微波诱导淀粉自由体积变化的机理及调控

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31571879
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2006.食品加工与制造
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The free volume in starch refers to holes between atoms, interstitial spaces among starch molecules and structural defects resulting from the random arrangement of molecular chain segments. During food processing, the variation of this free volume would significantly affect the glass transition of starch, thus determining the molecular mobility and stability in starchy food. Usually, the free volume could be regulated using exogenous small molecules or physical shear, and it has been verified that the effect of these methods is limited by factors such as the dose. It is worth noting that starch is a typical polyhydroxy material with intrinsic advantage in terms of dielectric response enhancement and interfacial polarization rearrangement, therefore microwave is herein proposed to regulate the free volume in starch. Based on the electromagnetic research of starchy materials, the size, concentration and size distribution of free volume in starch respectively suffering microwave and conduction heating will be investigated using the positron annihilation life spectrum. This project would explore the effect of microwave on crystal structure of starch and water states to reveal the structure and the corresponding thermodynamics that are responsible for the changes of free volume, and study the response of free volume to microwave in different modes and procedures so as to indicate the background of electromagnetic transformation which causes changes of free volume. Upon the understanding of the relationship between the free volume and glass transition, regulation on the inhibition of starch retrogradation triggered by microwave could be achieved. The completion of our study would be helpful for further understanding the mechanism of starchy-food processing and provide evidence and data for the application of microwave technology in this area.
淀粉自由体积是其原子尺度的空洞、分子尺度的空穴以及分子链无规堆砌产生的结构缺陷。在加工过程中,自由体积的变化影响淀粉的玻璃化转变特性,决定淀粉质食品的稳定性和分子流动性。通常调控自由体积的方法主要借助外源小分子和物理剪切等方式,其干预效果受剂量等因素的限制已得到确证。然而,作为典型的多羟基含水原料,淀粉具备介电响应增强和界面极化重排的本征优势,故可采用微波进行调控。本课题拟在淀粉质物料电磁学研究的基础上,借助正电子湮灭等技术,考察自由体积在微波和传导加热中的尺寸、浓度以及分布规律;通过研究微波对淀粉结晶结构和水状态的干预,揭示诱导自由体积变化的结构及热力学基础;通过研究淀粉在不同微波模式和程序化过程中的响应规律,揭示诱导自由体积变化的能量转化基础;通过研究自由体积与玻璃化转变的关系,解析微波调控引发的淀粉抗回生机制。课题研究有助于深入理解淀粉质食品的加工机制,并为微波场技术的应用提供基础。

结项摘要

淀粉自由体积是其原子尺度的空洞、分子尺度的空穴以及分子链无规堆砌产生的结构缺陷。在加工过程中,自由体积的变化影响淀粉的玻璃化转变特性,决定淀粉质食品的稳定性和分子流动性。淀粉作为典型的多羟基原料,其水合体系受热响应较快,并且具备微波介电响应增强和界面极化重排的本征优势,故可采用微波对淀粉自由体积进行调控。本研究在明确淀粉质物料电磁学特性的基础上,借助正电子湮灭等技术,考察了在微波和传导加热中淀粉自由体积变化,发现微波及传导加热均能影响淀粉自由体积尺寸、浓度以及分布规律,且影响程度存在差异性;研究了微波对淀粉结构和水状态的干预,发现微波能影响淀粉体系水分含量以及水分布状态,进而调控淀粉自由基、结晶结构以及片层结构等系列精细结构,从而揭示了诱导自由体积变化的结构及热力学基础;研究了淀粉在不同微波模式和程序化过程中的响应规律,发现淀粉自由体积随着微波处理功率或时间的增加降低;初步探究了淀粉自由体积与玻璃化转变的关系,发现淀粉玻璃态转变温度与自由体积浓度呈现显著负相关,从而为解析微波调控引发的淀粉抗回生机制提供理论依据。课题研究有助于深入理解淀粉质食品的加工机制,并为微波技术更好的服务于食品加工和保藏提供理论依据。执行期内已完成项目的任务要求和约束性指标,发表国内外学术论文13篇;申请专利4项,其中,已授权3篇。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
米淀粉自由体积的微波热响应机制
  • DOI:
    10.16429/j.1009-7848.2018.08.011
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国食品学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    闫博文;沈慧杰;范大明;吴晔君;陶源;王明福;赵建新;张灏
  • 通讯作者:
    张灏
A new approach to microwave food research: Analyzing the electromagnetic response of basic amino acids
微波食品研究的新方法:分析碱性氨基酸的电磁响应
  • DOI:
    10.1016/j.ifset.2017.02.015
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Innovative Food Science & Emerging Technologies
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Chen Meng;Fan Da-ming;Huang Lue-lue;Gao Yi-shu;Huang Jian-lian;Zhao Jian-xin;Zhang Hao
  • 通讯作者:
    Zhang Hao
Full-time response of starch subjected to microwave heating.
微波加热下淀粉的全时响应
  • DOI:
    10.1038/s41598-017-04331-2
  • 发表时间:
    2017-06-21
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Fan D;Wang L;Zhang N;Xiong L;Huang L;Zhao J;Wang M;Zhang H
  • 通讯作者:
    Zhang H
Microwave treatment regulates the free volume of rice starch
微波处理调节大米淀粉的自由体积
  • DOI:
    10.1038/s41598-019-40598-3
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Yan Bowen;Shen Huijie;Fan Daming;Tao Yuan;Wu Yejun;Wang Mingfu;Zhao Jianxin;Zhang Hao
  • 通讯作者:
    Zhang Hao
Synergistic bactericidal effects of basic amino acids and microwave treatment on Escherichia coil
碱性氨基酸与微波处理对大肠杆菌的协同杀菌作用
  • DOI:
    10.1016/j.lwt.2017.05.038
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    LWT-Food Science and Technology
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Chen Meng;Fan Da ming;Li Tang fei;Yan Bo wen;Gao Yi shu;Zhao Jian xin;Zhang Hao
  • 通讯作者:
    Zhang Hao

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其他文献

乳酸菌发酵对馒头香气特征的影响
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  • 通讯作者:
    张灏
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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    10.7506/spkx1002-6630-20200409-118
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    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李云龙;赵月亮;范大明;王明福
  • 通讯作者:
    王明福
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    10.13982/j.mfst.1673-9078.2017.4.032
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    2017
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张灏
复合乳酸菌协同酵母菌发酵对苏打饼干品质特性的影响
  • DOI:
    10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201704016
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    食品与发酵工业
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    闫博文;赵建新;张均叶;范大明;郝玉洁;管璐静;陈卫;张灏
  • 通讯作者:
    张灏

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范大明的其他基金

食品加工学
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微波烘焙中酸面团添加对改善面包质构的作用机制
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    面上项目
水分对淀粉微波加热过程的介电增强作用及结晶结构的影响
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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