登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《上海理工大学：脉冲电场与冷冻预处理对不同晶型淀粉结构与理化性质的影响》

  • 来源专题：食品安全与健康
  • 编译者： 王晓梅
  • 发布时间：2025-10-09

  • 脉冲电场与冷冻预处理对不同晶型淀粉结构与理化性质的影响

    ?? 英文标题

    Effects of pulsed electric field and freezing pretreatments on structure and physicochemical properties of different crystalline starches




    ?? 导读

    2025年2月，上海理工大学健康科学与工程学院的Yijun Liu为第一作者，Caiyun Liu为通讯作者，在《Food Hydrocolloids》期刊发表了题为《Effects of pulsed electric field and freezing pretreatments on structure and physicochemical properties of different crystalline starches》的论文。


      

    ?? 摘要

    本研究探讨了脉冲电场（PEF）、冷冻（F）和联合处理（PEF + F）对三种不同晶型淀粉（A型小麦淀粉、B型马铃薯淀粉、C型豌豆淀粉）结构与理化性质的影响。研究发现，PEF + F预处理可显著提高淀粉孔隙率与相对结晶度，并显著提升糊化焓（ΔH），分别比单独PEF处理提高了2.67%（小麦）、4.87%（马铃薯）和5.5%（豌豆）。所有预处理方式均对马铃薯淀粉在70与80°C下的膨胀性能影响显著。PEF和PEF

    + F预处理还提高了淀粉凝胶的持水能力，并降低了体外消化速率，其中PEF + F处理的三种淀粉消化速率最低。本研究揭示了不同物理处理方式对不同类型淀粉结构调控的机制，为低GI淀粉食品的开发提供理论支持。




    ?? 引言

    淀粉作为功能性食品组分，其结构差异显著影响其理化性质与消化特性。现阶段，开发低升糖指数（GI）食品成为关注重点，研究集中于通过结构改性提升抗性淀粉（RS）与缓慢消化淀粉（SDS）比例。物理改性方法（如冷冻、微波、PEF）因绿色、安全、营养保持效果好受到重视，尤其PEF + F联合处理具协同作用，能更深层调控淀粉微观结构，尚未被系统研究。本文以三种典型晶型淀粉为对象，系统研究其结构与性能响应，为绿色物理改性提供科学依据。




    ?? 研究内容概述

    1. 微观形貌

    SEM图像显示：PEF与F均可引发颗粒表面破裂、产生孔洞，联合处理（PEF + F）效果最强，三类淀粉均表现出结构破坏加剧的趋势。

    2. 结晶度与短程有序结构


    XRD分析：三类淀粉晶型不变，但结晶度下降，PEF + F组结晶度高于PEF或F单独处理；

    FTIR分析：1047/1022比值提升，表明PEF促进淀粉形成有序双螺旋结构，而F则破坏有序性。


    3. 热力学性能


    糊化焓（ΔH）变化趋势与结晶度一致；

    PEF + F处理组ΔH最高，结构更紧密，热稳定性增强；

    糊化起始、峰值与终止温度范围变窄，表明结构更易被水穿透。


    4. 膨胀性能与流变特性


    PEF与F处理后膨胀力随温度升高，马铃薯淀粉变化最显著；

    流变性分析表明G′ > G″，形成典型弱凝胶结构，PEF + F处理组表现更具弹性与稳定性。


    5. 水分分布（LF-NMR）


    PEF + F处理组表现出更短T?时间，水分结合能力增强；

    马铃薯淀粉因磷含量高而自由水比例大，F组最易失水。


    6. 体外消化特性


    三类淀粉的快速消化淀粉（RDS）比例显著下降，PEF + F处理组最低；

    抗性淀粉（RS）含量增加，消化速率k值显著降低，符合一阶动力学规律；

    B型马铃薯淀粉对物理改性最敏感，RS提升最显著。





    ?? 总结与展望

    PEF + F联合处理能协同调控三种晶型淀粉的微观结构、热性能、水合行为与消化速率，且不改变晶型类型。其中，PEF诱导孔隙形成、F加强冰晶作用，共同提升结晶重构与抗消化能力。该方法在绿色、低GI食品开发中具重要应用前景。未来应深化PEF参数优化机制与结构–功能关联模型的构建，以实现可控定向改性。




    ?? 原文链接

    https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111220




    ?? 主题分类

    ? 粮油


    ? 食品加工


    ? 食品化学


    ? 功能营养


    ? 新质生产力

    图文赏析

  • 原文来源：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111220
223浏览量
原文链接
相关报告

