基于1H NMR的大米淀粉與馬鈴薯淀粉水合過程的水狀態(tài)及分布差異研究

高藝書 , 范大明* , 王麗云 , 沈慧杰 , 陳妍方 , 連慧章 ,趙建新 , 張灝 , 陳衛(wèi)

1(江南大學(xué) 食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫，214122)2(無錫華順民生食品有限公司，江蘇 無錫，214218)

基于1H NMR的大米淀粉與馬鈴薯淀粉水合過程的水狀態(tài)及分布差異研究

高藝書1, 范大明1*, 王麗云1, 沈慧杰1, 陳妍方1, 連慧章2,趙建新1, 張灝1, 陳衛(wèi)1

1(江南大學(xué) 食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫，214122)2(無錫華順民生食品有限公司，江蘇 無錫，214218)

淀粉的水合過程顯著影響淀粉食品的品質(zhì)，尤其在中低水分區(qū)域，促進(jìn)了淀粉類食品的多樣性。該文聚焦谷類和薯類淀粉的代表：大米淀粉和馬鈴薯淀粉，利用1H低場核磁共振技術(shù)(LF-NMR)研究水分活度在0.2到1.0的大米淀粉和馬鈴薯淀粉的水分微觀分布和流動情況，并比對差異產(chǎn)生的原因。通過采用反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列IR和利用自由感應(yīng)衰減序列FID和多脈沖回波序列CPMG兩種測試方法，獲得2種淀粉體系的縱向質(zhì)子弛豫(T1)和橫向質(zhì)子弛豫(T2)特征數(shù)據(jù)?？v向弛豫的研究結(jié)果表明，2種水合淀粉的氫質(zhì)子分別處于2種不同的環(huán)境；橫向弛豫的研究結(jié)果表明，水合大米淀粉中存在2個氫質(zhì)子類群，而水合馬鈴薯淀粉則出現(xiàn)2～4個不同的質(zhì)子類群。由于兩者在粒徑和溶脹能力上存在差異，故水合馬鈴薯淀粉較水合大米淀粉表現(xiàn)出更大的質(zhì)子自由度和更多的質(zhì)子量。

大米淀粉；馬鈴薯淀粉；縱向弛豫；橫向弛豫

淀粉是非常重要的植物多糖，可以為半固態(tài)食品提供膠凝性；同時，又可以作為復(fù)雜的碳水化合物來源[1]。多年來，眾多學(xué)者已經(jīng)利用各種顯微技術(shù)和散射技術(shù)(光學(xué)和電子顯微鏡，光、X射線以及中子散射等)對天然淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致研究。然而，針對淀粉顆粒中水分的分布及動態(tài)流動情況的研究則有待深入，因?yàn)榈矸鄣奈锢硖匦院徒Y(jié)構(gòu)特性與水分子的相互作用強(qiáng)烈相關(guān)，水分會顯著影響淀粉在直接加熱、微波、高壓或化學(xué)處理等加工過程中所發(fā)生的反應(yīng)。

核磁共振技術(shù)是研究淀粉顆粒水狀態(tài)的一個主流選擇，BROSIO, CONTI, LINTAS和SYKORA在1978年首次發(fā)表文章，闡述了利用1H 核磁共振技術(shù)以研究淀粉質(zhì)食品中水分含量的可能[2]。根據(jù)分辨率的不同，核磁共振分為低場核磁共振(low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR)及高場核磁共振(high field nuclear magnetic resonance，HF-NMR)。1H LF-NMR主要通過對縱向弛豫時間T1和橫向弛豫時間T2的測量，反應(yīng)出質(zhì)子(1H)的運(yùn)動性質(zhì)[3]?？v向弛豫時間是指受激發(fā)的自旋質(zhì)子與周圍晶格進(jìn)行能量交換后達(dá)到動態(tài)平衡所需的時間。它反映了自旋質(zhì)子與環(huán)境的能量關(guān)系，以及自旋質(zhì)子所處系統(tǒng)的狀態(tài)。橫向弛豫時間是指激發(fā)態(tài)的自旋-自旋質(zhì)子在與周圍質(zhì)子進(jìn)行能量交換后達(dá)到動態(tài)平衡后所需的時間，它能夠剔除周圍磁場不均一性所帶來的影響[4]。目前，盡管已有學(xué)者利用1H LF-NMR技術(shù)研究淀粉顆粒在糊化過程中水分的變化[5]，但研究淀粉水合過程中氫質(zhì)子分布的研究還未見報道。

