淀粉顆粒形貌表征研究進(jìn)展

閆溢哲,周亞萍,劉華玲,史苗苗,劉延奇,*

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院,河南鄭州 450002; 2.食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心,河南鄭州 450002)

淀粉存在于多種植物中,主要貯存于植物的根、莖、種子和果實(shí)等,是自然界中存在最豐富的碳水化合物之一。淀粉是所有碳水化合物中唯一以顆粒形式存在的,顆粒結(jié)構(gòu)緊密、形態(tài)多樣。淀粉的顆粒尺寸一般在0.1～200 μm之間,形狀大致可以分為圓形、橢圓形、腎形和多角形等[1-3]，而且淀粉顆粒并不是簡(jiǎn)單存在。研究表明幾乎所有的淀粉顆粒都具有孔隙結(jié)構(gòu),稱為淀粉的“臍”,這個(gè)發(fā)現(xiàn)使得研究者對(duì)淀粉顆粒的認(rèn)知有了進(jìn)一步提高,也促使大家在淀粉結(jié)構(gòu)研究方面進(jìn)行更深入的探索[4-5]。

研究表明淀粉顆粒形貌對(duì)淀粉性能有一定的影響,因此顆粒形貌一直是淀粉研究領(lǐng)域必不可少的分析指標(biāo)。隨著檢測(cè)技術(shù)的不斷改進(jìn),我們對(duì)淀粉顆粒形貌的研究水平也不斷提高[6]。如掃描電子顯微鏡用于觀察淀粉的顆粒外貌;透射電子顯微鏡是用來(lái)觀察淀粉顆粒超微結(jié)構(gòu);偏振光顯微鏡可用于觀察淀粉顆粒外貌以及確定淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化;激光共聚焦顯微鏡用來(lái)測(cè)定淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu);原子力顯微鏡更加精細(xì),用于觀察淀粉顆粒的納米結(jié)構(gòu)等。本文針對(duì)運(yùn)用掃描電子顯微鏡(Scanning Electrical Microscope,簡(jiǎn)稱SEM)、透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,簡(jiǎn)稱TEM)、偏光顯微鏡(Polarizing Microscope,簡(jiǎn)稱PLM)、激光共聚焦顯微鏡(Confocal Laser Scanning Microscopy,簡(jiǎn)稱CLSM)和原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,簡(jiǎn)稱AFM)這五種檢測(cè)設(shè)備對(duì)淀粉顆粒形貌的表征方法進(jìn)行相應(yīng)概述。

1 淀粉顆粒形貌的表征方法

1.1 掃描電子顯微鏡(SEM)法

SEM是用來(lái)觀察物體表面的一種高倍顯微鏡,主要是根據(jù)電子與物質(zhì)之間的相互作用,利用二次電子信號(hào)微觀成像來(lái)觀察樣品表面形態(tài)。SEM是一種細(xì)胞生物學(xué)研究工具,也被廣泛用于材料學(xué)、食品藥品、紡織纖維等諸多領(lǐng)域[7]。在淀粉研究領(lǐng)域,SEM是研究淀粉顆粒形貌的主要方法,使用SEM能夠很好的觀察到淀粉的表面形貌。樣品檢測(cè)前無(wú)需進(jìn)行預(yù)處理,直接取微量樣品粉末粘附于雙面導(dǎo)電膠或者取微量樣品懸浮液滴于鋁箔片上固定樣品,然后置于離子濺射儀中進(jìn)行噴金,給樣品鍍上一層導(dǎo)電薄膜,避免二次電子在樣品表面累積而降低圖像質(zhì)量。

