張玉榮,周顯青,劉 通

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450052)

熱風(fēng)和真空干燥玉米淀粉顆粒形貌及偏光特征變化

張玉榮,周顯青＊,劉 通

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450052)

為了探明干燥方式和條件對(duì)玉米淀粉顆粒特性的影響,對(duì)熱風(fēng)和真空干燥后玉米的淀粉顆粒形貌及偏光十字特征進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:原料玉米、自然干燥和低溫干燥淀粉顆粒的粒形完好,有明亮的偏光十字;而高溫干燥下淀粉顆粒的偏光十字出現(xiàn)偏移和模糊.觀察玉米干燥后的淀粉形貌和偏光十字可直接反映玉米的干燥品質(zhì)特性.

谷物;干燥;淀粉;形貌;偏光特征

0 引言

干燥過程中,玉米淀粉發(fā)生著不同程度的變化,研究干燥玉米淀粉顆粒形貌及偏光十字特征變化更能直接地反映玉米的干燥品質(zhì).劉培玲等[1]研究發(fā)現(xiàn),濕熱處理可使玉米淀粉顆粒的偏光十字消失.扶雄等[2]研究了微波場(chǎng)對(duì)玉米淀粉顆粒性質(zhì)的影響,結(jié)果表明,微波沒有使淀粉的偏光十字消失,顆粒形貌沒有發(fā)生變化.而陸冬梅[3]的研究發(fā)現(xiàn),微波下玉米的偏光十字發(fā)生了變化.劉延奇等[4]的研究表明,超高壓處理對(duì)脫脂馬鈴薯淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大影響.但關(guān)于不同干燥條件對(duì)玉米淀粉形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響未見報(bào)道.由此,作者以原料玉米和自然干燥玉米為標(biāo)準(zhǔn),對(duì)熱風(fēng)干燥和真空干燥玉米的淀粉顆粒形貌及偏光十字特征進(jìn)行顯微鏡觀察分析,為干燥玉米的品質(zhì)變化機(jī)理及評(píng)價(jià)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

玉米:吉林產(chǎn)馬齒形黃玉米 (水分含量28.8%),2007收獲于長(zhǎng)春,無(wú)破損粒、霉變粒.試驗(yàn)所需觀測(cè)的試驗(yàn)樣品如表1所示.

表1 試驗(yàn)原料

1.2 主要儀器

Leica DM 2500P偏光顯微鏡 (配置 130萬(wàn)像素的攝像頭):德國(guó).

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 干燥玉米樣品制備

自然干燥:取初始水分含量為 28.8%的原料玉米在平均溫度為 20℃自然環(huán)境下晾曬 12 h.

熱風(fēng)干燥:分別稱取 120 g初始水分含量為28.8%的玉米,均勻平攤于Φ4.0 mm篩網(wǎng)上,料層厚度約 10 mm,置于 45℃、90℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱 (T±1℃)中鼓風(fēng)干燥,干燥結(jié)束后樣品于35℃下緩蘇,緩蘇時(shí)間︰干燥時(shí)間 =5︰1.緩蘇結(jié)束后,各樣品于室溫下放置 24 h后于 4℃冰箱中冷藏.

真空干燥:分別稱取 120 g初始水分含量為28.8%的玉米,均勻平攤于托盤中,料層厚度約為單粒糧層,置于 45℃、90℃的真空干燥箱 (T±1℃)中干燥,開啟真空泵使真空度迅速達(dá)到-0.09 MPa.干燥結(jié)束后樣品于 35℃下緩蘇,緩蘇時(shí)間︰干燥時(shí)間 =5︰1.緩蘇結(jié)束后,各樣品于室溫下放置 24 h后于 4℃冰箱中冷藏.

1.3.2 淀粉顆粒微觀結(jié)構(gòu)

制片:任選 4～5粒玉米籽粒,分別切去籽粒頂端的纖維層,取靠近籽粒頂端的淀粉,置于載玻片上,并輕輕搖動(dòng)載玻片,使淀粉粒分布均勻,用吸耳球輕吹載玻片表面,使淀粉顆粒形成薄薄的一層,用于鏡檢.

攝像:將處理好的待測(cè)淀粉樣品,放入顯微鏡樣品臺(tái),調(diào)節(jié)物鏡和光線的強(qiáng)度于觀察的最佳狀態(tài),放大倍數(shù)為 500倍,先在普通光線下拍攝淀粉的顆粒形貌,然后選擇偏振光線,觀察和拍攝淀粉顆粒的偏光十字.

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米淀粉的顆粒形貌特征對(duì)比

顯微鏡調(diào)至最佳位置后,依次觀察 6個(gè)玉米樣品的淀粉顆粒的形貌特征,見圖 1.

