微波輻照對(duì)玉米淀粉及其改性淀粉理化特性的影響

陳 鵬，黃 霜，李書藝，胡崇琳，謝筆鈞，孫智達(dá)*

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

微波輻照對(duì)玉米淀粉及其改性淀粉理化特性的影響

陳 鵬，黃 霜，李書藝，胡崇琳，謝筆鈞，孫智達(dá)*

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

微波輻照水分含量為30%的普通玉米淀粉及其辛烯基琥珀酸改性后的淀粉。結(jié)果表明：隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)，淀粉的水分含量均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，4min時(shí)兩種淀粉的含水量已降至正常水平。通過掃描電子顯微鏡觀察到兩種淀粉微波輻照后，其顆粒表面出現(xiàn)破損，部分顆粒甚至完全破裂。而玉米淀粉及改性淀粉微波輻照前后的結(jié)晶性質(zhì)都基本相似。改性前后的淀粉其糊化后都屬于假塑性非牛頓流體，冪律模型對(duì)其剪切應(yīng)力與剪切速率曲線的擬合精度高。隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)，玉米淀粉的黏度有所降低，改性淀粉呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，玉米淀粉的儲(chǔ)能模量先增加后減小，耗能模量變化不大，損耗因子的變化趨勢(shì)則與儲(chǔ)能模量相反。而對(duì)于改性淀粉，除了輻照6min的樣品，其余組的黏彈性變化甚微，該處理時(shí)間的儲(chǔ)能模量與耗能模量都高于其他處理時(shí)間的樣品，而損耗因子也出現(xiàn)顯著降低。

微波輻照；辛烯基琥珀酸淀粉酯；冪律模型；掃描電子顯微鏡；X衍射；流變學(xué)行為

淀粉是一種來源豐富、價(jià)格低廉且可再生的天然多糖大分子[1]。玉米作為世界三大糧食作物之一產(chǎn)量已躍居糧食品種首位，我國淀粉的生產(chǎn)原料絕大部分都是來自于玉米，玉米淀粉在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛[2]。作為植物體的生物聚合物，淀粉主要用于貯存碳和能量而不具備結(jié)構(gòu)功能。食品加工過程使淀粉發(fā)生轉(zhuǎn)換成為一種結(jié)構(gòu)性成分，其溶液經(jīng)過加熱處理會(huì)發(fā)生增稠和凝膠，被認(rèn)為是質(zhì)構(gòu)二次調(diào)制劑[3]。淀粉因其易老化和親水性強(qiáng)，限制了它在某些領(lǐng)域的利用，因此可通過諸如酯化、交聯(lián)等改性方式拓寬其應(yīng)用范圍。辛烯基琥珀酸淀粉酯是可以作為乳化增稠劑的一類改性淀粉，美國FDA允許其作為乳化增稠劑加入食品中，且不限定其使用量[4-5]。我國1997批準(zhǔn)其使用并于2001年擴(kuò)大其使用范圍。

微波是300MHz～300GHz的電磁波，通過引發(fā)分子高頻運(yùn)動(dòng)將電磁能最終轉(zhuǎn)化為熱能，也有對(duì)反應(yīng)分子直接作用的非熱效應(yīng)[6]。通常可用于干燥、殺菌、解凍、催化反應(yīng)等[7-8]。國內(nèi)外研究表明微波可能引起淀粉結(jié)晶性質(zhì)的轉(zhuǎn)變、糊化溫度的降低、溶解性的增加、黏度的減小、抗酶解能力的提高等變化，這也與淀粉的來源、水分含量、輻照能、輻照時(shí)間有關(guān)[9-11]。以上主要是在低輻照能(一般≤1W/g)條件下進(jìn)行基礎(chǔ)性的研究，對(duì)象也僅是原淀粉，而改性淀粉方面少有涉獵。本實(shí)驗(yàn)以玉米原淀粉及其辛烯基琥珀酸淀粉酯(改性淀粉)為研究對(duì)象，研究?jī)烧咴诟咻椪漳?13W/g)及高水分含量(約30%)的條件下，隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)，其水分含量、微觀形態(tài)、結(jié)晶性質(zhì)的變化，而流變學(xué)性能作為乳化增稠劑的重要指標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)對(duì)其微波輻照前后的變化進(jìn)行重點(diǎn)的研究，以期為該物理改性方式下兩種淀粉的工業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