本研究基于大米淀粉和馬鈴薯淀粉物化特性的差異，利用低場核磁共振技術(shù)(1H LF-NMR)對水合大米淀粉體系和水合馬鈴薯淀粉體系進(jìn)行檢測，對其縱向弛豫和橫向馳豫反演數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在對檢測結(jié)果變化規(guī)律探討的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析其與水分活度的相關(guān)性，明確水分活度與淀粉內(nèi)部水分分布和水分流動狀態(tài)之間的關(guān)系,同時對比種屬不同的2種水合淀粉在水分布上的差異，擴(kuò)大低場核磁共振檢測技術(shù)的適用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米淀粉[水分含量(9.03±0.01)%，蛋白質(zhì)含量(0.46±0.04)%，淀粉含量(97.18±0.45)%，直鏈淀粉含量15.33%，粒徑(7.43±0.45)μm]，江西金農(nóng)生物科技有限公司；馬鈴薯淀粉[水分含量9.11%，蛋白質(zhì)含量(0.23±0.02)%，淀粉含量(94.22±0.23)%，直鏈淀粉含量(13.62±0.31)%，粒徑(38.55±2.48)μm]，法國羅蓋特公司；六水合氯化鎂(分析純)，KCO3(分析純)，NaBr(分析純)，六水合氯化鈷(分析純)，NaCO3(分析純)，NaCl(分析純)，KCl(分析純)，BaCl2(分析純)，KNO3(分析純)，蒸餾水以及白凡士林，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；Parafilm? M封口膜，美國BEMIS公司。

1.2 儀器與設(shè)備

臺式水份活度儀，瑞士羅卓尼克；NMI20型低場核磁共振分析儀，上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 水合大米淀粉體系和水合馬鈴薯淀粉體系的制備[6]

于培養(yǎng)皿(15 mm)中分別稱取一定質(zhì)量的大米淀粉和馬鈴薯淀粉，振動培養(yǎng)皿，使淀粉在培養(yǎng)皿中分布均勻，保持淀粉厚度為3 mm。將盛有大米淀粉和馬鈴薯淀粉的培養(yǎng)皿，依次放置于分別盛有1L由蒸餾水配制的2.1中所述的不同鹽類的飽和溶液的玻璃干燥器內(nèi)。利用白凡士林和封口膜對玻璃干燥器進(jìn)行密封。恒濕2周，直到樣品的水分活度達(dá)到平衡狀態(tài)。

1.3.2 水合淀粉體系水分活度的測定[7-8]

在大米淀粉和馬鈴薯淀粉恒濕的過程中，每隔一天，利用臺式水分活度儀對其水分活度進(jìn)行測定。針對每一個樣品，取樣后平行測定3次，取其平均值，作為該樣品的水分活度值。恒濕約2周時，淀粉樣品的水分活度值達(dá)到平衡狀態(tài)，即相鄰兩次測定所得水分活度平均值不變(±0.003)，恒濕過程結(jié)束，記錄最后1次測定所得的平均值，作為淀粉樣品的水分活度值。

具體的測定方法為：取一定質(zhì)量的淀粉于樣品杯中，振動樣品杯，使得淀粉在樣品杯中分布均勻，保證淀粉覆蓋樣品杯底部，淀粉樣品厚度為5 mm，將盛有淀粉的樣品杯置于臺式水分活度儀的測量艙內(nèi)，將水活性探頭置于測量艙上，測定開始。待顯示屏上水分活度數(shù)值穩(wěn)定，不再波動后，進(jìn)行讀數(shù)。

1.2.31H LF-NMR測定縱向弛豫時間(T1)和橫向弛豫時間(T2)

利用一臺磁場強(qiáng)度為0.52 T和質(zhì)子共振頻率為21.96 MHz的低場核磁共振分析儀測定弛豫時間。平衡的樣品被放置于外徑為15 mm的低場核磁共振管中。管口利用封口膜密封，以防止水分流失。各淀粉樣品分別進(jìn)行15次平行測試，并記錄每個樣品管中樣品的準(zhǔn)確質(zhì)量(g)。利用CONTIN算法對測試結(jié)果進(jìn)行反演[9]，以獲得具有連續(xù)弛豫時間分布的弛豫曲線。T1和T2弛豫時間代表了相應(yīng)質(zhì)子類群中所有質(zhì)子的平均自由度。每一質(zhì)子類群曲線下的峰面積與這一質(zhì)子類群中的氫質(zhì)子數(shù)成正比。