圖1 淀粉顆粒的形貌特征 (×500)

從圖 1(1)中可看出原料玉米淀粉的顆粒外形為多角形,顆粒表面具有多個(gè)平面和棱角,存在明顯的臍心,且能觀察到明顯的輪紋.在圖 1(2)、(4)和 (5)中可以比較清楚地觀察到,多數(shù)淀粉顆粒存在臍點(diǎn),而且位于淀粉顆粒的中心處,在個(gè)別玉米淀粉顆粒上還觀察到存在的輪紋,而且是以顆粒臍點(diǎn)為中心向顆粒的四周逐漸擴(kuò)散,說明自然干燥和低溫干燥下玉米淀粉形態(tài)保留完好.圖1中 (3)和 (6)為 90℃熱風(fēng)和真空干燥的淀粉形態(tài),淀粉顆粒仍保留有較為明顯的臍心,但淀粉的輪紋變得模糊而無(wú)規(guī)律性,尤其是熱風(fēng)干燥,這種現(xiàn)象更為明顯,表明干燥溫度為 90℃時(shí)淀粉已有部分糊化.

2.2 玉米淀粉顆粒的粒徑對(duì)比

利用顯微鏡自帶的處理軟件對(duì)拍攝出的 6個(gè)玉米樣品的粒徑進(jìn)行分析,同一種樣品選取大多數(shù)粒徑相同的淀粉顆粒,對(duì)于圓形顆粒量取其直徑作為粒徑,對(duì)于橢圓形顆粒量取其長(zhǎng)徑和短徑的平均值作為粒徑,對(duì)每個(gè)樣品顆粒的粒徑的平均值統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表2.

表2 玉米淀粉粒徑

從表2可知,原料玉米淀粉顆粒的粒徑最大,可能是淀粉顆粒水分含量高使顆粒膨脹,干燥玉米樣品的平均顆粒粒徑均在 11μm左右,干燥后的顆粒形狀規(guī)則,僅 90℃熱風(fēng)干燥的玉米樣品部分顆粒出現(xiàn)凹陷,說明干燥對(duì)玉米粒徑影響較小.

2.3 玉米淀粉顆粒的偏光十字特征對(duì)比

6個(gè)玉米樣品的偏光十字特征見圖 2.

圖2 淀粉顆粒的偏光特征 (×500)

圖 2中 (1)為原料玉米淀粉偏光十字,其偏光十字明亮清晰,淀粉顆粒的偏光十字保持完好,表明原料淀粉是典型的球晶結(jié)構(gòu),為多晶顆粒體系.圖 2中 (2)、(5)、(4)分別為 45℃熱風(fēng)、真空干燥玉米和自然干燥玉米的淀粉顆粒偏光十字,可以看出淀粉顆粒有非常清晰明亮的偏光十字,并且大多數(shù)呈正“十”字形,與原料玉米淀粉顆粒非常相近,表明自然干燥和低溫干燥均對(duì)淀粉顆粒的特性影響較小.圖 2中 (3)、(6)為熱風(fēng)和真空干燥溫度為 90℃時(shí)的玉米淀粉顆粒偏光十字圖,看到較小的淀粉顆粒仍有較為清晰的偏光十字,而較大的淀粉顆粒偏光十字變得暗淡、殘缺和模糊,且不在顆粒的中央,表明 90℃干燥下玉米淀粉顆粒形貌發(fā)生變化,這是由于高溫干燥時(shí)的淀粉顆粒被輕度糊化所致,而這種作用熱風(fēng)干燥比真空干燥更明顯.偏光十字的產(chǎn)生是由于淀粉顆粒內(nèi)部存在著兩種不同的結(jié)構(gòu)即結(jié)晶結(jié)構(gòu)和無(wú)定形結(jié)構(gòu)的緣故[4],糊化的淀粉顆粒內(nèi)部分子鏈有序排列的結(jié)晶結(jié)構(gòu)會(huì)受到破壞,偏光十字就會(huì)消失,因此淀粉顆粒偏光十字的變化一定程度上可反映淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化.