普通玉米淀粉(水分含量13%，直鏈淀粉含量25%)武漢淀粉廠；辛烯基琥珀酸淀粉酯(普通玉米淀粉濕法制備，DS 0.0156)。

1.2 儀器與設(shè)備

DK-s22電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；AR2000 EX動(dòng)態(tài)流變儀 英國T A公司；J S M-6 3 9 0/LV掃描電子顯微鏡 日本NTC公司；EL104電子分析天平 美國梅特勒-托利多公司；GZX-9140MBE 數(shù)顯干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；S7A73型微波爐 三星電子有限公司；D8-ADVANCE 型X射線衍射儀 德國布魯克公司。

1.3 方法

1.3.1 辛烯基琥珀酸淀粉酯的制備

淀粉與水混合配成30g/100mL的懸濁液，1.5h內(nèi)分次滴加完占淀粉干樣3%的辛烯基琥珀酸酐(溶于乙醇溶液，酸酐與乙醇體積比約1:5)，反應(yīng)體系pH值維持在8.0～8.5，30℃水浴磁力攪拌，3h后將pH值調(diào)至6.5結(jié)束反應(yīng)，制得樣品用蒸餾水跟70%乙醇分別淋洗抽濾3次后40℃過夜烘干備用。本批次制得的辛烯基琥珀酸淀粉酯取代度(DS)為0.0156。

1.3.2 微波輻照處理[11]

在已知水分含量的淀粉樣品中加入適量的水將其水分含量調(diào)節(jié)至30%，平衡24h后取適量樣品于微波爐中微波輻照，輻照能為13W/g，時(shí)間為0、0.5、1、2、4、6min，將原淀粉與辛烯基琥珀酸淀粉酯分組記為：N0、N0.5、N1、N2、N4、N6和M0、M0.5、M1、M2、M4、 M6。將輻照后的樣品(對(duì)于水分含量較高的樣品烘干后再過篩)過100目篩備用。

輻照前后樣品的水分含量參照GB 12087ü1989《淀粉水分測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 掃描電子顯微鏡

將烘干過夜的樣品依次黏于涂有雙面導(dǎo)電膠的載物臺(tái)上，然后將載物臺(tái)置于離子濺射器中噴金20min。在10kV的掃描電子顯微鏡加速電壓條件下選擇合適放大倍數(shù)觀察淀粉的微觀形態(tài)。

1.3.4 X射線掃描

室溫條件下采用X射線衍射儀進(jìn)行結(jié)晶特性分析，X射線衍射分析條件：特征射線CuKα，管壓40kV，電流20mA，掃描區(qū)域2θ為5.00e～40.00e，步寬0.02e，掃描速率10e/min。樣品測(cè)定前平衡水分過夜。

1.3.5 流變學(xué)行為測(cè)定[12]

1.3.5.1 黏度測(cè)定

配制4g/100mL的淀粉乳，攪拌均勻，于沸水浴中磁力攪拌15min，制成的淀粉糊冷卻30min后使用AR2000 EX動(dòng)態(tài)流變儀測(cè)定流變學(xué)性能。

選取錐板模具(直徑 40mm，錐度 2e7″)，間距設(shè)置為61micron，在流動(dòng)模式下，溫度恒定為25℃，剪切速率范圍1～1000s—1，觀察隨著剪切速率的增加，所測(cè)樣品應(yīng)變力及黏度的變化。

1.3.5.2 黏彈性測(cè)定

淀粉糊的配制及模具的選擇、間距的設(shè)置同上，選擇振蕩模式，溫度恒定為25℃，應(yīng)力為0.5968Pa，在AR2000 EX動(dòng)態(tài)流變儀上進(jìn)行頻率掃描，范圍為0.1～100Hz。觀察隨著頻率的增加，淀粉儲(chǔ)能模量、耗能模量及損耗因子的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波輻射后的水分含量