  • 《华南理工大学：新型热超声和微波介导冻融预处理增强红龙果红外干燥》
    • 来源专题：食品安全与健康
    • 编译者：王晓梅
    • 发布时间：2024-12-23
    • 新型热超声和微波介导冻融预处理增强红龙果红外干燥 2024年7月4日，华南理工大学食品科学与工程学院Edidiong Joseph Bassey及通讯作者孙大文院士在国际期刊《LWT-FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY》（JCR一区，IF2023=6）发表了题为“Enhancing infrared drying of red dragon fruit by novel and innovative thermoultrasound and microwave-mediated freeze-thaw pretreatments”（ 新型热超声和微波介导冻融预处理增强红龙果红外干燥）的研究论文。 摘要 本研究探讨了利用热超声（TSFT）和微波冻融（MWFT）预处理来增强红心火龙果的红外干燥效果，并将其与冷等离子体（CP）、超声（US）、食用涂层（EC）、微波和红外焯烫（MWB，IRB）等传统预处理方法进行了比较。结果表明，除食用涂层外，所有预处理均加速了水分移除，缩短了干燥时间，并对颜色、结构和质地产生了积极影响。NIP（新型预处理方法）在色泽、复水率、收缩和硬度方面显示出优越的效果，尤其是MWB和IRB对植物化学成分和抗氧化性能的提升较为显著。该研究表明，NIP相较于其他方法在时间节省和质量提升方面具有明显优势。 引言 干燥是减少水分含量并延长生物材料保存期限的最早、最有效的加工方法之一。红外干燥（IRD）因其能效高、干燥时间短和改善产品营养成分质量的优势，近年来广受关注。然而，IRD的缺点包括局部过热和产品质量劣化。为解决这些问题，各种预处理技术被研究用以改善加热均匀性，加速干燥并增强食品在干燥过程中的功能特性和健康价值。近年来，冻融（FT）、冷等离子体、超声及食用涂层等技术作为红外干燥预处理得到了广泛研究，并展示了良好的干燥改进潜力。 研究内容 本研究比较了TSFT、MWFT、CP、US、EC、MWB和IRB在红心火龙果红外干燥中的效果。实验设计包括对不同预处理条件下样品的干燥时间、有效水分扩散系数和理化特性的测定。此外，研究了各预处理对火龙果切片的颜色、复水率、收缩率和硬度等质地特性的影响，以及对植物化学成分和抗氧化性能的改善效果。结果表明，TSFT和MWFT有效缩短了干燥时间，并在改善色泽和质构特性方面具有显著优势。 结论与展望 NIP预处理（TSFT和MWFT）显著提升了红心火龙果的红外干燥效率，表现出更高的水分去除速率、较短的干燥时间以及更优的复水性和色泽。MWB和IRB在提升植物化学成分和抗氧化性能方面表现突出。该研究展示了NIP在红心火龙果红外干燥中的应用潜力，为干燥工艺优化提供了参考，未来可进一步探索这些方法在工业化生产中的应用。 图文赏析 原文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0023643824005048?via%3Dihub
    171浏览量
    原文链接

