大米淀粉回生晶系结构中的水分分布状况研究

Starch retrogradation generally reduces the shelf-life and quality of starchy foods. Controlling water distribution in food systems can effectively inhibit the retrogradation process.In this project, effects of water on starch recrystallization mode and crystallite structures are studied. The relationship between the recrystallizaiton modes and the formed crystallite cells is also analyzed to explore the law of special crystallites' formation during starch retrogradation. Furthermore, we plan to establish the model of water distribution in the special crystallite systems. Based on the difference in water distribution, a novel conbined thermogravimetric analysis-differential temperature technique is developed to estimate the degree of starch retrogradation.These studies will provide some scientific basis for developing techniques to control and evaluate starch retrogradation.

方便米饭、米糕等米制品因淀粉回生老化，导致货架期缩短，品质变劣；通过控制其体系水分分布可以有效调控淀粉回生重结晶过程。本项目旨在研究水分对大米淀粉重结晶晶体成核模式及其晶系结构的影响；分析大米淀粉回生过程中，重结晶晶体的成核模式与形成特定晶系回生淀粉晶胞之间的相互关联，揭示不同水分条件下，产生单斜晶系和六角晶系回生淀粉晶胞的规律；构建并验证水分子在六角晶系结构中的分布模型；基于水分子分布模型（分布方式）差异，建立热重-差热组合技术测定淀粉回生度新方法。通过本项目的实施，以期为淀粉回生控制理论的创新及淀粉回生度检测技术的发展提供一定的科学依据。

本项目重点旨在解析回生淀粉分子链的有序化凝聚形态，研究凝聚态中的水分子分布情况，并基于相关原理，建立淀粉回生度测定新方法；相关研究为淀粉回生控制理论的创新提供了一定的科学依据。. 创新工作具体表现在：（1）采用原子力电镜（AFM）、分子模拟（MS）等技术研究了回生淀粉有序化微观结构，发现淀粉分子链的分子体积、范德华力作用面积、溶剂作用面积均呈现紧缩有序现象，回生淀粉分子呈现凝聚态，在横向上排列紧缩15~20 nm，纵向上收缩20~30 nm；（2）分析大米淀粉回生过程中，重结晶晶体的成核模式与形成特定晶系回生淀粉晶胞之间的相互关联，通过固体核磁（Solid-State NMR）、分子模拟技术等技术，研究了回生淀粉B-型晶胞中游离的“第二种”水分子存在的可能性及其分布规律；运用分子动力学模拟技术，优化得到了该水分子在B-型晶胞结构中的分布模型，即水分子分布方向与晶胞中心原点相背，等效分布半径为0.39 nm；（3）基于水分子分布模型（分布方式）差异，建立了热重-差热组合技术测定淀粉回生度新方法；（4）通过采用DSC、分子模拟、X-射线衍射、原子力电镜等技术，研究了环糊精抗淀粉回生作用及其抑制机制，发现环糊精以羟基-羟基相互作用形成非包合物，使水分子分布状况由“第二种”水分子分布模式向均匀分布方式转化，从而抑制淀粉回生。. 以上成果在Food Chemistry、Food Hydrocolloids等杂志发表SCI论文6篇；申请发明专利6件，其中申请国际专利1件、授权3件；培养博士、硕士5名。