表 1 原淀粉和辛烯基琥珀酸淀粉酯輻照后的含水量Table 1 Moisture content of native starch and octenyl succinate modif i ed starch before and after microwave radiation

淀粉作為一種碳水化合物，除水外僅含有少量的其他雜質(zhì)。而其水分含量隨著自然狀態(tài)的改變而變化。商品淀粉的水分含量一般在12%左右[13]。為了了解在高水分介質(zhì)中，高輻射能條件下，不同照射時(shí)間對(duì)其淀粉中含水量的影響，觀察了輻照前后，原淀粉和辛烯基琥珀酸淀粉酯水分含量的變化。結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，在 13W/g微波輻照功率照射下，隨著輻照時(shí)間的增加，原淀粉及辛烯基琥珀酸淀粉酯淀粉中的水分含量均呈下降趨勢(shì)。輻照4min后的水分含量與商用淀粉的相近，6min后水分含量已經(jīng)降到較低的水平。在輻照的前0.5min內(nèi)，與原淀粉相比辛烯基琥珀酸淀粉酯水分含量降低較多，可能主要是由于在淀粉中引入了疏水基團(tuán)而降低了淀粉與水的親和力的原因。另外，輻照后引起的表明浸蝕也有利于電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋Ｒ虼?，在同樣的輻照條件下，辛烯基琥珀酸淀粉酯中部分結(jié)合不緊密的水分更易損失。兩類淀粉在2～6min階段水分損失最多，可能是因?yàn)殡S著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)，淀粉的溫度逐漸增加，使之淀粉中的自由水損失加劇。當(dāng)水分降到一定程度后鍵合緊密的結(jié)合水使得水分損失的難度加大。以上研究表明，高能微波短時(shí)輻照，不失為干燥高濕淀粉的主選方法之一。

2.2 微觀形態(tài)分析

圖 1 原淀粉和辛烯基琥珀酸淀粉酯微波處理前后電鏡圖(×2000)Fig.1 SEM images of native strach and octenyl succinate modif i ed starch before and after microwave radiation (×2000)

由圖1可知，原淀粉顆粒呈多邊形，表面較光滑部分有輕微的褶皺，顆粒大小分布符合高斯定律。辛烯基琥珀酸改性后的淀粉顆粒與原淀粉相比，沒有觀察到形狀及表面的明顯變化，它們之間的微觀形貌相似。這與該改性淀粉為低取代度的事實(shí)相吻合，其反應(yīng)條件較溫和且取代度低不會(huì)對(duì)形貌產(chǎn)生影響。上述結(jié)論與Olivia等[14]的研究相符。

Lewandowicz等[10]在0.4W/g的輻照能條件下對(duì)馬鈴薯淀粉和木薯淀粉微波輻射2.5h后的研究表明，低水分含量時(shí)輻射后其顆粒表面僅出現(xiàn)裂縫，但當(dāng)含水量達(dá)到35%時(shí)，整個(gè)顆粒發(fā)生變形。羅志剛等[15]對(duì)30%水分含量的蠟質(zhì)玉米淀粉在1W/g輻照能下進(jìn)行微波輻照研究，僅觀察到顆粒表面出現(xiàn)小孔和凹坑。圖1中，微波輻照6min后的原淀粉與改性淀粉的顆粒表面出現(xiàn)破損，部分顆粒完全破裂。微波輻照即是將電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而物質(zhì)吸收的輻照能隨著介質(zhì)損耗的增加而增加。淀粉的含水量越高其介質(zhì)損耗越大，有利于提高加熱效率。因此在較高的輻照能及水分含量下產(chǎn)生劇烈的熱效應(yīng)，較短的時(shí)間內(nèi)即會(huì)對(duì)淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。Lewandowicz等[10]在低輻射能高水分含量條件下，隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)，同樣會(huì)對(duì)顆粒產(chǎn)生較大破壞，而羅志剛等[15]的輻照時(shí)間較短，對(duì)顆粒形貌影響較小。

