉结晶程度，构建相对荧光强度(I)与相变热焓值(ΔHret)的线性方程，可用于检测谷物等淀粉类食品回生重结晶的趋势以及评价淀粉类食品的货架期。
(2)本发明所使用的分子转子具有较好的热稳定性与荧光稳定性、较高的荧光灵敏度。本发明的快速测定方法适用于不同的淀粉体系，例如按照来源分类的谷类淀粉、薯类淀粉、豆类淀粉及其他植物源淀粉，或是按照直链/支链分类的普通淀粉、蜡质淀粉、高直链淀粉。
(3)本发明具有操作简单，快捷高效，用量少，重复性好等优势，单个样品的测试时间仅为10-30s，并且测样过程自动化程度较高，适于大批量检测。
附图说明
图1为实施例1的玉米淀粉在淀粉糊凝沉过程中的荧光光谱图(A)及其相对荧光强度与相变热焓值拟合的线性方程(B)。
图2为实施例2的马铃薯淀粉在淀粉糊凝沉过程中的荧光光谱图(A)及其相对荧光强度与相变热焓值拟合的线性方程(B)。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明所保护的内容不仅仅局限于下面的实施例。
DSC测定淀粉糊的相变热焓值的测试方法：移取待测淀粉糊15-20μL于DSC坩埚中，压制密封后处平衡4-12h，测定时扫描温度为30℃-110℃，扫描速率为10℃/min。以空坩埚作为参比，载气为氮气，流速为50mL/min，对所的曲线积分处理得到相应的相变热焓值ΔHret。
实施例1
(1)取9-(2-羧基-2-氰基乙烯基)久洛啶粉末溶解于二甲亚砜中配制摩尔浓度2mM的分子转子工作液，并置于低温避光环境下保存。
(2)将500mg普通玉米淀粉与蒸馏水按1:10(mg/mL)配制淀粉乳，充分混匀后置于100℃水浴中糊化处理20min。向上述淀粉糊中添加5μL分子转子工作液，随后置于4℃环境中避光储藏0.5-30d。在不同储藏时间t下在淀粉-分子转子体系中取待测样品。
(3)使用荧光光谱仪在激发波长λex＝440nm处扫描储藏时间为0，3，5，7，14和21d时的淀粉糊的发射光谱，得到对应的淀粉相对荧光强度I；同时使用DSC测定储藏时间为0，3，5，7，14和21d时的淀粉糊的相变热焓值(ΔHret)。以相对荧光强度I为函数，以相变热焓值ΔHret为自变量，通过拟合得线性方程(图1)：I＝1.89·ΔHret-0.21，R2＝0.992，式中，ΔHret＝ΔHt-ΔH0，ΔH0为储藏时间为0的待测样品的焓值，ΔHt为储藏时间为t的待测样品的焓值。
实施例2
(1)取9-(2-羧基-2-氰基乙烯基)久洛啶溶解于二甲亚砜中配制摩尔浓度2mM的分子转子工作液，并置于低温避光环境下保存。
(2)将500mg马铃薯淀粉与蒸馏水按1:10(mg/mL)配制淀粉乳，充分混匀后置于100℃水浴中糊化处理20min。向上述淀粉糊中添加5μL工作液，随后置于4℃环境中避光储藏0.5-30d。在不同储藏时间t下在淀粉-分子转子体系中取待测样品。
(3)使用荧光光谱仪在激发波长λex＝440nm处扫描储藏时间为0，3，5，7，14和21d时的淀粉糊的发射光谱，得到对应的淀粉相对荧光强度I；同时使用DSC测定储藏时间为0，3，5，7，14和21d时的淀粉糊的相变热焓值(ΔHret)。以相对荧光强度I为函数，以相变热焓值ΔHret为自变量，通过拟合得线性方程(图2)：I＝1.08·ΔHret-0.59，R2＝0.992，式中，ΔHret＝ΔHt-ΔH0，ΔH0为储藏时间为0的待测样品的焓值，ΔHt为储藏时间为t的待测样品的焓值。
测试例
分别取玉米淀粉和马铃薯淀粉待测样各3份，参照实施例1和2中所述方法检测相对荧光强度I，由线性方程计算出待测样品的相变热焓值。同时，采用DSC法测定淀粉待测样中的相变热焓值，结果如下表所示，两种方法所得相变热焓值没有显著差异，且本发明方法的测试时间和成本低于传统DSC法。
表1荧光光谱法与DSC测试所得相变热焓值ΔHret(J/g)
Figure GDA0003961909900000051

Claims (6)

1.一种基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相变热焓值的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将分子转子溶解于有机溶剂得到工作液，所述分子转子是具有π共轭发色团的荧光试剂，包括久洛啶衍生物、二烷基苯胺衍生物、硼-二吡咯亚甲基衍生物、卟啉衍生物中的任一种；所述工作液的摩尔浓度为1-50mM；
(2)将淀粉与水混匀制备淀粉乳，然后加热糊化处理，向淀粉糊中添加所述工作液，并在0-30℃下避光储藏0.5-30d，在多个不同储藏时间点t提取待测样品；
(3)使用荧光光谱仪监测待测样品的相对荧光强度I，同时使用差示扫描量热法测量待测样品的热焓值ΔH；以相对荧光强度I为函数，以相变热焓值ΔHret为自变量，通过数据拟合得线性方程：I＝k×ΔHret+b；式中：ΔHret＝ΔHt-ΔH0，ΔH0为储藏时间t＝0对应的待测样品的热焓值，ΔHt为储藏时间为t对应的待测样品焓值，k为斜率，b为截距；
(4)依据任一储藏时间点t时监测的待测样品的相对荧光强度I通过所述线性方程计算得到对应的相变热焓值ΔHret。
2.根据权利要求1所述的基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相变热焓值的方法，其特征在于，所述有机溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、丙二醇、乙烷、丙酮、四氢呋喃中的任一种。
3.根据权利要求1所述的基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相变热焓值的方法，其特征在于，所述荧光光谱仪的测试条件：激发波长为250-550nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相变热焓值的方法，其特征在于，所述淀粉种类包括谷类淀粉、薯类淀粉、豆类淀粉及其他植物源淀粉中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相变热焓值的方法，其特征在于，淀粉与水的质量体积比1:(10-50)，以mg/mL计。
6.权利要求1-5任一项所述的基于荧光光谱测定淀粉糊储藏凝沉过程中相变热焓值的方法在测定淀粉类热加工食品的回生结晶趋势或预测货架期中的应用。
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