高壓均質(zhì)對(duì)玉米淀粉機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)研究

1、2017年9月第32卷第9期中國(guó)糧油學(xué)報(bào)JournaloftheChineseCerealsOilsAssociationVol32，No9Sep2017高壓均質(zhì)對(duì)玉米淀粉機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)研究李貴蕭牛凱侯漢學(xué)張慧代養(yǎng)勇董海洲劉傳富(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，泰安271018)摘要以玉米淀粉為原料，通過(guò)掃描電鏡(scanningelectronmicroscope，SEM)、X－射線衍射(X－raydiffraction，XＲD)、激

2、光共聚焦顯微鏡(confocallaserscanningmicroscopy，CLSM)、快速黏度分析儀(rapidviscoanalyser，ＲVA)、差示掃描量熱儀(differentialscanningcalimetry，DSC)、偏光顯微鏡(polarizingmicroscope，PLM)等手段研究高壓均質(zhì)處理對(duì)玉米淀粉微觀結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的影響，揭示高壓均質(zhì)對(duì)玉米淀粉機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)。結(jié)果表明，高壓均質(zhì)對(duì)淀粉顆粒的無(wú)定形區(qū)、

3、結(jié)晶區(qū)產(chǎn)生很強(qiáng)的機(jī)械力化學(xué)作用，推斷淀粉顆粒內(nèi)部依次發(fā)生了聚集和團(tuán)聚效應(yīng)。關(guān)鍵詞玉米淀粉機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)理化性質(zhì)結(jié)構(gòu)中圖分類號(hào):TS231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003－0174(2017)09－0062－07基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(31471619)，山東省自然科學(xué)基金(ZＲ2014JL020)收稿日期:2016－07－13作者簡(jiǎn)介:李貴蕭，女，1991年出生，碩士，糧油加工通訊作者:代養(yǎng)勇，男，1975年出生，副教授，糧油加工董

4、海洲，男，1957年出生，教授，糧油加工機(jī)械力化學(xué)是研究在給固體物質(zhì)施加機(jī)械能量時(shí)固體形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化并誘導(dǎo)物理、化學(xué)變化的一門(mén)學(xué)科，實(shí)質(zhì)上是把機(jī)械力的能量(高壓、剪切、碾軋、摩擦等)轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程［1］，其涉及固體化學(xué)、表面化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、礦物加工、粉體科學(xué)等多門(mén)學(xué)科［2］。機(jī)械力對(duì)晶體物質(zhì)作用過(guò)程通常分為3個(gè)階段，依次是受力階段、聚集階段、團(tuán)聚階段［3］。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)淀粉機(jī)械力作用研究主要集中在球磨方面［4］，而高壓均

5、質(zhì)對(duì)物料可產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切、撞擊、振蕩和氣穴等機(jī)械力效應(yīng)［5］，但相關(guān)報(bào)道較少。本研究以玉米淀粉為原料，通過(guò)利用偏光顯微鏡(PLM)、激光共聚焦顯微鏡(CLSM)、差示掃描量熱儀(DSC)、快速黏性分析儀(ＲVA)等手段研究高壓均質(zhì)對(duì)玉米淀粉微觀結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的影響，并揭示高壓均質(zhì)對(duì)淀粉顆粒的機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，為淀粉物理改性提供參考。1材料與方法11材料與儀器玉米淀粉:山東諸城興貿(mào)玉米開(kāi)發(fā)有限公司。APTS(8－氨基芘基－1，3，6三磺酸三

6、鈉鹽):美國(guó)Sigma－Aldrich公司。ＲVA－Eritm黏度分析儀:瑞典波通儀器公司D8ADVANCE型X射線衍射儀:德國(guó)BＲUKEＲ－AXS有限公司ZKY－303S型高壓均質(zhì)機(jī):北京中科浩宇科技發(fā)展有限公司B－383POL偏光顯微鏡:意大利康帕斯公司QUANTAFEG250掃描電子顯微鏡:美國(guó)FEI公司。12試驗(yàn)方法121高壓均質(zhì)淀粉的制備取200g玉米淀粉(干基)，配成18%的淀粉乳，攪拌均勻，利用高壓均質(zhì)機(jī)在100MPa壓力

7、下處理1、3、5、7次，40℃通風(fēng)干燥48h，采用高速多功能粉碎機(jī)研磨至粉狀，密封備用。122水溶指數(shù)和膨脹度的測(cè)定準(zhǔn)確稱取9g玉米淀粉(干基)于燒杯中，配成450mL淀粉乳，85℃水浴糊化30min，3000rmin離心30min。將上清液傾出于已恒重?zé)校Q量并記錄，然后于105℃烘干至恒重，稱其質(zhì)量為溶解的淀粉質(zhì)量A，稱取離心后沉淀物質(zhì)量為膨脹淀粉質(zhì)量P，計(jì)算水溶指數(shù)和膨脹度，公式［6－7］:水溶指數(shù)S=AW100%膨脹度(gg