2.3 結(jié)晶性分析

圖 2 原淀粉和辛烯基琥珀酸淀粉酯微波處理前后的X衍射圖譜Fig.2X-ray patterns of native starch and octenyl succinate modif i ed starch before and after microwave radiation

依據(jù)晶體結(jié)構(gòu)，淀粉可以分為A型、B型和C型，主要從X射線衍射圖中出峰情況來辨別。玉米淀粉是A型結(jié)晶體結(jié)構(gòu)，從圖2中可以看出，玉米原淀粉在15e、17e、18e和23e處分別有較強(qiáng)的衍射峰，表現(xiàn)出典型的A型晶體特征。Aniko等[9]對(duì)淀粉微波處理的結(jié)果表明，B型淀粉微波輻照可能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)锳型，而A型淀粉保持晶型不變，但其結(jié)晶度可能會(huì)有一定程度的降低。原淀粉與改性淀粉相比，晶型保持一致，主要還是在于改性的低取代度及溫和的反應(yīng)條件，可以保持其完整的顆粒性質(zhì)，至于結(jié)合緊密的結(jié)晶區(qū)更難產(chǎn)生影響。對(duì)原淀粉及改性淀粉進(jìn)行微波輻照后，雖然置于高輻照能條件下，但是并未對(duì)結(jié)晶性造成顯著的影響[16]。淀粉的含水量處于較高水平，但這是相對(duì)干淀粉而言，30%的水分條件在本實(shí)驗(yàn)條件下不會(huì)引起淀粉的糊化，水分難以進(jìn)入結(jié)合緊密的結(jié)晶區(qū)進(jìn)而無法對(duì)結(jié)晶性能造成較大影響，輻照時(shí)間較短也可能是決定因素之一。從上述的分析表明，原淀粉及改性淀粉在本實(shí)驗(yàn)的微波輻照條件下，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要在于直鏈淀粉占主導(dǎo)地位的無定形區(qū)，而Randan等[17]研究顯示辛烯基琥珀酸淀粉酯的基團(tuán)取代區(qū)域也分布于該區(qū)，因此微波輻照可能會(huì)對(duì)辛烯基琥珀酸淀粉酯流變學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生積極性影響。

2.4 流變學(xué)行為分析

2.4.1 黏性分析

2.4.1.1 原淀粉及改性淀粉的黏性分析

阻礙流體流動(dòng)的性質(zhì)稱為黏性，是表現(xiàn)流體流動(dòng)性質(zhì)的指標(biāo)。流體流動(dòng)垂直于流動(dòng)方向的液體內(nèi)部會(huì)形成速度梯度，層與層之間存在著黏性阻力。單位面內(nèi)的黏性阻力即為剪切應(yīng)力(σ)，黏度是流體流動(dòng)時(shí)分子間摩擦產(chǎn)生的，是物質(zhì)的固有性質(zhì)。以下是原淀粉及改性淀粉不同剪切速率(ε’)下的剪切應(yīng)力及其擬合冪律模型[18]。

圖 3 原淀粉及辛烯基琥珀酸淀粉酯剪切應(yīng)力曲線Fig.3Shear stress versus shear rate plot of native starch and octenyl succinate modif i ed starch

當(dāng)剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系符合σ=ηε’(η為黏度)時(shí)即為牛頓流體。而黏度隨著剪切速率的變化而變化，如圖3所示，表明原淀粉及改性淀粉為典型的非牛頓流體。真實(shí)的高分子黏性流體，剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系較復(fù)雜，有理論認(rèn)為分成三階段，當(dāng)剪切速率較低和較高時(shí)，黏度與剪切速率無關(guān)，呈現(xiàn)牛頓流體特性，中間階段符合冪律模型。由圖3可知，當(dāng)剪切速率高于200s—1后，原淀粉與辛烯基琥珀酸淀粉酯糊剪切應(yīng)力隨著剪切速率的表現(xiàn)都近似于牛頓流體。