1.3.3.1 T1的測定[5]

使用反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖序列，即IR序列來測定縱向弛豫時間T1。實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如下：反轉(zhuǎn)時間(TI)為600 ms，等待時間(TW)為2 s，每一次測試重復(fù)進(jìn)行16次掃描。

1.3.3.2T2的測定[10]

采用90°單脈沖自由感應(yīng)衰減序列，即FID序列和多脈沖回波序列Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)進(jìn)行橫向弛豫時間T2的采集。在硬脈沖界面調(diào)準(zhǔn)中心頻率(淀粉中氫質(zhì)子的共振頻率)，然后設(shè)置90°和180°脈寬， 90°脈沖時間P90為7.2 μs，180°脈沖時間P180為15.2 μs。對于FID信號，采樣間隔為0.5 ms，采樣點(diǎn)數(shù)為500，累計掃描次數(shù)為128；對于CPMG序列測試，半回波時間τ值=200 μs，采樣點(diǎn)數(shù)TD=4 036，回波數(shù)EchoCount=400，累加掃描次數(shù)NS=128，兩次掃描之間的重復(fù)時間TR=600 ms，模擬增益RG1=20，數(shù)字增益RG2=3。

2 結(jié)果與分析

2.1 水合淀粉體系的水分活度

表1列出了水合大米淀粉體系和水合馬鈴薯淀粉體系的水分活度，由表可知，2種淀粉體系的水分活度是呈現(xiàn)梯度上升的趨勢的。

表1 水合大米淀粉體系和水合馬鈴薯淀粉體系的水分活度

表2 水合大米淀粉體系和水合馬鈴薯淀粉體系的縱向弛豫時間T1及峰面積

注：表格中所有數(shù)據(jù)均是以15個平行數(shù)據(jù)的平均值形式列出的。數(shù)據(jù)右側(cè)標(biāo)有不同字母表示同列組別間具有顯著差異(P≤0.05)。

2.2 縱向弛豫時間(T1)的變化

T1弛豫時間是指受激發(fā)的自旋質(zhì)子與周圍晶格進(jìn)行能量交換后達(dá)到動態(tài)平衡所需的時間。它反映了自旋質(zhì)子與環(huán)境的能量關(guān)系，以及自旋質(zhì)子所處系統(tǒng)的狀態(tài)。T1反演譜表明了特定氫質(zhì)子類群的縱向弛豫時間(T1，i)和其相對含水量(mT1，i)。圖1a，圖1b分別展示了水合大米淀粉體系和水合馬鈴薯淀粉體系的縱向弛豫時間T1隨水分活度的分布變化。2種淀粉體系均表現(xiàn)出2個不同的峰，這表明，每一種水分活度的淀粉樣品中均存在處于2種不同環(huán)境中的氫質(zhì)子。從譜線的變化規(guī)律上看，第一個峰隨著水分活度的不斷增加，明顯逐漸向右移動，即T11逐漸增大；而第二個峰的峰位隨水分活度增加的變化并無明顯規(guī)律。

圖1 水合大米淀粉體系(a)和水合馬鈴薯淀粉體系(b)的縱向弛豫譜圖Fig.1 Longitudinal relaxation of hydrated rice starch system (a) and potato starch system(b)

為了更好的分析2種水合淀粉體系的水分分布與水分活度的關(guān)系，研究將具體的縱向弛豫參數(shù)數(shù)據(jù)提取到表2中。數(shù)據(jù)表2表明，水合大米淀粉體系和水合馬鈴薯淀粉體系的T11分別分布在相對較短的時間區(qū)間，既從2.23 ms變化到5.07 ms，以及從2.30 ms變化到 11.17 ms。這部分的氫質(zhì)子被周圍的淀粉所限制，形成氫鍵，導(dǎo)致其具有較快的自旋-晶格弛豫以及較短的T11。此外，根據(jù)圖1和表1可知，2種水合淀粉體系水分活度的增加，均引起其T11的整體增大。這種現(xiàn)象可以解釋如下，隨著水分活度的不斷增加，由于水的增塑作用，這部分氫質(zhì)子受到的束縛作用逐漸減弱，其自由度逐漸增加。對2種水合淀粉體系的T11結(jié)果進(jìn)行線性回歸擬合，分別得到擬合方程y=4.9123x+0.9158，R2=0.957，以及y=14.361x-2.1877，R2=0.968，表明隨著水分活度的增加，T11逐漸增大，并呈現(xiàn)一定的線性相關(guān)，見圖2。