在淀粉研究領(lǐng)域,SEM被廣泛應(yīng)用。王紹清等[8]運(yùn)用SEM觀察比較多種淀粉的顆粒形貌，結(jié)果表明,淀粉植物來(lái)源不同,顆粒大小和形貌也會(huì)相異，如圖1所示,淀粉顆粒形態(tài)有球形、橢球形、腎形和多面體形等;顆粒大小從幾微米到100 μm;顆粒結(jié)構(gòu)有單粒、有復(fù)粒得出淀粉顆粒與淀粉來(lái)源在形貌上具有相似性,例如馬鈴薯淀粉顆粒形狀像馬鈴薯,呈現(xiàn)橢球型;豆類淀粉顆粒呈現(xiàn)腎型,與豆類外貌相似;相近科屬之間淀粉顆粒形貌也相似,如大米、糯米和紫米等米類淀粉顆粒均呈多面體型;部分淀粉顆粒在超微形貌上具有獨(dú)特性,如棒形的蓮藕淀粉、鐵餅形的A 型小麥淀粉等。對(duì)淀粉超微形貌的觀察,可以進(jìn)行淀粉種類鑒定。劉延奇等[9-11]在研究A、B型淀粉球晶的制備時(shí),運(yùn)用SEM觀察微晶淀粉形貌，發(fā)現(xiàn)B-型微晶的顆粒大小均一且顆粒之間多黏連;A-型微晶表面有凹陷和沉積,如圖2所示，得出B-型微晶的黏連可能由于解凍導(dǎo)致淀粉表面的結(jié)晶區(qū)存在部分晶體融化,使鄰近晶體之間融合粘結(jié);而A-型微晶的形貌可能是由于高濃度導(dǎo)致懸浮液中的部分淀粉鏈在晶體表面發(fā)生沉積。后期劉延奇等[12]研究使用B-型微晶與正癸醇復(fù)合得V-型微晶淀粉。SEM下發(fā)現(xiàn)V-型顆粒形貌是圓餅狀,類似于血紅細(xì)胞,并且V-型淀粉顆粒表面更粗糙,研究結(jié)果表明復(fù)合過(guò)程中淀粉顆粒形狀和大小均發(fā)生變化,如圖2。

圖1 SEM不同倍數(shù)下淀粉的顆粒形貌Fig.1 The morphology of starch granules in different multiples of SEM[8].注:A1,A2為高粱;B1,B2為馬鈴薯;C1,C2為綠豆,D1,D2為玉米;1和2分別為放大倍數(shù)×1000和×5000。

圖2 A,B和V-型微晶淀粉的SEM圖像Fig.2 SEM images of A,B and V-type microcrystalline starch

Thirumdas等[13]在研究低溫等離子體處理對(duì)印度香米理化特性影響時(shí),通過(guò)SEM來(lái)觀察等離子體處理前后淀粉顆粒表面變化，表明等離子體處理后,淀粉顆粒表面呈現(xiàn)均勻的凹凸,這種效應(yīng)稱為“表面蝕刻”。并且,隨著處理功率和時(shí)間的增加蝕刻顯著增加。這種蝕刻作用導(dǎo)致印度香米在烹飪時(shí)吸水性增加,有效降低烹飪時(shí)間。Sarangapani等[14]也通過(guò)低壓等離子體處理來(lái)改變大米的烹飪特性。結(jié)果和Thirumdas等的類似,等離子體處理能夠有效地減少谷物烹飪時(shí)間,但在烹飪過(guò)程中,大米吸水率和損失也會(huì)有所增加。

在淀粉顆粒形貌表征方面,SEM是最常用的手段。其測(cè)試簡(jiǎn)單、易于操作,能夠檢測(cè)淀粉顆粒大小尺寸,清晰地觀察淀粉顆粒的表面情況,對(duì)于淀粉的研究必不可少。

1.2 透射電子顯微鏡(TEM)法

TEM是一種用來(lái)觀察物體亞顯微或超微結(jié)構(gòu)的電子光學(xué)儀器。TEM的成像原理與光學(xué)顯微鏡基本一致,但TEM是以波長(zhǎng)極短的電子束作為燈源,利用電磁透鏡聚焦成像,來(lái)展示物體表面或內(nèi)部特征[15-16]。TEM最大的特點(diǎn)是高分辨率和放大倍率,但由于在檢測(cè)時(shí)電子易發(fā)生散射,穿透力極低,因此樣品的密度、厚度等都會(huì)影響成像質(zhì)量,這就要求被測(cè)樣品足夠薄。樣品的存在狀態(tài)不同,前處理不同,固體樣品需超微切片;粉末樣品需制膜;有的樣品在觀察前還需要染色[17]。TEM主要用于材料學(xué)和生物學(xué),在研究淀粉時(shí)也常使用TEM來(lái)檢測(cè)淀粉顆粒、淀粉糊以及淀粉衍生物的外貌結(jié)構(gòu),對(duì)于淀粉顆粒形態(tài)的分析具有重要作用。