表 2 冪律模型擬合參數(shù)Table 2 Fitting parameters of power law equations for native starch and octenyl succinate modif i ed starch

前人提出的數(shù)百種模型，Park等[4]對(duì)比了幾種常用的模型，結(jié)果表明現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用最多的冪律模型對(duì)辛烯基琥珀酸淀粉酯有較好的擬合度，由此選用其作為本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，即?Kε’n。由表2可得，冪律模型對(duì)兩淀粉的黏度曲線擬合精度高。原淀粉與辛烯基琥珀酸淀粉酯的流體特性指數(shù)n值近似，改性淀粉的黏度系數(shù)K是原淀粉一倍。改性淀粉黏度的增加是由于引入了雙親性的辛烯基琥珀酸大基團(tuán)后，顯示良好的自由流動(dòng)性，能與水很好的互溶，而且酯化的那部分近似于支鏈淀粉結(jié)構(gòu)，增加了分子內(nèi)的摩擦。

2.4.1.2 微波輻照前后黏性分析

由圖4a可知，微波輻照后的原淀粉的黏度出現(xiàn)輕微的降低，1min后的樣品黏度變化不大，剪切速率增加到一定程度后各淀粉的黏度基本相同?？赡苁且?yàn)闊嵝?yīng)及微波效應(yīng)使得的直鏈淀粉游離出來及非定型區(qū)的長(zhǎng)鏈直鏈淀粉及少數(shù)存在的支鏈淀粉斷裂成較短的直鏈淀粉，使得黏度出現(xiàn)輕微的降低，這與Lewandowicz等[11]的結(jié)論相似。而圖4b顯示改性淀粉微波處理后淀粉的黏度有輕微的先降低后上升的趨勢(shì)，其中輻照6min后辛烯基琥珀酸淀粉酯的黏度顯著增加，同樣，剪切速率增加到一定階段后各淀粉的黏度相差不大。改性淀粉在輻照前期，直鏈淀粉游離出來及斷裂，黏度降低出現(xiàn)降低，一段時(shí)間以后，水分損失延伸到親水取代基團(tuán)，對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)造成較大破壞，越來越多的辛烯基琥珀酸基團(tuán)暴露出來，這可能是微波輻照輻照一定時(shí)間后改性淀粉黏度會(huì)出現(xiàn)增加的主因。以上結(jié)果表明，在高能和高濕條件下，選擇一定的時(shí)間對(duì)辛烯基琥珀酸淀粉酯進(jìn)行輻照，有利于提高其產(chǎn)品的黏性。

圖 4原淀粉及改性淀粉微波輻照前后的黏度曲線Fig.4 Viscosity versus shear rate of native starch and octenyl succinate modif i ed starch before and after microwave radiation

2.4.2 黏彈性分析

通過小幅振蕩實(shí)驗(yàn)可以測(cè)定物質(zhì)的黏彈性，其評(píng)價(jià)指標(biāo)為儲(chǔ)能模量(G’)、耗能模量(G”)和損耗因子(δ)。儲(chǔ)能模量用來表述物質(zhì)存儲(chǔ)彈性變形能量的能力，表征的是材料變形后回彈的指標(biāo)，通常指彈性部分。而耗能模量表征物質(zhì)耗散變形能量的能力，通常指黏性部分。損耗因子其正切tanδ= G”/G’，表征的是物質(zhì)的黏彈性[3,13-14]。