3 討論

淀粉顆粒內(nèi)部存在著兩種不同的結(jié)構(gòu)即結(jié)晶結(jié)構(gòu)和無(wú)定形結(jié)構(gòu),在結(jié)晶區(qū)淀粉分子鏈?zhǔn)怯行蚺帕械?而在無(wú)定形區(qū)淀粉分子鏈?zhǔn)菬o(wú)序排列的,這兩種結(jié)構(gòu)在密度和折射率上存在差別,即產(chǎn)生各向異性現(xiàn)象,從而在偏振光通過淀粉顆粒時(shí)形成了偏光十字[5].關(guān)于在淀粉顆粒中水分是否參與淀粉的結(jié)晶一直存在著兩種不同的觀點(diǎn):一種觀點(diǎn)認(rèn)為淀粉在逐步加熱干燥脫水的過程中,淀粉顆粒由結(jié)晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為無(wú)定形結(jié)構(gòu)的原因是顆粒中含有的水分子參與了結(jié)晶,由于干燥使水分子脫去,淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞而最后過渡為無(wú)定形結(jié)構(gòu)[6].干燥過程不僅使胚乳中產(chǎn)生應(yīng)力裂紋,而且破壞了胚乳的結(jié)構(gòu),淀粉顆粒由多晶顆粒態(tài)向非晶顆粒態(tài)轉(zhuǎn)變,觀察到的淀粉形態(tài)和偏光十字就會(huì)變化,本試驗(yàn)的結(jié)果表明,原料玉米淀粉顆粒和低溫干燥淀粉顆粒的臍點(diǎn)和偏光十字保留完好,淀粉顆粒粒徑變化不大,而高溫干燥下的淀粉顆粒的臍點(diǎn)和偏光十字變得模糊.劉延奇等[7]研究超高壓對(duì)玉米淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)壓力處理強(qiáng)度和時(shí)間超過一定值時(shí)玉米淀粉顆粒偏光十字從中心部位開始變得模糊,淀粉核心部分開始出現(xiàn)少量裂縫.當(dāng)?shù)矸哿３浞峙蛎?壓碎或受熱干燥時(shí),晶體結(jié)構(gòu)即行消失,分子排列變成無(wú)定形,這時(shí)偏光十字就會(huì)消失[8].由此,通過觀察玉米干燥后的淀粉形態(tài)和偏光十字可以直接地反映干燥玉米的品質(zhì).

4 結(jié)論

原料玉米、自然干燥和低溫干燥淀粉顆粒的粒形完好,多數(shù)存在明顯臍心,有明亮的偏光十字;而高溫干燥下的淀粉顆粒的臍點(diǎn)和偏光十字出現(xiàn)偏移和模糊,只有小顆粒保留明顯的偏光十字;干燥后玉米的粒徑變化較小.通過觀察玉米干燥后的淀粉形貌和偏光十字來反映干燥玉米的品質(zhì)更為簡(jiǎn)潔.但由于本研究采用的顯微鏡放大倍數(shù)的限制,可能還不足夠反映出干燥玉米淀粉顆粒形貌特征的變化,對(duì)玉米干燥后用淀粉微觀來反映干燥品質(zhì)有待進(jìn)一步研究.

[1] 劉培玲,張本山.中等水分含量濕熱處理對(duì)玉米淀粉顆粒非晶化的影響[J].食品科技,2007(11):33-35.

[2] 扶雄,羅志剛,羅發(fā)興.微波場(chǎng)對(duì)玉米淀粉顆粒性質(zhì)影響的研究[J].糧食與飼料工業(yè),2007(5):19-20.

[3] 陸冬梅,楊連生.水分對(duì)微波變性木薯淀粉晶體顆粒態(tài)的影響[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),2005,26(4):10-13.

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[5] Palav T,Seetharaman K.Mechanism of starch gelatinization and polymerleaching during microwave heating[J].Carbohydrate Polymers,2006,65(3):364-370.

[6] 張力田.碳水化合物化學(xué)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,1988.

[7] 劉延奇,李昌文,趙光遠(yuǎn),等.超高壓對(duì)玉米淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的影響研究 [J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2006(10):44-46.

[8] SaibeneD,Seetharaman K.Segmentalmobility of polymers in starch granules at low moisture contents[J].Carbohydrate Polymers,2006,64(4):539-547.

APPEARANCE AND POLAR IZATI ON CHARACTER ISTICS OF STARCH GRANULES OFMA IZE DR IED BY HOT-A IR DRYI NG AND VACUUM DRYI NG

ZHANG Yu-rong,ZHOU Xian-qing,L I U Tong
(College of Food Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou450052,China)

In order to investigate the influences of dryingmethods and drying conditions on the granule properties of the maize starch,the article analyzed the appearance and the polarization cross characteristics of starch granules ofmaize dried by hot-air drying and vacuum drying.The results indicated that the starch granule of maize dried naturally or at low temperature had good appearance and a bright polarization cross;but the starch granule ofmaize dried at high temperature had a blurry polarization cross with migration.The quality of the dried maize could be reflected directly by observing the appearance and the polarization cross of the maize starch granule.

cereals;drying;starch;appearance;polarization characteristics

TS210

B

1673-2383(2010)05-0009-04

2010-07-03

張玉榮 (1967-),女,新疆阜康人,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)藏與品質(zhì)分析的研究.

＊通信作者