Monika和Jerzy在研究天然和水解淀粉顆粒的孔隙特征時(shí),用TEM觀察玉米、小麥、大米和馬鈴薯淀粉水解時(shí)的顆粒內(nèi)部變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明酶的作用使孔面積增加,活性酶能夠通過(guò)孔隙進(jìn)入顆粒內(nèi)部,由內(nèi)而外進(jìn)行水解。孔通道主要是無(wú)定形區(qū),所以酶首先水解淀粉無(wú)定型區(qū)。且與玉米、小麥和大米淀粉相比,馬鈴薯淀粉顆粒結(jié)構(gòu)更緊密,耐酶性更強(qiáng)。Monika 和Jerzy在2013年研究超聲波處理淀粉時(shí),運(yùn)用TEM觀察淀粉在水和乙醇介質(zhì)中以20 KHz、70 W,在20 ℃下超聲處理30 min后顆粒形貌的變化。TEM結(jié)果顯示超聲處理導(dǎo)致淀粉顆粒表面裂紋和凹陷(如圖3);從TEM圖中可以明顯看到在超聲處理后淀粉顆粒內(nèi)部的空腔似乎更大。實(shí)驗(yàn)還得出與乙醇相比,以水為介質(zhì)的超聲處理對(duì)淀粉形貌影響更大[18-19]。

圖3 天然和改性淀粉顆粒的TEM顯微照片F(xiàn)ig.3 TEM micrographs of native and modified starch granules注:A,B,C和D分別為天然的玉米,水稻,小麥和馬鈴薯淀粉顆粒;1和2分別以水和無(wú)水乙醇作為介質(zhì)。

姜?dú)q歲等[20]在研究短直鏈淀粉納米顆粒時(shí),用TEM觀察酶解不同時(shí)間得到的蠟質(zhì)玉米淀粉納米顆粒形貌。結(jié)果表明,隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng),淀粉的顆粒形態(tài)變的不規(guī)則,有的難形成顆粒，這可能由于長(zhǎng)時(shí)間酶解形成聚合度不同的短直鏈淀粉,而聚合度偏大的淀粉發(fā)生重結(jié)晶導(dǎo)致的。

相比SEM檢測(cè)法而言,通過(guò)TEM可以獲得淀粉內(nèi)部清晰圖像,研究淀粉改性處理時(shí)淀粉的內(nèi)部變化,這對(duì)于進(jìn)一步了解復(fù)雜的淀粉顆粒聚集態(tài)結(jié)構(gòu)具有十分重要的意義。

1.3 偏光顯微鏡(PLM)法

PLM是用來(lái)檢測(cè)物質(zhì)的各向異性和雙折射性的顯微設(shè)備。PLM是在光學(xué)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)中插入了起偏振鏡和檢偏振器,以單波長(zhǎng)光線為光源,檢測(cè)生物體內(nèi)某些有序結(jié)構(gòu)及其折射光學(xué)性質(zhì)[21]。凡具有雙折射性質(zhì)的物質(zhì),在偏光顯微鏡下都能分辨清楚。淀粉具有一定的雙折射性質(zhì),因此,PLM可用于淀粉表征,在PLM下淀粉顆粒內(nèi)部晶體和非晶結(jié)構(gòu)的密度和折射率差異即各向異性產(chǎn)生極化交叉,出現(xiàn)偏光十字。