圖2 水合大米淀粉體系(a)和水合馬鈴薯淀粉體系(b)的T11與水分活度的相關(guān)性Fig.2 Correlation between T11 and water activity of hydrated rice starch system (a) and potato starch system (b)

對比2種水合淀粉體系T11的變化范圍可以發(fā)現(xiàn)，水合馬鈴薯淀粉體系的T11相對較大，如水分活度同為0.5的2種淀粉樣品，馬鈴薯淀粉的T11為6.06 ms，明顯大于大米淀粉的4.01 ms，兩者在T11上的差別，可能是由于粒徑上的差異，由于大米淀粉的粒徑相較于馬鈴薯淀粉較小，形成氫鍵的可能性更高，結(jié)合力更大，對氫質(zhì)子的束縛作用也越強(qiáng)，所以表現(xiàn)出的T11更小。至于T12，顯示在表1的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，水合大米淀粉體系和水合馬鈴薯淀粉體系的T12均在相對較長的時間區(qū)域內(nèi)分布，分別為67.11 ms至78.67 ms，75.65 ms至86.97 ms。這部分氫質(zhì)子受到的束縛作用較小，可能處于淀粉顆粒的外部環(huán)境，同時，這部分氫質(zhì)子的T12并沒有按照水分活度的梯度增加呈現(xiàn)一定的規(guī)律性變化。另外，從氫質(zhì)子的量上來看，對于2種水合淀粉體系而言，mT11和mT12都隨著水分活度的增加，逐漸變大，這一點(diǎn)比較容易理解，原因是隨著水分活度的不斷增加，水合淀粉樣品中的水分含量也在不斷增加，相應(yīng)的檢測到的2種質(zhì)子類群中的氫質(zhì)子也在不斷增加[11]。對比2種淀粉體系的mT11和mT12可以發(fā)現(xiàn)，同一水分活度值時，水合馬鈴薯淀粉的值更大，原因是馬鈴薯淀粉具有更強(qiáng)的溶脹能力，可以吸收更多的水分[11]。

2.3 橫向弛豫時間(T2)的變化

為進(jìn)一步了解水合淀粉體系中氫質(zhì)子的分布和流動狀態(tài)，研究利用FID序列和CPMG序列來測試樣品的T2。T2是指激發(fā)態(tài)的自旋-自旋質(zhì)子在與周圍質(zhì)子進(jìn)行能量交換后達(dá)到動態(tài)平衡后所需的時間，它能夠剔除周圍磁場不均一性所帶來的影響[4]。

表3列出了2種水合淀粉體系的T2以及相應(yīng)質(zhì)子類群的峰面積。觀察表3可以發(fā)現(xiàn)，通過FID序列檢測，2種水合淀粉體系均出現(xiàn)一個質(zhì)子類群，而利用CPMG序列測試所得結(jié)果則有明顯區(qū)別，水合大米淀粉僅出現(xiàn)一個質(zhì)子類群，而水合馬鈴薯淀粉則出現(xiàn)1～3種質(zhì)子類群。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是由于橫向弛豫受擴(kuò)散效應(yīng)的影響，當(dāng)樣品中2個獨(dú)立區(qū)域間的氫質(zhì)子擴(kuò)散交換速率比它們本身的弛豫速率大時，1H NMR則無法分辨開來[12]。這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與TANG等的研究結(jié)果類似[13]，即針對A型淀粉，如大米淀粉，1H NMR由于識別能力有限，只能識別檢測到一個單峰，而針對B型淀粉，如馬鈴薯淀粉，則可以檢測識別到3個峰。原因可能推斷為，大米淀粉由于粒徑相對較小，導(dǎo)致其顆粒內(nèi)部水分化學(xué)交換的速率超過了譜儀可以識別的最低檢測限度，最終使得淀粉顆粒內(nèi)不同區(qū)域內(nèi)氫質(zhì)子間的差異變得模糊。

