氢氧化钙纳米颗粒如何重塑玉米粉理化特性:解锁营养与工艺新密码

【字体: 时间:2025年05月09日 来源:Food Chemistry 8.5

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  在玉米的湿法碱处理(nixtamalization)过程中,石灰颗粒大小影响其效果。研究人员评估氢氧化钙纳米颗粒对玉米粉理化性质的影响,发现其可提高面粉钙含量、加快直链淀粉 - 脂质复合物形成。该研究为优化玉米加工工艺提供参考。

  
玉米,作为全球产量超 10 亿吨的重要谷物,在人们的饮食中占据着关键地位。然而,玉米籽粒天然坚硬,直接食用或加工难度较大。于是,古老的湿法碱处理(nixtamalization)工艺应运而生。这一工艺不仅能软化玉米粒,方便后续加工,还能提升氨基酸的生物利用度,增加产品的钙含量,极大地改善了玉米的营养价值。在湿法碱处理过程中,石灰扮演着不可或缺的角色,其提供的氢氧根离子能水解玉米的果皮,而钙离子则可与直链淀粉、支链淀粉形成范德华复合物,与蛋白质形成凝胶,进而提升产品的粘度,优化其品质。

不过,传统商业石灰的粒径通常在 4 - 20μm,不同厂家生产的产品粒径差异较大。石灰的粒径对湿法碱处理效果的影响尚不明确,但有研究表明,粒径减小能增加石灰的溶解度,促进钙离子扩散,减少石灰用量。鉴于此,研究人员迫切需要深入探究氢氧化钙纳米颗粒在湿法碱处理中的作用,这对于优化玉米加工工艺、提升产品质量具有重要意义。

墨西哥的研究人员开展了一项针对氢氧化钙纳米颗粒对湿法碱处理玉米粉理化性质影响的研究。研究人员通过氯化钙(CaCl?)化学制备氢氧化钙纳米颗粒,并对其进行全面的理化性质表征,包括粒径分布、zeta 电位、热重分析、X 射线衍射以及红外光谱等。随后,他们用制备的氢氧化钙纳米颗粒对白色玉米粒进行湿法碱处理,并将处理后玉米粉的结构、流变学和热学性质与使用商业石灰处理的玉米粉进行对比。

研究结果显示,与商业石灰相比,使用石灰纳米颗粒进行湿法碱处理的玉米粉钙含量显著增加。在直链淀粉 - 脂质复合物的形成方面,纳米石灰处理的样品所需时间更短。X 射线衍射分析表明,实验使用的纳米颗粒虽处于纳米级范围,但颗粒的聚集导致粒径显著增大。此外,粒径减小还对面粉的粘度、直链淀粉 - 脂质复合物的形成以及果皮的水解产生了影响。其中,最小的纳米颗粒 TMP1 在这些方面表现出独特的性质。

研究人员在研究中运用了多种关键技术方法。首先,通过氯化钙(CaCl?)和氢氧化钠反应制备氢氧化钙纳米颗粒,利用蔗糖作为催化剂在室温下快速反应。在样品分析方面,运用激光粒度分析仪测定纳米颗粒的粒径分布;采用 Zetasizer 测定 zeta 电位;借助热重分析仪进行热重分析;运用 X 射线衍射仪进行 X 射线衍射分析;利用傅里叶变换红外光谱仪进行红外光谱分析。同时,对玉米粉进行化学成分分析、钙含量测定以及热、结构、振动、形态和结合性能评估。

在研究结果方面,主要围绕以下几方面展开:

  • 氢氧化钙纳米颗粒的制备与表征:成功制备出氢氧化钙纳米颗粒,并对其粒径分布、zeta 电位等理化性质进行精确测定。通过相关测试手段,清晰地了解了纳米颗粒的特性,为后续研究奠定基础。
  • 玉米粉的化学成分分析:对实验所用玉米的水分、蛋白质、脂肪、灰分、可溶性纤维和不溶性纤维等成分进行详细分析,明确了原料的基本特性,这有助于理解后续处理过程中成分变化对结果的影响。
  • 湿法碱处理玉米粉的性质研究:对比使用纳米石灰和商业石灰处理后的玉米粉,发现纳米石灰处理的玉米粉在钙含量、直链淀粉 - 脂质复合物形成时间、粘度等方面均有显著差异。例如,纳米石灰处理的玉米粉钙含量更高,直链淀粉 - 脂质复合物形成更快。

综合来看,该研究首次系统地评估了氢氧化钙纳米颗粒对湿法碱处理玉米粉理化性质的影响。研究结果表明,氢氧化钙纳米颗粒在提升玉米粉的营养价值和改善加工性能方面具有巨大潜力。这不仅为玉米加工行业提供了新的技术思路,有助于开发出更优质、更营养的玉米制品,还为纳米材料在食品加工领域的应用开拓了新方向。该研究成果发表在《Food Chemistry》上,为相关领域的进一步研究提供了重要参考。

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