杜雙奎等[22-23]在研究蕨根淀粉顆粒形貌及其特性時(shí),用PLM觀察蕨根、紅薯和馬鈴薯淀粉顆粒,根據(jù)淀粉樣品不同,偏光十字位置、形狀和亮暗程度會(huì)有很大差別,進(jìn)而可以有效的鑒定和檢測(cè)淀粉樣品，結(jié)果表明紅薯淀粉顆粒偏光十字位于中央,而蕨根和馬鈴薯淀粉顆粒的偏光十字位于粒端。作者在2011年還研究了山藥淀粉,在PLM下發(fā)現(xiàn)山藥淀粉顆粒偏光十字處于顆粒一邊。

淀粉顆粒偏光十字的變化可定性表征顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)改變,只要淀粉顆粒內(nèi)部淀粉分子鏈有序排列的結(jié)晶結(jié)構(gòu)遭到破壞,偏光十字就會(huì)消失[24]。劉佳男等[25]在研究微波改性白高粱淀粉時(shí),用PLM觀察淀粉。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在900 W下微波間歇作用80 s預(yù)熟化處理后白高粱淀粉顆粒偏光十字模糊甚至消失、部分顆粒膨脹,這表明微波破壞了淀粉分子內(nèi)部有序結(jié)晶結(jié)構(gòu)。李永平[26]在研究多孔淀粉顆?？涨唤Y(jié)構(gòu)及其晶體結(jié)構(gòu)時(shí),運(yùn)用0.5%的α-淀粉酶和糖化酶復(fù)合酶解玉米和馬鈴薯淀粉,使用PLM觀察淀粉顆粒球晶結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,在一定酶解時(shí)間下的淀粉顆粒表面粗糙,但仍然具有很好的偏光十字,因此適當(dāng)酶解并不會(huì)破壞淀粉顆粒的球晶結(jié)構(gòu),顆粒仍具有一定強(qiáng)度,繼而得到理想的多孔淀粉。Zhu等[21]在研究超聲處理對(duì)馬鈴薯淀粉超分子結(jié)構(gòu)的改變時(shí),在PLM下發(fā)現(xiàn)處理后淀粉顆粒的極化交叉保持不變(如圖4所示),也就是說(shuō)在該實(shí)驗(yàn)中超聲處理對(duì)淀粉顆粒的晶型結(jié)構(gòu)無(wú)影響。Zhang等[27]在研究輝光放電等離子體對(duì)淀粉多尺度結(jié)構(gòu)和功能特性的影響時(shí),也運(yùn)用了PLM觀察發(fā)現(xiàn),隨著等離子體處理時(shí)間的增加,馬鈴薯淀粉表面出現(xiàn)明顯的蝕刻現(xiàn)象,這與Thirumdas等[13]的研究結(jié)果類似。

圖4 天然和超聲處理的淀粉在偏振光下的顯微鏡圖像Fig.4 Microscope images of native and ultrasonic treated starches under polarized light注:A0,天然馬鈴薯淀粉;A1,A2和A3,處理功率分別60,105和155 W。

因此,PLM不僅可以用來(lái)表征淀粉,也可以用來(lái)鑒定淀粉和檢測(cè)淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

1.4 激光共聚焦顯微鏡(CLSM)法

CLSM是一種采用激光、電子攝像等高科技手段,根據(jù)共軛聚焦原理成像的先進(jìn)分子生物學(xué)分析儀器[28-29]。CLSM已廣泛用于形態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)、食品科學(xué)等領(lǐng)域。近年來(lái)CLSM在淀粉研究領(lǐng)域常被用來(lái)測(cè)定淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)和特性,以及變性淀粉和淀粉材料的性能。CLSM檢測(cè)需要對(duì)樣品進(jìn)行染色和切片處理,然后進(jìn)行多層面掃描來(lái)獲得樣品內(nèi)部圖像。根據(jù)染色劑與淀粉還原基末端反應(yīng)呈熒光來(lái)測(cè)定淀粉,在相同分子量條件下,直鏈淀粉含有的還原末端高于支鏈淀粉[30-31]。與傳統(tǒng)顯微鏡相比,CLSM分辨率更高、放大倍率更大、更加靈敏。

