熱風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)大學糧油食品學院,河南鄭州 450052)

熱風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)大學糧油食品學院,河南鄭州 450052)

為了探明干燥方式和條件對玉米淀粉顆粒特性的影響,對熱風和真空干燥后玉米的淀粉顆粒形貌及偏光十字特征進行了分析.結果表明: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.劉培玲等[1]研究發(fā)現,濕熱處理可使玉米淀粉顆粒的偏光十字消失.扶雄等[2]研究了微波場對玉米淀粉顆粒性質的影響,結果表明,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,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,超高壓處理對脫脂馬鈴薯淀粉結晶結構會產生較大影響.但關于不同干燥條件對玉米淀粉形態(tài)結構的影響未見報道.由此,作者以原料玉米和自然干燥玉米為標準,對熱風干燥和真空干燥玉米的淀粉顆粒形貌及偏光十字特征進行顯微鏡觀察分析,為干燥玉米的品質變化機理及評價提供依據.

1 材料與方法

1.1 試驗原料

玉米:吉林產馬齒形黃玉米 (水分含量28.8%),2007收獲于長春,無破損粒、霉變粒.試驗所需觀測的試驗樣品如表1所示.

表1 試驗原料

1.2 主要儀器

Leica DM 2500P偏光顯微鏡 (配置 130萬像素的攝像頭):德國.

1.3 試驗方法

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篩網上,料層厚度約 10 mm,置于 45℃、90℃的電熱鼓風干燥箱 (T±1℃)中鼓風干燥,干燥結束后樣品于35℃下緩蘇,緩蘇時間︰干燥時間 =5︰1.緩蘇結束后,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到-0.09 MPa.干燥結束后樣品于 35℃下緩蘇,緩蘇時間︰干燥時間 =5︰1.緩蘇結束后,各樣品于室溫下放置 24 h后于 4℃冰箱中冷藏.

1.3.2 淀粉顆粒微觀結構

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:將處理好的待測淀粉樣品,放入顯微鏡樣品臺,調節(jié)物鏡和光線的強度于觀察的最佳狀態(tài),放大倍數為 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 結果與分析

2.1 玉米淀粉的顆粒形貌特征對比

顯微鏡調至最佳位置后,依次觀察 6個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,多數淀粉顆粒存在臍點,而且位于淀粉顆粒的中心處,在個別玉米淀粉顆粒上還觀察到存在的輪紋,而且是以顆粒臍點為中心向顆粒的四周逐漸擴散,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規(guī)律性,尤其是熱風干燥,這種現象更為明顯,表明干燥溫度為 90℃時淀粉已有部分糊化.

2.2 玉米淀粉顆粒的粒徑對比

利用顯微鏡自帶的處理軟件對拍攝出的 6個玉米樣品的粒徑進行分析,同一種樣品選取大多數粒徑相同的淀粉顆粒,對于圓形顆粒量取其直徑作為粒徑,對于橢圓形顆粒量取其長徑和短徑的平均值作為粒徑,對每個樣品顆粒的粒徑的平均值統(tǒng)計,結果見表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℃熱風干燥的玉米樣品部分顆粒出現凹陷,說明干燥對玉米粒徑影響較小.

2.3 玉米淀粉顆粒的偏光十字特征對比

6個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構,為多晶顆粒體系.圖 2中 (2)、(5)、(4)分別為 45℃熱風、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淀粉顆粒的特性影響較小.圖 2中 (3)、(6)為熱風和真空干燥溫度為 90℃時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的淀粉顆粒被輕度糊化所致,而這種作用熱風干燥比真空干燥更明顯.偏光十字的產生是由于淀粉顆粒內部存在著兩種不同的結構即結晶結構和無定形結構的緣故[4],糊化的淀粉顆粒內部分子鏈有序排列的結晶結構會受到破壞,偏光十字就會消失,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晶結構的變化.

3 討論

淀粉顆粒內部存在著兩種不同的結構即結晶結構和無定形結構,在結晶區(qū)淀粉分子鏈是有序排列的,而在無定形區(qū)淀粉分子鏈是無序排列的,這兩種結構在密度和折射率上存在差別,即產生各向異性現象,從而在偏振光通過淀粉顆粒時形成了偏光十字[5].關于在淀粉顆粒中水分是否參與淀粉的結晶一直存在著兩種不同的觀點:一種觀點認為淀粉在逐步加熱干燥脫水的過程中,淀粉顆粒由結晶結構轉化為無定形結構的原因是顆粒中含有的水分子參與了結晶,由于干燥使水分子脫去,淀粉的結晶結構被破壞而最后過渡為無定形結構[6].干燥過程不僅使胚乳中產生應力裂紋,而且破壞了胚乳的結構,淀粉顆粒由多晶顆粒態(tài)向非晶顆粒態(tài)轉變,觀察到的淀粉形態(tài)和偏光十字就會變化,本試驗的結果表明,原料玉米淀粉顆粒和低溫干燥淀粉顆粒的臍點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和偏光十字變得模糊.劉延奇等[7]研究超高壓對玉米淀粉顆粒結構的影響時發(fā)現,當壓力處理強度和時間超過一定值時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少量裂縫.當淀粉粒充分膨脹,壓碎或受熱干燥時,晶體結構即行消失,分子排列變成無定形,這時偏光十字就會消失[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.

4 結論

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和偏光十字出現偏移和模糊,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更為簡潔.但由于本研究采用的顯微鏡放大倍數的限制,可能還不足夠反映出干燥玉米淀粉顆粒形貌特征的變化,對玉米干燥后用淀粉微觀來反映干燥品質有待進一步研究.

[1] 劉培玲,張本山.中等水分含量濕熱處理對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.微波場對玉米淀粉顆粒性質影響的研究[J].糧食與飼料工業(yè),2007(5):19-20.

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

[4] 劉延奇,周婧琦,趙光遠,等.超高壓處理對脫脂馬鈴薯淀粉結晶結構的影響[J].中國糧油學報,2007,22(6):86-90.

[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[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1988.

[7] 劉延奇,李昌文,趙光遠,等.超高壓對玉米淀粉顆粒結構的影響研究 [J].農產品加工,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,碩士生導師,主要從事農產品儲藏與品質分析的研究.

＊通信作者