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动态超高压微射流对糯米淀粉结构的影响

发布日期:2015-03-09 11:37:56

动态超高压微射流对糯米淀粉结构的影响和糯米淀粉

动态超高压微射流对糯米淀粉结构的影响,以6%的糯米淀粉溶液为原4.并采用打描电子S微镜(SEM>,紫外-可见(UV/Vis),偏光M微 (PLM),X射线衍射(XRD)分析动态超压微射流处理对糯米淀粉微观结构的影响。结果表明:动态超卨压 微射流处理后,扫描电镜显示不同压力处理下的糯米淀粉颗粒结构受到不同程度的破坏,经过160 MPa处 理后,淀粉颗粒被冲击成片状;紫外-吋见分析中碘兰值变小,支链淀粉含最减小,表明超高压处理过程中支 链淀粉的结构被破坏;偏光M微M示糯米淀粉颗粒的偏光f字随着处理压力的增加逐渐模糊,经160 MPa 处理后,多数淀粉颗粒偏光^字消失;X射线衍射分析表明在120 MPa处理后,相对结晶度始降低,似降 低幅度较小。

淀粉及其衍生物是重要的工业原料,广泛应用于食品、 造纸、建筑、医药、石油化工等行业,但是原淀粉一些性质 会限制它的应用。变性后的大米淀粉具有更优良的性质,应 用更方便,动态超高压微射流对糯米淀粉结构的影响,适合新技术操作要求,应用效果提高。目前的改 性方法主要有物理改性,化学改性,酶法改性。近年来,淀 粉颗粒大小的性质越来越受t视。淀粉颗粒在物理破碎下, 随着大小、形貌和均匀度的改变,淀粉的分子结构也发生变 化,从而导致理化性质如分散性、溶解度、糊化性质和化学 活性等相应发生变化。号传统的化学变性方法相比,物理破 碎淀粉,使其颗粒微细化是淀粉深加工的一种新思路,新方 法,产品具有更广泛的用途D4\
动态起高M微射流(HPM)技术处理改件是一种物理改 性方法,被认为是一种新的食品加工中最有潜力和发展前途 的改性技术。巳有研究L59」表明其在加丄过程中,剧烈的处 理条件如液体卨速撞击、高剪切、空穴爆炸、高速振荡等作 用[1°],可影响食品物料的微观结构,使物料的卨级结构发生 变化但在W内,动态超卨压微射流处理对糯米淀粉结 构的影响的相关研究还很少。因此本文主要通过显微结构, 碘兰值,支链淀粉含最以及结晶结构[?151的变化来研究动 态超高压微射流对糯米淀粉分子结构的影响。为以后动 态超高压微射流均质技术对生物大分子的改性提供参考。
1材料与方法
1.1材料与仪器
糯米淀粉(实验室自制);微射流均质机M-700型(美国 micro fluidics企业),E600POL型偏光M微镜(日本Nikon公 司),Bruker 1>8多功能X射线衍射仪(德国布鲁克企业), 离心机Anke TGL-16C, JD200-3B电子天平,JMS80胶体磨 等。
1.2实验方法
1.2.1动态超高压微射流技术处理
6%的糯米淀粉溶液—胶体磨?高压均质机■♦动态超高 压微射流均质一冷冻干燥一备用117」。
考察不同压力(40, 80, 120, 160 MPa)条件下,动态超 高压微射流技术对糯米淀粉的影响。
1.2.2显微结构观察
将样品分散并粘于样品台上,喷镀电导层,然后在高分 辨率扫描电子M微镜下观察淀粉的颗粒形貌Ll8’19]。
1.2.3淀粉碘兰值的测定
准确称取纯化后的支链淀粉(脱糖脱脂)〇.l mg,加1 mL碘试剂,用蒸馏水定容至]OmL,)丨丨1 cm比色杯在680 ran处测定吸光度。
淀粉碘兰值?= OEU(吸光度值)X 4/样品的浓度(mg • mL一1 )。
1,2,4支链淀粉含量测定
标准曲线绘制:铕确称取235 mg己饲1的支链淀粉纯 品(自制>,动态超高压微射流对糯米淀粉结构的影响,用少量90% DMSO溶解,定容至100 mL,然后 汲取1 mL,用蒸馏水定容至100 mL。依次移取0, 2, 4, 6, 8, 10 mL,分别加人20 fiL碘显色液,摇匀后,于655 nm测 吸光度值。