Hong等[32]在2016年研究改性劑滲透時(shí)間對(duì)淀粉性能的影響時(shí),用CLSM來(lái)表征變性玉米和小麥淀粉顆粒形貌。結(jié)果顯示,淀粉顆粒外表面的反應(yīng)帶隨著試劑滲透時(shí)間的增加而變寬,進(jìn)而作者可以通過(guò)控制試劑滲透時(shí)間來(lái)有效地控制淀粉改性。同年Bie等[33]研究等離子體處理對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)和流變性影響時(shí),用CLSM觀察不同處理時(shí)間下的玉米淀粉。結(jié)果表明,隨著處理時(shí)間的增加,顆粒的整體亮度增加,且玉米淀粉獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)變的更明顯(如圖5)。因此,等離子體處理不僅影響淀粉顆粒表面,而且還可以通過(guò)孔結(jié)構(gòu)滲透到顆粒內(nèi)部,導(dǎo)致淀粉分子還原末端的增加,熒光更強(qiáng)。

圖5 等離子體處理不同時(shí)間后玉米淀粉顆粒的CLSM圖像[33]Fig.5 CLSM images of corn starch granules at different times after plasma treatment[33]注:A0,天然玉米淀粉;A1,A2和A3,處理時(shí)間分別為1,5和10 min。

陳佩等[34]在研究糯小麥淀粉特性時(shí),在CLSM下對(duì)比普通小麥和糯小麥淀粉,根據(jù)淀粉顆粒熒光強(qiáng)弱來(lái)檢測(cè)顆粒中直鏈淀粉分布。結(jié)果表明,兩種小麥淀粉顆粒的中心部位熒光較強(qiáng),也就是說(shuō)直鏈淀粉更多的存在于顆粒中心。整體來(lái)說(shuō),小麥淀粉的熒光強(qiáng)于糯小麥淀粉,其顆粒內(nèi)部直鏈淀粉含量更高。李貴蕭等[35]在研究高壓均質(zhì)對(duì)綠豆淀粉的影響時(shí),在均質(zhì)不同次數(shù)下運(yùn)用CLSM觀察淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)。隨著均質(zhì)次數(shù)增加,淀粉顆粒內(nèi)部的熒光逐漸減弱,根據(jù)減弱的區(qū)域作者發(fā)現(xiàn)高壓均質(zhì)首先破壞顆粒內(nèi)部的無(wú)定型結(jié)構(gòu)。

CLSM是用來(lái)表征淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要方法之一,它綜合了普通顯微鏡和熒光顯微鏡的功能,使一些物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以熒光強(qiáng)弱的方式展現(xiàn)出來(lái),為研究者對(duì)淀粉顆粒內(nèi)部的了解提供更多可能。

1.5 原子力顯微鏡(AFM)法

AFM是一種研究物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它主要通過(guò)檢測(cè)樣品表面和力敏感元件之間的微觀力來(lái)獲得納米級(jí)分辨率的物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)信息及表面粗糙度信息。AFM的應(yīng)用范圍十分廣泛,適用于生物、高分子、金屬等的納米結(jié)構(gòu)觀測(cè),以及微球顆粒形狀、尺寸及粒徑分布的觀測(cè)等[36]。在淀粉研究領(lǐng)域,AFM可用來(lái)表征淀粉顆粒表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu),研究淀粉分子鏈結(jié)構(gòu),使得人們對(duì)淀粉的了解更進(jìn)一步[37]。

