《澱粉在擠出過程中的多尺度結構演變與功能調控》是依託華南理工大學，由劉興訓擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：澱粉在擠出過程中的多尺度結構演變與功能調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉興訓
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
實現澱粉基食品和澱粉基材料巨觀性能調控對澱粉的精深加工有著重要的意義，但現有的研究成果還未能滿足工業的需要，本項目針對澱粉在擠出過程中的加工參數-微觀結構演變-巨觀性能之間的關係這一基礎理論問題進行研究，旨在從微米和納米尺度認識澱粉在擠出過程中的結構演變與性能調控之間的關係。本項目以不同鏈支比的同源澱粉為模型材料，採用現代分析儀器分別從澱粉的顆粒結構、生長環結構、半結晶薄層結構、聚集態結構、短程結構、分子結構等多個尺度進行系統的研究，考察擠出參數和擠出過程對於澱粉的不同尺度結構演變的影響，並對其變化給予定性和定量的表征，並認識澱粉的鏈結構和高級結構與聚集態結構演變之間的聯繫，初步提出澱粉在擠出過程中的結構演變物理模型，討論結構演變與性能之間的關係，為澱粉在擠出加工中的巨觀性能的修飾提供理論支持，將極大的豐富和發展澱粉的加工理論，保障澱粉學科的持續發展。
結題摘要
深入理解澱粉的消化和流變性能與澱粉的多尺度結構之間的關係，對於澱粉基食品和澱粉基材料的原料選擇、結構設計與加工參數有著重要的意義，但現有的研究成果未能滿足工業的需要。本項目針對澱粉在擠出過程中的多尺度結構的演變規律進行研究，並研究澱粉的結構與消化和流變性能的關係，主要研究內容和結果如下：（1）採用尺寸排阻色譜（SEC）和小角X光散射（SAXS）研究澱粉的分子結構和片層結構，並採用普適校正和相關函式得到了直鏈澱粉和支鏈澱粉的分子鏈長/分布，以及澱粉片層結構中結晶區和無定形區的厚度等信息；（2）利用上海光源SAXS線站，線上考察了澱粉片層結構、結晶區和無定形區在加熱過程中的厚度變化，完善了澱粉聚集態結構在無剪下力下的結構演變信息；（3）以HAKKE轉矩流變儀構造可控剪下場模型，考察了澱粉在剪下過程中的分子結構和聚集態結構演變信息，發現支鏈澱粉在剪下過程中更易於降解，完善了澱粉在擠出過程中的物理模型；（4）建立了基於 LOS（Logarithm of Slope）分析的澱粉一階動力學消化方法，發現澱粉的消化速率與直鏈澱粉的含量、尺寸正相關，支鏈澱粉的精細結構也會影響澱粉的消化速率。澱粉的聚集態結構如結晶層的厚度，結晶度和顆粒表面大小也會影響澱粉的消化速率，基於這些數據，提出了澱粉的“局部密度”影響澱粉消化速率的新假設；（5）通過小振幅振盪剪下（SAOS）研究了澱粉的凝膠化機理，發現澱粉膠體是弱凝膠，主要是直鏈澱粉的分子纏結形成的，與電解質多糖的成膠機理不同；（6）基於澱粉結構研究和流變的新理論，設計並製備了澱粉-明膠複合材料，並採用化學顯微鏡法研究了相界面，為植物膠囊的設計提出了新理論。通過擠出法製備澱粉基超吸水樹脂，並研究了其流變性能。以上研究對於低血糖指數食品的設計和製備，澱粉基新材料的設計提供了理論支持，也為基於擠出技術的食品加工提供了理論指導。在國家自然科學基金的指導下，發表SCI論文17篇，培養博士和碩士研究生各1人。