由下式擬合出各淀粉糊的黏彈性力學(xué)表，得到較準(zhǔn)確的儲(chǔ)能模量、耗能模量的相關(guān)系數(shù)。

G’=аωb，G”=cωd，ω為角頻率，a、b、c、d為擬合參數(shù)。

從圖5中原淀粉的頻率掃描可以看出，隨著角頻率的增加，儲(chǔ)能模量和耗能模量都呈上升趨勢(shì)，微波輻照1min內(nèi)的原淀粉儲(chǔ)能模量出現(xiàn)增加趨勢(shì)，這可能與游離出的直鏈淀粉有關(guān)，而隨著熱效應(yīng)的加劇，直鏈淀粉可能部分?jǐn)嗔殉啥替湥?min后的微波輻照原淀粉的儲(chǔ)能模量逐漸降低且都低于原淀粉水平。耗能模量方面變化不大，而損耗因子的趨勢(shì)與儲(chǔ)能模量相反，表現(xiàn)為隨著微波輻照時(shí)間的增加，損耗因子先降低后增加，這表明微波短時(shí)間的微波輻照使得原淀粉糊有向剛性膠質(zhì)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，超過一定臨界時(shí)間后，輻照后的淀粉糊化黏性特征占優(yōu)勢(shì)。從辛烯基琥珀酸淀粉酯的頻率掃描圖中可以看出，4min以內(nèi)輻照對(duì)改性淀粉的儲(chǔ)能模量、耗能模量及損耗因子影響不大，僅有較小幅度的先下降后上升的趨勢(shì)，這可能跟其自身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)。輻照時(shí)間增加到6min時(shí)，其3項(xiàng)指標(biāo)均出現(xiàn)顯著變化，儲(chǔ)能模量和耗能模量增加而損耗因子減小，呈現(xiàn)剛性凝膠性質(zhì)，表明此時(shí)的淀粉糊的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較完整。

圖 5 輻照前后原淀粉及辛烯基琥珀酸淀粉酯的儲(chǔ)能模量、耗能模量及損耗因子Fig.5Storage modulus, loss modulus and loss factor plots of native starch and octenyl succinate modif i ed starch before and after microwave radiation

表 3 原淀粉輻照前后黏彈性擬合參數(shù)Table 3 Viscoelastic fi tting parameters of native starch before and after microwave radiation

表 4 辛烯基琥珀酸淀粉酯輻照前后黏彈性擬合參數(shù)Tabel 4 Viscoelastic fi tting parameters of octenyl succinate modif i ed starch before and after microwave radiation

由表3、4可知，選用的函數(shù)儲(chǔ)能模量及耗能模量的擬合精度高，線性相關(guān)性好。通過數(shù)據(jù)表能更精準(zhǔn)的得出儲(chǔ)能模量及耗能模量的規(guī)律。儲(chǔ)能模量及耗能模量出現(xiàn)交叉的點(diǎn)屬于溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變點(diǎn)，在這點(diǎn)的一定范圍內(nèi)儲(chǔ)能模量及耗能模量具有冪律特點(diǎn)，而指數(shù)似乎與聚合物分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，在凝膠區(qū)分上面可能有一定的應(yīng)用。損耗因子的正切值是判別凝膠點(diǎn)的最有效方式，通過儲(chǔ)能模量及耗能模量的冪律擬合曲線也可以推導(dǎo)出凝膠點(diǎn)，可以兩者結(jié)合進(jìn)行相互印證。

辛烯基琥珀酸淀粉酯與原淀粉主要區(qū)別就在于其分布于無定形區(qū)的親水親油取代基團(tuán)，微波輻照后產(chǎn)生濕熱效應(yīng)及微波對(duì)分子水平的非熱效應(yīng)，影響了淀粉的非定型區(qū)的直鏈淀粉及其中少量的支鏈淀粉，上面已經(jīng)提到過改性淀粉的取代基團(tuán)較均勻的分布于該區(qū)域，這些隨著微波輻照時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)其無定形區(qū)產(chǎn)生破壞，但沒有原淀粉出現(xiàn)的輻照初期儲(chǔ)能模量增加的情況，可能是由于基團(tuán)的取代，游離出的直鏈淀粉有了支鏈淀粉的部分特性，不會(huì)引起彈性的較大改變。輻照時(shí)間加長(zhǎng)后有了更多暴露出的雙親基團(tuán)的加入，淀粉分子與水、淀粉與淀粉之間可以進(jìn)行更好的鍵合，進(jìn)而產(chǎn)生更好的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從原淀粉及其辛烯基琥珀酸淀粉酯微波輻照前后的流變學(xué)曲線及其擬合函數(shù)的指數(shù)可以看出，高輻照能及高濕條件下淀粉流變學(xué)性質(zhì)在4～6min出現(xiàn)較大轉(zhuǎn)變，改性基團(tuán)的暴露也集中于該輻照時(shí)間段。其中原淀粉輻照6min后的黏彈性下降，而辛烯基琥珀酸改性后的淀粉的黏彈性此時(shí)則有較大的提升。