Baker等[38]利用接觸式AFM觀察淀粉顆粒內(nèi)部的納米結(jié)構(gòu),結(jié)果發(fā)現(xiàn)玉米淀粉顆粒存在放射狀結(jié)構(gòu),臍心周邊環(huán)繞著400～500 nm的生長(zhǎng)環(huán),有些顆粒臍心完全暴露,臍心出現(xiàn)不同深度空洞。這使研究者對(duì)玉米淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)有了進(jìn)一步了解。Ridout等[39]用AFM觀察玉米和馬鈴薯淀粉的內(nèi)部結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)較明顯,在圖像中表現(xiàn)為較亮區(qū)域。結(jié)果表明,淀粉內(nèi)無(wú)定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)的AFM圖像呈亮暗交替排列,繼而呈現(xiàn)了淀粉顆粒內(nèi)結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)的排列方式。Neethirajan等[40]用AFM對(duì)硬粒小麥淀粉顆粒表面形態(tài)進(jìn)行表征,如圖6展示了AFM下小麥淀粉的顆粒形貌以及淀粉的生長(zhǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與非硬質(zhì)顆粒相比,硬質(zhì)小麥淀粉顆粒的尺寸更小;觀察淀粉顆粒生長(zhǎng)環(huán)表明,與硬質(zhì)淀粉相比,非硬質(zhì)顆粒內(nèi)支鏈淀粉含量更高。

圖6 小麥淀粉顆粒的AFM圖像Fig.6 AFM images of wheat starch granules注:1和2分別是小麥顆粒形貌和生長(zhǎng)環(huán)結(jié)構(gòu)形貌。

孫平等[41]以乙醇為介質(zhì)堿法催化法對(duì)淀粉進(jìn)行改性處理,制備冷水可溶性淀粉,用AFM對(duì)原玉米和冷溶玉米淀粉顆粒的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描觀測(cè)。研究結(jié)果表明,與原淀粉相比,變性淀粉顆粒表面突起更尖銳。孫平認(rèn)為這可能是由于在改性處理中,強(qiáng)堿性作用破壞了微晶束的簇狀結(jié)構(gòu),使微晶束失去了氫鍵間的結(jié)合力,導(dǎo)致淀粉分子間不規(guī)則排列,從而使顆粒表面粗糙。與前4種測(cè)定方法相比,AFM的分辨明顯更高,成為淀粉研究領(lǐng)域的一種新納米工具,使淀粉的結(jié)構(gòu)分析達(dá)到分子水平,進(jìn)而使人們對(duì)淀粉顆粒結(jié)構(gòu)有了更直觀認(rèn)識(shí)。

2 五種表征方法對(duì)比

淀粉顆粒形貌表征的五種方法中(表1),SEM是最常用的一種方法,樣品無(wú)需預(yù)處理,其放大倍數(shù)大、視野寬廣、成像立體,可直接觀察到樣品表面凹凸不平的細(xì)微結(jié)構(gòu),且成本低;TEM涂覆樣品必須薄,對(duì)真空要求高,常用于物質(zhì)超微結(jié)構(gòu)分析,分辨率比SEM更高,但是樣品預(yù)處理復(fù)雜,檢測(cè)成本高;PLM樣品處理簡(jiǎn)單,可直接觀察到淀粉顆粒形貌,還可以根據(jù)淀粉顆粒偏光十字和熒光來(lái)判斷淀粉顆粒結(jié)晶特性;CLSM可以對(duì)樣品進(jìn)行斷層掃描成像,無(wú)損傷觀察和分析樣品內(nèi)部三維空間結(jié)構(gòu),但樣品預(yù)處理步驟繁多,檢測(cè)費(fèi)用極高;AFM可用來(lái)觀察淀粉顆粒表面納米級(jí)分辨率以及顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分子鏈結(jié)構(gòu),其工作環(huán)境要求低,但樣品制備難度大,檢測(cè)費(fèi)用高。

表1 淀粉顆粒形貌5種表征方法對(duì)比Table 1 Comparsion among five determination methods for morphology of starch granules

3 結(jié)論與展望

SEM、TEM、PLM、CLSM和AFM可分別用于表征淀粉顆粒外貌、超微結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及納米結(jié)構(gòu)。這幾種方法都可以用來(lái)觀察淀粉的外部形貌、立體分布、顆粒堆積等,做為一種輔助工具來(lái)研究淀粉改性處理前后的性能變化。由于淀粉顆粒形態(tài)多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對(duì)其深入研究需要多種設(shè)備輔助,研究人員可以根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)要求來(lái)選擇合適的檢測(cè)方法。