8、)=P［W(100－S)］100式中:A為上清液烘干恒重后的質(zhì)量gW為絕干樣品質(zhì)量gP為離心后沉淀物質(zhì)量g。123透光率的測(cè)定稱取05g玉米淀粉(干基)，配成50mL淀粉乳，沸水浴加熱糊化30min。每水浴5min利用磁力攪拌器攪拌2min。糊化完成后冷卻至室溫，利用分中國(guó)糧油學(xué)報(bào)2017年第9期圖2可知，淀粉顆粒中心亮度低的部位為中央腔，顆粒內(nèi)部暗線為孔道結(jié)構(gòu)，但孔道長(zhǎng)度存在差異［11］。由圖2可知，高壓均質(zhì)1次時(shí)，淀粉顆?？椎雷兇?，

9、可見(jiàn)高壓均質(zhì)的空化效應(yīng)通過(guò)淀粉顆粒的孔道結(jié)構(gòu)對(duì)淀粉內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械力作用［14］。均質(zhì)3～5次時(shí)，在淀粉顆粒內(nèi)部出現(xiàn)一些球狀亮點(diǎn)，推斷淀粉顆粒內(nèi)部發(fā)生了聚集。高壓均質(zhì)7次時(shí)，淀粉顆粒內(nèi)部球狀亮點(diǎn)、中央腔和孔道均減少，可見(jiàn)該階段淀粉顆粒內(nèi)部聚集結(jié)構(gòu)和淀粉顆粒原有結(jié)構(gòu)均破壞。圖2均質(zhì)處理玉米淀粉顆粒的激光共聚焦顯微圖(1600)23高壓均質(zhì)對(duì)玉米淀粉顆粒偏光十字的影響淀粉由結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)組成，結(jié)晶區(qū)淀粉分子鏈呈有序排列，而非結(jié)晶區(qū)呈無(wú)序排列，

10、因兩者密度和折射率存在差別而產(chǎn)生各向異性現(xiàn)象，從而形成偏光十字，該雙折射現(xiàn)象的強(qiáng)度取決于顆粒的大小以及結(jié)晶度和微晶取向［16］。由圖3可知，原淀粉顆粒偏光十字清晰完整，多數(shù)呈垂直交叉的正十字型，交叉點(diǎn)接近于淀粉粒心，表明玉米原淀粉多數(shù)近似球狀晶體［17］。當(dāng)均質(zhì)1次時(shí)，偏光十字變化不明顯，說(shuō)明該階段機(jī)械力對(duì)晶體結(jié)構(gòu)破壞作用不明顯，推斷該階段可能主要作用于無(wú)定形區(qū)當(dāng)高壓均質(zhì)3～5次時(shí)，部分顆粒偏光十字破壞，可見(jiàn)該階段對(duì)淀粉顆粒晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生

11、了破壞作用，影響了顆粒內(nèi)部密度和微晶取向，導(dǎo)致雙折射特性消失［18］，但當(dāng)均質(zhì)7次時(shí)，破壞的偏光十字比例明顯減少，推斷部分晶體結(jié)構(gòu)雖破壞，但該處理使顆粒內(nèi)部可能發(fā)生了重結(jié)晶［18］。圖3均質(zhì)處理玉米淀粉顆粒偏光顯微圖(400)24高壓均質(zhì)對(duì)淀粉顆粒粒徑分布的影響淀粉粒徑大小直接影響糊化特性、透光率等理化性質(zhì)，是決定淀粉品質(zhì)的重要因素［19］。由圖4可知，均質(zhì)1次后粒徑減小，但均質(zhì)3～5次時(shí)粒徑測(cè)定值增大，推斷可能與原有顆粒結(jié)構(gòu)破壞，形狀

12、變得不規(guī)則有關(guān)。均質(zhì)7次時(shí)，粒徑又減少，推斷可能是顆粒內(nèi)部空隙消失，形成完整球狀結(jié)構(gòu)所致。圖4均質(zhì)處理對(duì)玉米淀粉粒徑分布的影響25高壓均質(zhì)對(duì)玉米淀粉晶體結(jié)構(gòu)的影響淀粉是一種天然多晶體系，X－射線衍射曲線呈現(xiàn)尖峰衍射特征和彌散衍射特征兩部分，其原因?yàn)榈矸塾山Y(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)組成［20］。采用X－衍射分析淀粉衍射峰的強(qiáng)度和大小，能反映其結(jié)晶區(qū)域的變化程度。淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性順序?yàn)?無(wú)定形區(qū)結(jié)構(gòu)最弱，其次是靠近無(wú)定形區(qū)的亞結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)，結(jié)晶區(qū)