按上述方法配制待测样品溶液,汲取mL溶液再加入 20 pL碘显色液,摇匀后,于655 nm波长下测吸光度值。
1.2.5结晶结构分析
偏光M微研究:将适量淀粉乳滴在玻璃分析片上,然后 在偏光显微镜下,观察颗粒的偏光十字的变化情况》
X射线衍射仪分析:采用粉末衍射法。测定条件:特征 衍射线Cu靶,管40 kV,电流4〇 mA,步长0• 02°,5?30 °cn描,扫描方式为连续打描。
相对结晶度的计算公式为
X, = AC/(AC+AJ
兄为相对结晶度;人为晶R部分相对面积;Aa为非晶 区的相对面积。
2结果与讨论
2.i动态趄离压微射流技术对糯米淀粉显微结构影响
图1显示,蜡质大米原淀粉颗粒呈棱角分明,表面较为 光滑的多面体,随着作用m力的增大,淀粉颗粒被破坏,颗 粒表由出现IUI陷,形状变得不规则,而11形成了一些小颗 粒,120 MPa时颗粒被麽损得没有棱角,经过160 MPa超高 压微射流处理后,淀粉颗粒的形貌发生r明显的变化,淀粉
颗粒中间出现凹孔,且淀粉颗粒已被冲击成片状。但从现有 实验结果看,此时淀粉只是失i-了原存的颗粒形态,并没有 达到颗粒粉碎的动态平衡。
2.2动态超高压微射流技术对糯米淀粉碘兰值的彩响
碘兰值是表承淀粉结合碘能力的一个指韧,吋反映直链 淀粉含讀和链长的变化,直链淀粉由于其线件聚合度很高, 故捵兰值很大,一般为〇• 8?1. 2之间。支链淀粉的侧链长只 有14?30个葡萄糖残基,则碘兰值在0• 08?0.22之间。超 高压微射流对糯米淀粉的捵兰值影响如下表1所示。
Table 1 Iodine blue value of waxy rice starch after different pressure HPM treatment
样品枨力/MPa吸光度值(OHW™)rift XL/ft
俱二m
糯米淀粉0. 023 20.186
400. 021 80.175
800.011 50.092
1200.010 50*084
】600. 009 80. 079
由表1可知,糯米淀粉的碘兰值为〇. 186,属于支链淀 粉碘兰值的范闱。动态超高压微射流对糯米淀粉结构的影响,随着动态超高压微射流处理压力的增加, 淀粉的碘兰值逐渐变小,这是由于8?12个葡萄糖残基组成 的分子与碘结合呈红色,6个以下的葡萄糖残基的分子不能 形成完整的螺旋结构,不能与碘结合。在动态超卨压处理过 程中机械力使链断裂,小分子的A链增多,与碘的结合能力 下降。
2.3动态超离压微射流技术对糯米淀粉含童的影响
由表2可以看出,糯米淀粉的含最随右•动态超卨压微射 流处理压力h升而下降。这可能由于动态超高叫作用使糯米 淀粉发生降解,在高温卨压的密闭环境中,淀粉处于融化状 态,局部分子链被强大的压力切断,断裂的位置通常发生在 分支点,链的中心部位以及杂原子之间链上,这就导致了支 链淀粉的一部分侧链被切割下来,即发生了 ,6苷键断裂, 使较短的苴链淀粉的比例增加;通过电镜扫描图片显示,淀 粉经过160 MPa后,形状M片状,n丨以推测动态超高压不仅 导致了支链淀粉的降解,还可能引起荇链淀粉中『1,4苷键 断裂,产生小分子物质,即发生淀粉的糊精化作用。
Table 2Effect of HPM treatment on amylopectin content
样品吸光度值
(680 nm)糯米淀粉浓度 /(mg * mL_1)糯米淀粉含量
/%
末处理0. 081 60. 46498.63
40 MPa0.077 90. 44394* 46
80 MPa0. 077 00. 43893. 18
120 MPa0. 076 80. 43792. 98
160 MPa0. 076 30. 43492.31
2.4动态起高压微射流技术对糯米淀粉结晶结构的影响