綜上所述,在研究淀粉形貌時(shí),其表征方法和設(shè)備的選擇十分重要,具有極大的研究?jī)r(jià)值。但是受現(xiàn)階段儀器設(shè)備及其檢測(cè)方法所限,我們對(duì)淀粉顆粒形貌的研究精細(xì)度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為了滿足淀粉結(jié)構(gòu)精細(xì)度研究要求,開發(fā)更先進(jìn)的儀器設(shè)備,發(fā)展更快速更精密的檢測(cè)方法,是將來(lái)該領(lǐng)域的發(fā)展方向。例如,2017年的諾貝爾獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了冷凍電鏡研究者理查德·亨德森等人,他們開發(fā)的冷凍電鏡,能在低溫條件下,更好地確保光束的強(qiáng)度以及被測(cè)樣品的原生態(tài)。這些新技術(shù)的應(yīng)用將提高淀粉工業(yè)的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,具有廣闊的前景。

[1]Wang S,Sun Y,Wang J,et al. Molecular disassembly of rice and lotus starches during thermal processing and its effect on starch digestibility[J]. Food & Function,2016,7(2):1188-1195.

[2]Chan W,Tang C H,Xiong F,et al. Granular size of potato starch affects structural properties,octenylsuccinic anhydride modification and flowability[J]. Food Chemistry,2016,212:453-459.

[3]Fujita N. Starch[J]. Encyclopedia of Applied Plant Sciences,2017(2):106-111.

[4]Huber KC,Bemiller J N.Channels of maize and sorghum starch granules[J]. Carbohydrate Polymers,2000,41:269-276.

[5]Student P M B P. Holes in starch granules:Confocal,SEM and light microscopy studies of starch granule structure[J]. Starch-St?rke,2010,46(9):341-346.

[6]黃峻榕,付良紳. 淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的研究方法[J]. 食品與機(jī)械,2010,26(6):5-9.

[7]張慧蓉,于巧麗,田鵬,等. 環(huán)境掃描電子顯微鏡的工作原理和操作維護(hù)[J]. 分析儀器,2015,5:77-80.

[8]王紹清,王琳琳,范文浩,等. 掃描電鏡法分析常見可食用淀粉顆粒的超微形貌[J]. 食品科學(xué),2011,32(15):74-79.

[9]劉延奇,于九皋,孫秀萍. A-型淀粉球晶的制備及表征[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2004,19(1):31-34.

[10]劉延奇,于九皋,孫秀萍. B-型淀粉球晶的制備及表征[J]. 精細(xì)化工,2004,21(2):137-140.

[11]閆溢哲,史苗苗,劉延奇,等. 短直鏈淀粉-正辛醇復(fù)合物的制備及結(jié)構(gòu)表征[J]. 食品科技,2016,41(6):274-279.

[12]劉延奇,牛斌,閆溢哲,等. 直鏈淀粉-正癸醇復(fù)合物的制備及表征[J]. 食品科技,2015,40(12):232-236.

[13]Thirumdas R,Deshmukh R R,Annapure U S. Effect of low temperature plasma processing on physicochemical properties and cooking quality of basmati rice[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2015,31:83-90.

[14]Sarangapani C,Devi Y,Thirundas R,et al. Effect of low-pressure plasma on physico-chemical properties of parboiled rice[J]. LWT-Food Science and Technology,2015,63(1):452-460.

[15]賈志宏,丁立鵬,陳厚文. 高分辨掃描透射電子顯微鏡原理及其應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù),2015,44(7):446-452.

[16]Ruska E. Past and present attempts to attain the resolution limit of the transmission electron microscope[J]. Advances in Imaging & Electron Physics,2017,200:1-59.

[17]陳祥禎,韓大年,姚駿恩. 透射電子顯微鏡測(cè)試規(guī)范[J].電子顯微學(xué)報(bào),1986(1)1:80-84.

[18]Sujka M,Jamroz J. Characteristics of pores in native and hydrolyzed starch granules[J]. Starch-St?rke,2010,62(5):229-235.

[19]Sujka M,Jamroz J. Ultrasound-treated starch:SEM and TEM imaging,and functional behaviour[J]. Food Hydrocolloids,2013,31(2):413-419.

