学术报告

作者及发表信息

本文的研究题目为“Interactions between rice starch and flavor components and their impact on flavor”，主要作者包括Xinyue Hu, Yongchun Huang, Xiangyi Tang, Kunming Zhang, Feng Yang，分别隶属于以下机构：广西科技大学生物与化学工程学院、广西糖资源绿色加工重点实验室、广西柳州螺蛳粉工程技术研究中心、广西职业技术学院、华南理工大学食品科学与工程学院等。研究成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》第275卷（2024年），文章编号133397，在线发表时间为2024年7月1日。

研究背景

本研究属于食品科学领域，以稻米淀粉（rice starch）与风味成分之间的相互作用为研究重点。风味是影响食品质量的重要因素之一，但易受到环境和加工过程的影响，导致挥发损失或化学降解。因此，如何利用淀粉的特性实现风味的有效包埋与保留具有重要意义。淀粉作为一种天然多糖因其成本低、无毒、多功能性及良好的加工适应性，在食品工业中被广泛使用，包括用于活性成分（如维生素、香料、精油等）的包埋。此外，稻米作为全球35亿人口的主食，其中籼稻（indica rice）是广西主要种植的稻种，其淀粉具有潜在的开发价值。研究目标是探讨籼稻淀粉包埋非酸（nonanoic acid）、1-辛醇（1-octanol）、2-戊基呋喃（2-pentylfuran）三种风味成分的结构变化及其对风味保持效果的影响，为提升淀粉食品的风味稳定性和储存性提供理论支撑。

研究流程

研究分为以下几个主要步骤：

1. 材料与样品制备

研究选用籼稻淀粉作为试验材料，风味成分包括nonanoic acid（纯度99%）、2-pentylfuran（纯度99%）以及1-octanol（纯度99.5%），购买于专业生化公司。淀粉-风味物质复合物通过以下步骤制备：将2克籼稻淀粉分散于15毫升蒸馏水中，于100°C的水浴中加热搅拌30分钟，再在120°C高压处理30分钟；随后，将100毫克预热分散的风味物质加入淀粉悬浮液中，使用氮气避免氧化，混合物冷却并静置凝胶化24小时。

2. 结构表征

通过一系列分析手段检测复合物的特性：
- X射线衍射（XRD）：检测淀粉复合物的晶体结构，分析包埋对淀粉顺直链双螺旋结构的改变化。 - 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）：研究淀粉-风味分子间相互作用的分子特性。 - 扫描电子显微镜（SEM）：分析颗粒表观和微观结构变化。

3. 热性能分析

采用差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）研究复合物的热稳定性和热行为，探索复合形成是否改变淀粉-风味复合体系的热性能指标。

4. 流变学与质构性能检测

使用质构分析仪测试复合凝胶的硬度、弹性、咀嚼性等物理性质，评估复合物形成对凝胶网络结构的影响。同时，通过流变仪观察储能模量和损耗模量随温度及剪切速率变化的规律，分析复合物的流变特性。

5. 空气-基质分配系数与风味保留率

利用顶空气相色谱仪（HS-GC）测定风味物质在淀粉基质中的分配系数（Partition Coefficient, K）及复合后的保留率（Retention Rate, R），评估淀粉包埋对挥发性风味成分的覆盖及留存效果。

研究主要结果

1. 淀粉与风味分子复合结构的形成

• XRD分析显示，未处理的籼稻淀粉具有A型晶体结构，而包埋后转变为V型螺旋晶体结构（特征峰出现在7.6°、12.8°和19.8°），说明风味分子与淀粉成功构成包埋复合物。
• FT-IR表明，包埋复合作用引起羟基（–OH）伸缩振动峰的位移，非酸和1-辛醇复合物特有吸收峰的消失或增强验证了氢键和疏水作用的形成。

2. 包埋对热性能的影响

• DSC数据表明，复合物的相变起始温度和焓值（ΔH）与对照具有显著差异，特别是非酸的焓值显著提高，有助于提高复合物的热稳定性。
• TGA分析显示，复合物的热分解温度高于原始淀粉，且经历明显的双阶段质量损失，验证了风味物质的嵌入增强了淀粉结构的稳定性。

3. 流变与质构性能的改良

• 动态流变分析中，复合凝胶的储能模量（G′）显著高于淀粉凝胶，证明复合增强了凝胶的弹性。
• 质构分析结果表明，包埋风味物质后复合凝胶硬度和咀嚼性显著提高，复合物因风味分子加入形成更强的网络结构。

4. 风味成分的保留效果

• HS-GC检测结果中，三种风味物质中nonanoic acid的留存率最高（63.20%），而2-pentylfuran较低（32.37%），表明风味分子的亲疏水性对复合物保留效果存在显著影响。

研究结论

本文研究证明了籼稻淀粉可以通过包埋技术显著改善风味成分的保存性和热稳定性，对延长食品保质期、提高风味质量具有深远意义。研究结果为多糖基复合物的研究提供了新的思路，并展示了其在食品和相关领域的广泛应用潜力。本研究开发的淀粉-风味包埋复合方法简便环保且易于工业应用，未来可进一步优化其包埋效率和控制释放能力。

亮点与创新

1. 技术创新：研究采用高温高压条件下构建淀粉-风味物质复合体，方法简单并具备工业规模化可能性。
2. 结构性发现：揭示了包埋过程中淀粉晶体结构从A型向V型转变的规律。
3. 风味保持性：实验验证了淀粉对不同化学特性的风味分子具有显著包裹与保留功能，特别是对疏水性分子的高效保留。

应用价值及未来展望

这一研究为开发风味稳定的主食类及休闲食品提供了理论依据，不仅有助于提升加工产品的感官质量，还对挥发性香料、活性物质的稳定储存及受控释放提供了新视角。未来研究可探索更多包装材料的加入与更多风味分子的适应性，同时验证工业化生产的可行性。