  • 《华南理工大学研究团队新进展：单发飞秒脉冲激光光谱仪》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2023-09-01
    • 最近，华南理工大学物理与光电学院李志远教授领导的团队，利用 3 mJ 脉冲能量的钛宝石飞秒激光作为泵浦源，以熔融石英-铌酸锂啁啾非线性光子晶体级联模块为工作介质，基于二阶和三阶非线性协同作用的高效超宽带二次谐波产生方案，成功实现了mJ量级、3 dB 带宽覆盖 385-1080 nm 的超平坦、超宽带白光飞秒激光的产生，并以此成功开发了一台单发飞秒脉冲激光光谱仪，已初步应用于单种成分或多种成分的原子和分子吸收光谱的单发脉冲超快测量。 光谱仪作为一种基本的光谱仪器，在精确探测宏观物体的微观物理与化学性质、连接微观世界和宏观世界方面起着重要的作用。特别是近年来，在超快光谱学领域，利用这些光谱设备来研究各种材料中各种物理、化学和生物过程的详细超快动力学已经得到了大力的发展。但是，为了解决基础科学中一些尚未解决的根本性问题，光谱学还需要进一步向更高的水平推进。 其中最大的挑战之一是光谱仪的照明光源部分，涉及到几个急需的特性。首先，应进一步扩大超快探测激光脉冲的频谱带宽，使其覆盖范围从紫外、可见光到近红外甚至中红外区域，能够同时探测尽可能多的各个波段的微观物理和化学过程。其次，应进一步提高单脉冲的总能量和平均功率水平，使单脉冲能够支持足够高的光能量，或足够多的光子数量，以获得高信噪比的可靠光谱曲线。第三，光谱曲线，特别是由 3 dB 带宽(即光谱峰值的半高全宽)衡量的平坦度，需要进一步提高到一个更高水平。 超平坦的光谱曲线可以极大地帮助提升超快光谱在整个大范围内的光谱测量和分析的信噪比。可以预见，开发一种基于真正的高性能照明光源的超快时间分辨光谱技术是非常有价值的，这种照明光源应同时具有超短脉冲持续时间、极大光谱带宽、超平坦光谱轮廓和大脉冲能量等几个优点。 李志远教授团队在其最新研究工作中针对高脉冲能量的超宽带、超连续白光激光的产生问题，利用二阶和三阶非线性协同作用的超宽带二次谐波产生方案(图1(a))，基于熔融石英和团队自主开发的啁啾结构铌酸锂(CPPLN)晶体(图1(b)-(e))非线性级联光学模块，通过能量配比和光谱输出范围准相位匹配程度的精准调控(图1(f))，成功产生了3dB带宽覆盖 385-1080 nm的超平坦、超宽带白光飞秒激光(图2(a)-(f))。该装置拥有一个特色鲜明的优点，在单脉冲能量为 3 mJ 的钛宝石飞秒秒激光泵浦非线性级联光学模块的条件下， CPPLN 晶体输出的超连续白激光的最大单脉冲激光能量达到 1.07 mJ 的高能量水平。 该方案充分考虑了三阶非线性效应在扩大泵浦激光光谱范围方面的作用，也充分利用了二阶非线性效应扩大频率上转换光光谱范围方面所能够起到的更大作用(二阶非线性强度比三阶非线性强度大得多)。结果表明，该方案产生的超宽带超连续谱激光器在带宽范围(3 dB 带宽覆盖385-1080 nm)、高平坦度(3 dB带宽达 700 nm)、大脉冲能量(高达1.07 mJ)、高平均功率和峰值功率、百飞秒量级的超短脉冲持续时间以及高时空相干性等整体性能方面优于以往的报道，达到了世界先进甚至领先水平。 图1. (a)利用二阶和三阶非线性的协同作用，基于熔融石英和 CPPLN晶体级联光学模块实现超宽带白光激光产生的实验原理图；(b) 制备得到的 CPPLN样品的表面显微图像；(c) CPPLN 样品正负畴结构的高倍放大视图；(d) 制备的 CPPLN样品；(e) 铌酸锂晶体中二次谐波产生过程的相位失配曲线与宽带二次谐波产生过程中 CPPLN结构的傅里叶系数谱线；(f) 熔融石英-CPPLN晶体级联光学模块产生超宽带白光激光的实验装置图 图2. (a)从 8 mm 厚的熔融石英样品出射端得到的超连续激光光斑；(b) 熔融石英样品出射的超连续激光光斑的一阶衍射光束；(c) CPPLN 样品输出的超连续白光激光光斑；(d) CPPLN 样品输出的超连续白光激光光斑的一阶衍射光束；(e) Ti: Sapphire 激光器的原始输出光谱以及分别从熔融石英、CPPLN 晶体输出的超连续光谱(对峰值强度进行标准化)；(f) 来自熔融石英-CPPLN级联非线性模块的超连续白光光谱与经常使用的商业激光器的光谱比较 显然，这款高脉冲能量、超平坦、超短、超宽带的紫外-可见-近红外白光飞秒激光光源，很适合于开发其在单发飞秒脉冲激光光谱学超宽带、超快光谱测量与分析研究方面的功能。基于新型超宽带白光激光源的这些独特特性，研究团队构建了一台单发飞秒脉冲激光光谱仪(图3)，与传统的光谱仪结构和测量相比，该光谱仪具有光谱范围极宽、时间分辨率提高百万倍的独特优点，且具有更高的再现性和可靠性。进一步地，研究团队利用这台单发超快光谱仪对单种成分和多种成分的原子和分子吸收光谱进行了广泛的实验测量，所获结果与从经典光谱仪装置获得的参考光谱非常一致(图4)。这些结果有力地、令人信服地证实了新构建的单发谱仪确实具有飞秒分辨率、高再现性和高可靠性的多光谱探测性能。这将为同时监测微观系统中多个物理和化学过程的超快动力学提供一个强有力的手段，并开辟一个新领域。 图3. 单发飞秒脉冲光谱仪构造装置图 图 4. 用单发飞秒脉冲激光光谱仪测量 (a-d) 亚甲基蓝(MB)、核黄素(RN)、泰坦黄(TY)、罗丹明B (RB)多分子混合物的分子吸收光谱；(e) Na-K-Rb-Cs四种经典碱金属原子混合物的原子吸收光谱 这项工作最大的创新在于首次将激光光谱仪的照明光谱范围扩展到从紫外至近红外(3 dB带宽覆盖385-1080 nm)，并具有超高光谱平坦度(700 nm 3dB带宽)、超高脉冲能量(>1 mJ水平)和百飞秒量级的脉冲持续时间等优越特性。这种单发光谱仪能够对涵盖极宽的紫外-可见-近红外光谱范围的单个或多个物种的大量吸收谱线进行完全采样，从而为研究多物种和多过程的高时间分辨率的原子和分子尺度超高速动力学提供了一个非常有前途的探测工具和技术手段。这一款自主研发的超宽带、高时间分辨率单发光谱仪有望成为基础科学领域，如原子、分子和光学物理、凝聚态物理、分析化学、物理化学、分子和细胞生物学、材料科学，以及高科技领域如电子学、光电子学、量子通信、环境监测、医学诊断、前沿光谱成像等应用的一个重要的实验技术手段。
    381浏览量
    原文链接