2.4.1动态超高压微射流技术对糯米淀粉影响的偏光显微研究淀粉粒的葡萄糖链与淀粉颗粒呈表面垂直排列,即淀粉粒的葡萄糖链是以脐点为中心,向着浞粉粒的表面呈放射状 排列。在结晶冈域淀粉分子链间呈紧密的双螺旋结构,而在 无定形区域淀粉的分子链间则呈现杂乱无章地排列,因此会 导致两种结构在密度和折射率上存在差别,即产生各向异性 现象,当偏振光通过淀粉颗粒时就形成f偏光十字,从图2 可以看出:糯米原淀粉偏光显微镜图上有清晰的偏光十字, 这n丨能是淀粉颗粒内部存在着2种小'同的结构即结晶结构和 无定形结构的原因。经过40和80 MPa超高压微射流处理后 的糯米淀粉,动态超高压微射流对糯米淀粉结构的影响,其偏光十字变得较为模糊,经过120 MPa处理 后的糯米淀粉的偏光十字则变得更模糊,而且数最减少,经 160 MPa处理后的糯米淀粉则只能宥到个别偏光十字,绝大 部分已经消失。说明超高旭微射流均质可能破坏了淀粉分丰 链的紧密的双螺旋结构,从而破坏广淀粉的结晶结构,导致 偏光十字的消失。
2.4.2动态超高压微射流技术对糯米淀粉影响的X射线衍 射研究
从图3可以看出,糯米原淀粉由衍射峰和弥散峰两部分 组成,分别跗=15°, 17.5°, 18% 23°附近有特征衍射峰,是 典型的谷物类A型X射线衍射峰。从图中可以看出,糯米淀 粉经动态超高压不同压力处理后,特征衍射峰强度到160 MPa处大大减弱,这表明在动态超高压作用下,水分能够进 入到淀粉颗粒内部的无定型区域之中,并使这些区域进行溶 胀和重排。一方面使这些区域的结构发生改变,使更多的水 分进人这些无定型区域;另一方面,水分的溶胀作用导致与 这些K域相连接的结晶K域的破坏。由于压力相对较小,因 此,还不足以破坏结构较完整的微晶区域,图中衍射峰强度 的下降只表明淀粉颗粒内部的不完全结晶部分的破坏或损 失。
Fig.3 X-ray diffractim curves of waxy rice starch (a) and pressure-treated at 40 MPa(b), 80 MPa(c), 120 MPa (d) and 160 MPa(e)
表3中数据显示:随着处理压力的增加,糯米淀粉的特 征衍射峰强度逐渐降低,结晶度也有所变化,但都不十分M 著。这表明糯米淀粉在经过动态超髙/f<:处理后,颗粒内部被 水溶胀的部分巳经发生r变化,由于压力变化不大,水分不 能快速史深地进人结晶冈域,只是在原来的基础上对结晶部 分进行轻微的溶解和侵蚀。压力不高导致溶胀的消磨作用比 较缓慢,因此峰强度降低缓慢。
Table 3 Data analysis of X-ray diffractimi parameter of waxy
rice starch after different pressure HPM treatment
样品-15。半峰卨H 17.5° 18。23。晶K峰
面积晶K峰相对结 总面积晶度/%
原淀粉478566559450282.44982.0228.76
40 MPa500578580475291.04996.329,2
80 MPa480547543422280.33966.3229.01
120 MPa430516500403253.57940.6726.96
160 MPa378399396315205.46915.4422.44
3结论
(1)糯米淀粉动态超高压微射流处理后,颗粒结构由原 来的光滑的多面体,动态超高压微射流对糯米淀粉结构的影响,变得形状不规则,到160 MPa的时候, 被冲击成片状,完全失去了原有的颗粒状态。
(2)随着处理压力的增加,懦米淀粉碘兰值变小,支链 淀粉含最降低,表明支链淀粉的侧链受到破坏,较短的直链 淀粉的比例增加。
(3)多数糯米淀粉颗粒的偏光十字随着处理压力的增加 而消失;X射线衍射峰强度减弱,相对结晶度降低,但降低 幅度较慢。
(4)由于淀粉的结构肓接影响着理化性质及其在工业生 产中的应用,对于淀粉结构的变化机理的研究还有待深人。
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