[20]姜?dú)q歲,楊潔,常然然,等. 短直鏈淀粉納米顆粒的制備及其表征[J]. 現(xiàn)代食品科技,2016,32(9):254-259.

[21]Zhu J,Li L,Chen L,et al. Study on supramolecular structural changes of ultrasonic treated potato starch granules[J]. Food Hydrocolloids,2012,29(1):116-122.

[22]杜雙奎,趙佳,周麗卿,等. 蕨根淀粉顆粒形貌與糊化黏度特性[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2011,37(1):69-72.

[23]杜雙奎,周麗卿,于修燭,等. 山藥淀粉加工特性研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2011,26(3):34-40.

[24]Atrous H,Benbettaieb N,Hosni F,et al. Effect ofγ-radiation on free radicals formation,structural changes and functional properties of wheat starch[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2015,80:64-76.

[25]劉佳男,于雷,王婷,等. 微波處理對(duì)白高粱淀粉理化特性的影響[J]. 食品科學(xué),2017,38(5):186-190.

[26]李永平. 多孔淀粉顆?？涨唤Y(jié)構(gòu)及其晶體結(jié)構(gòu)的研究[J]. 糧食加工,2016,41(4):44-48.

[27]Zhang B,Chen L,Li X,et al. Understanding the multi-scale structure and functional properties of starch modulated by glow-plasma:A structure-functionality relationship[J]. Food Hydrocolloids,2015,50:228-236.

[28]Borén M,Glaring M A,Ghebremedhin H,et al. Molecular and physicochemical characterization of the high-amylose barley mutant Amo1[J]. Journal of Cereal Science,2008,47(1):79-89.

[29]Blennow A,Hansen M,Schulz A,et al. The molecular deposition of transgenically modified starch in the starch granule as imaged by functional microscopy[J]. Journal of Structural Biology,2003,143(3):229-241.

[30]韓卓,馬道榮,陳曉燕,等. 激光共聚焦掃描顯微鏡技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 科技資訊,2010,33:1.

[31]張二娟,何小維,黃強(qiáng),等. 激光共聚焦掃描顯微鏡在淀粉研究中的應(yīng)用[J]. 糧食與飼料工業(yè),2008(9):15-17.

[32]Hong J S,Bemiller J N,Huber K C. Impact of reagent infiltration time on reaction patterns and pasting properties of modified maize and wheat starches[J]. Carbohydrate Polymers,2016,151:851-861.

[33]Bie P,Pu H,Zhang B,et al. Structural characteristics and rheological properties of plasma-treated starch[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2016,34:196-204.

[34]陳佩,張曉,趙冰,等. 糯小麥淀粉形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究[J]. 食品工業(yè)科技,2015,36(1):70-72.

[35]李貴蕭,牛凱,侯漢學(xué),等. 高壓均質(zhì)對(duì)綠豆淀粉機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)的影響[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2017,43(5):99-105.

[36]Kuznetsova T G,Starodubtseva M N,Yegorenkov N I,et al. Atomic force microscopy probing of cell elasticity[J]. Micron,2007,38(8):824-833.

[37]黃強(qiáng),羅發(fā)興. 原子力顯微鏡(AFM)在淀粉納米級(jí)結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[J]. 糧食與飼料工業(yè),2004(5):44-46.

[38]Baker A A,Miles M J,Helbert W. Internal structure of the starch granule revealed by AFM[J]. Carbohydrate Research,2001,330(2):249-256.

[39]Ridout M J,Gunning A P,Parker M L,et al. Using AFM to image the internal structure of starch granules[J]. Carbohydrate Polymers,2002,50(2):123-132.

[40]Neethirajan S,Thomson D J,Jayas D S,et al. Characterization of the surface morphology of durum wheat starch granules using atomic force microscopy[J]. Microscopy Research & Technique,2010,71(2):125-132.

[41]孫平,錢娟娟,楊俊霞,等. 冷溶玉米淀粉的制備及其微觀結(jié)構(gòu)與物性的變化[J]. 食品科學(xué),2009,30(3):130-133.