由于水合馬鈴薯淀粉通過測試出現(xiàn)了更多的氫質(zhì)子類群，故接下來先分析水合馬鈴薯淀粉的水分布及狀態(tài)。水分活度在0.288～0.574的馬鈴薯淀粉，只存在一個窄的FID峰和一個寬的CPMG峰，即質(zhì)子類群A和質(zhì)子類群CD。基于之前學(xué)者針對淀粉模型體系的1H NMR研究結(jié)果，本研究認(rèn)為質(zhì)子類群A中的質(zhì)子是處于淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)或剛性無定型結(jié)構(gòu)中的CH基團(tuán)的氫質(zhì)子，其并不與水分發(fā)生相互作用，因此具有非常小的T2值，約10 μs。類群CD中的質(zhì)子具有相對較高的自由度，T2值約為0.4～2.1 ms，它們是無定形淀粉結(jié)構(gòu)中流動性更強(qiáng)的CH基團(tuán)的氫質(zhì)子，以及處于淀粉顆粒內(nèi)部，可以在淀粉和水之間進(jìn)行化學(xué)交換的OH基團(tuán)的氫質(zhì)子[14]。當(dāng)水分活度增加到0.678時，自由度較低的質(zhì)子類群C，弛豫時間為0.3～0.4 ms，峰面積較小，可認(rèn)為這部分氫質(zhì)子是無定形淀粉中，可以與水發(fā)生相互作用的CH基團(tuán)中的氫質(zhì)子。而自由度較大，弛豫時間為3.9 ms的質(zhì)子類群D則包含了淀粉顆粒內(nèi)部，可以在淀粉與水之間發(fā)生化學(xué)交換的OH基團(tuán)的氫質(zhì)子。質(zhì)子類群D的峰面積較水分活度為0.288～0.574的樣品均更大，這是由于額外增加的水質(zhì)子的影響。當(dāng)水分活度繼續(xù)增大時，質(zhì)子類群A的峰面積繼續(xù)下降，同時出現(xiàn)了弛豫時間更大的質(zhì)子類群E，T2值約為9～19 ms，其包含處于淀粉顆粒外部的水OH基團(tuán)的氫質(zhì)子，可以在淀粉顆粒的外表面與淀粉OH基團(tuán)發(fā)生化學(xué)交換。因此，類群E代表了一個獨(dú)立且更自由的淀粉顆粒外部空間[14]。當(dāng)水分活度達(dá)到一定值時，淀粉顆粒表面可以起到結(jié)構(gòu)屏障的作用，阻礙顆粒內(nèi)外環(huán)境間的擴(kuò)散[13]。質(zhì)子類群E被區(qū)分出來，表明只有在一定的水分活度時，質(zhì)子類群間的平均自由度差異才足夠大，以至于可以被儀器檢測出來。

對于水合大米淀粉體系而言，所有水分活度的樣品，與水分活度處于0.291～0.591的水合馬鈴薯淀粉樣品類似，全部都僅存在質(zhì)子類群A和質(zhì)子類群CD。質(zhì)子類群A中的質(zhì)子是處于淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)或剛性無定型結(jié)構(gòu)中的CH基團(tuán)中的氫質(zhì)子。而類群CD的情況比較復(fù)雜，其弛豫時間的變化范圍較大，約為0.2～3.3 ms，這部分氫質(zhì)子可分為3種類型，即無定形淀粉結(jié)構(gòu)中CH基團(tuán)中的氫質(zhì)子；處于淀粉顆粒內(nèi)部，可以在淀粉和水之間進(jìn)行化學(xué)交換的OH基團(tuán)中的氫質(zhì)子；以及處于淀粉顆粒外部的水OH基團(tuán)中的氫質(zhì)子。