3 結(jié) 論

在高輻照能下，對(duì)淀粉進(jìn)行微波輻照，原淀粉及其改性淀粉在4min時(shí)都已經(jīng)降到目標(biāo)含水量水平，即商用淀粉的水分含量，延長(zhǎng)時(shí)間后干燥效果有所下降，這與此階段的水分較難去除有關(guān)，以上表明高輻照能的微波輻照在淀粉干燥方面有一定的應(yīng)用前景，能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)其干燥。玉米淀粉與其改性淀粉的顆粒形態(tài)差別不大，而微波輻照6min后，它們的顆粒形態(tài)都受到一定程度的破壞，部分顆粒完全破裂。而結(jié)晶性變化甚微，即影響主要處于非定型區(qū)域。流變學(xué)性質(zhì)方面，冪律模量可以很好的擬合原淀粉與辛烯基琥珀酸淀粉酯微波輻照前后的剪切應(yīng)變曲線及儲(chǔ)能模量、耗能模量的頻率掃描曲線。微波輻照后，前4min對(duì)原淀粉及改性淀粉的影響不大，原淀粉的儲(chǔ)能模量先上升后降低，損耗因子變化與之相反，而淀粉的儲(chǔ)能模量及耗能模量有先降低后上升的趨勢(shì)。而輻照6min后，改性淀粉的黏彈性都出現(xiàn)較大的提升，這可能是由于暴露出越來越多的雙親基團(tuán)有利于形成較完整的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)于作為乳化增稠劑廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)的辛烯基琥珀酸淀粉酯有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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Effect of Microwave Radiation on Physico-chemical Properties of Native and Modif i ed Corn Starch

CHEN Peng，HUANG Shuang，LI Shu-yi，HU Chong-lin，XIE Bi-jun，SUN Zhi-da*
(College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

Native corn starch containing 30% moisture and octenyl succinate modif i ed starch were treated by microwave for different periods of time to investigate the effect of microwave radiation on their physico-chemical properties. The moisture content of native starch and modif i ed starch showed a downward trend with increasing microwave radiation time and reached normal levels after 4 min. Partial or even complete rupture on the surface of both starch granules was observed by SEM after microwave radiation. Moreover, their crystallinity basically remained stable before and after microwave radiation. Both starches and their gelatinization products were found to be pseudoplastic non-Newton fl uids. Power law model could well fi t shear force as a function of shear rate. The viscosity of native corn starch decreased, but octenyl succinate modif i ed starch showed a trend to initially increase and then decrease with increasing microwave radiation time. The storage modulus of native corn starch initially increased and then decreased, and the loss modulus exhibited only minor changes, whereas an opposite changing trend to storage modulus was observed for loss factor. Octenyl succinate modif i ed starch revealed only minor changes in viscoelasticity. For octenyl succinate modif i ed starch, microwave radiation for a period of lower than 6 min resulted in only very minor changes in viscoelasticity when compared to control group (not receiving microwave radiation) and a decrease in storage and loss moduli but a signif i cant increase in loss factor when compared to 6 min microwave radiation.

microwave radiation；octenyl succinate modif i ed starch；power law equation；SEM；X-ray；rheological properties

TS235.1

A

1002-6630(2013)01-0121-06

2011-10-30

湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目

陳鵬(1987ü)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué)。E-mail：cepent@163.com

*通信作者：孫智達(dá)(1963ü)，男，教授，博士，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué)。E-mail：sunzhida@mail.hzau.edu.cn