總的來看2種水合淀粉體系，隨著水分活度的不斷增加，質(zhì)子類群A的橫向弛豫時間逐漸增大，且對應(yīng)的峰面積逐漸減小。最有可能的原因是，部分無定形區(qū)域中剛性的CH基團(tuán)的氫質(zhì)子受到水分增塑作用的影響，導(dǎo)致自由度增加，成為質(zhì)子類群CD的一部分。而大米淀粉由于自身粒徑較小，結(jié)構(gòu)較致密的影響，并沒有像馬鈴薯淀粉一樣，在檢測中出現(xiàn)不同質(zhì)子類群分離的現(xiàn)象，這種變化僅體現(xiàn)在類群CD的弛豫時間不斷增加上。質(zhì)子類群CD的范圍較寬，包含有淀粉顆粒內(nèi)部的氫質(zhì)子，針對水合馬鈴薯淀粉樣品，其弛豫時間覆蓋了水分活度較高的樣品的質(zhì)子類群D，當(dāng)水分活度增大時，盡管質(zhì)子類群D中的氫質(zhì)子仍處于淀粉顆粒內(nèi)部，但是其分辨率卻提高了，可以被儀器識別出來。水合馬鈴薯淀粉的質(zhì)子類群CD，D的峰面積與T2值均比相應(yīng)水分活度的水合大米淀粉的質(zhì)子類群CD大，原因可能是兩者存在溶脹能力和平均粒徑方面的差異，馬鈴薯淀粉溶脹能力較強(qiáng)，可以吸收更多的水分，同時，相對更大的粒徑使其具有更大的顆粒內(nèi)環(huán)境，進(jìn)而使得其峰面積和質(zhì)子自由度均較大。

表3 水合大米淀粉和水合馬鈴薯淀粉橫向弛豫時間T2和峰面積

注：FID序列測試獲得質(zhì)子類群A，CPMG序列測試獲得質(zhì)子類群C,CD,E；表格中所有數(shù)據(jù)均是15個平行數(shù)據(jù)的平均值。數(shù)據(jù)右側(cè)標(biāo)有不同字母表示同列組別間具有顯著差異(P≤0.05)。RS代表大米淀粉，PS代表馬鈴薯淀粉，RS/PS-X代表不同水分活度的大米淀粉或馬鈴薯淀粉樣品。

3 結(jié)論

1H低場核磁共振技術(shù)可以很好地用來研究水合大米淀粉和馬鈴薯淀粉的水分分布及流動性。2種水合淀粉在氫質(zhì)子分布上存在一定的差異，即水合大米淀粉的氫質(zhì)子較水合馬鈴薯淀粉在自由度上受水分活度的影響較小，僅出現(xiàn)2個質(zhì)子類群，原因可能是兩者在平均粒徑和溶脹能力上存在顯著差異。

由于大米淀粉和馬鈴薯淀粉在食品加工領(lǐng)域具有一定的相關(guān)性[15-17]，故接下來的研究，可以以本文的結(jié)論為依據(jù)和參考，進(jìn)一步利用核磁共振技術(shù)，探討谷類淀粉與薯類淀粉在不同的加工處理過程中結(jié)構(gòu)與功能上的聯(lián)系，例如，研究2種淀粉在微波加熱處理后與糊化特性相關(guān)的氫質(zhì)子分布上的變化。

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1H NMR study on the difference in water status and distribution between rice starch and potato starch during hydration process

GAO Yi-shu1, FAN Da-ming1 *, WANG Li-yun1, SHEN Hui-jie1,CHEN Yan-fang1, LIAN Hui-zhang2, ZHAO Jian-xin1, ZHANG Hao1, CHEN Wei1

1(State Key Laboratory of Food Science and Technology, School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China) 2(Wuxi Huashun Minsheng Food Co. Ltd., Wuxi 214218, China)

The hydration process of starch significantly affected the quality of food, especially in the area with middle and low water content, which provide the diversity of starch food. In this paper, rice starch and potato starch, the representative starch from grain were chosen as the subjects. The proton distributions of hydrated rice starch and potato starch with water activity from 0.2 to 1.0, were investigated by1H LF-NMR to find differences. The longitudinal and transverse proton relaxation (T1andT2) of the two starch systems was obtained by using the inversion recovery sequence IR, and the free induction decay sequence FID and the multi-pulse echo sequence CPMG. The results showed that, through the detection of longitudinal relaxation, 2 different populations were found in the two hydrated starch systems. Through the detection of transverse relaxation, 2 populations were distinguished in the hydrated rice starches, while 2-4 different populations were detected in the hydrated potato starches. Due to the difference in particle size and swelling capacity, hydrated potato starches showed greater proton freedom and more proton quantity than hydrated rice starches.

rice starch; potato starch; longitudinal relaxation；transverse relaxation

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201705016

碩士研究生(范大明副教授為通訊作者，E-mail：fandm@jiangnan.edu.cn)。

國家自然科學(xué)基金(31301504, 31571879)；十二五國家科技支撐項(xiàng)目(2014BAD04B03)；高等教育研究基金博士項(xiàng)目(20130093120011)

2016-09-26，改回日期：2016-10-08