超聲處理對(duì)小米淀粉結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的影響

陸蘭芳，扎西拉宗，吳進(jìn)菊，王 展，沈汪洋，于 博,

（1.湖北文理學(xué)院食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北襄陽(yáng) 441053；2.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430023）

小米的主要組分是淀粉，含量因品種差異而不同，一般在60%～70%[1]。小米淀粉的組成和結(jié)構(gòu)決定著小米本身的功能性質(zhì)及其加工特性。顆粒粒徑大小與淀粉的結(jié)晶度、凝膠特性、糊化特性、碘吸附特性和直鏈淀粉含量等理化性質(zhì)密切相關(guān)[2]。直鏈淀粉和支鏈淀粉比例組成以及分子排列是決定淀粉糊化、老化、黏度、溶解度、消化、質(zhì)構(gòu)、流變學(xué)、雙折射和結(jié)晶性等理化性質(zhì)及功能特性的重要因素[3]。小米淀粉因品種差異而表現(xiàn)出不同的物化特性。與其它傳統(tǒng)淀粉來(lái)源相比，小米淀粉價(jià)格低廉，除了具備可再生、環(huán)境友好、可生物降解等特性外，還表現(xiàn)出顆粒小、淀粉含量高、易獲取、種植環(huán)境高耐受性等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[4]，在食品包裝、食品配方、涂料/薄膜、乳液輸送體系等應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的商業(yè)潛力[5]。但其不溶于水、易脫水、乳化能力差、酸不穩(wěn)定等缺點(diǎn)限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用[6]。開發(fā)新的高效且環(huán)保的改性方法修飾淀粉，獲得具有特定功能特性或生理作用的淀粉是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。在物理改性、化學(xué)改性、生物改性等改性方法中，超聲波改性作為一種安全、環(huán)保、高效、低能耗的物理改性方法引起了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。

超聲作用主要是通過(guò)機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)、熱效應(yīng)等促進(jìn)淀粉分子鏈運(yùn)動(dòng)，改變淀粉顆粒內(nèi)部原有氫鍵及雙螺旋結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)淀粉顆粒表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響來(lái)調(diào)控淀粉的理化性質(zhì)[7]。Hu等[8]利用雙頻（20 kHz+25 kHz）超聲處理玉米淀粉，獲得了熱穩(wěn)定性和回生性顯著提高的超聲改性淀粉。陳海明[9]發(fā)現(xiàn)超聲可引起玉米淀粉水解率增大，直鏈淀粉含量升高。Sujka等[10]用超聲波處理馬鈴薯、小麥、玉米和大米淀粉，改善了淀粉的溶解度和膨脹力，且賦予了馬鈴薯淀粉更高的糊透明度。

本研究以小米淀粉為原料，系統(tǒng)研究了不同超聲處理功率對(duì)小米淀粉聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的影響規(guī)律，以期為小米淀粉改性產(chǎn)品研究及在食品工業(yè)應(yīng)用開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

優(yōu)質(zhì)小米 朝陽(yáng)泰然科技食品有限公司；溴化鉀 天津博君科技有限公司；葡萄糖、四氯化碳、苯酚 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氫氧化鈉、鹽酸、硫代硫酸鈉 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

JY88-IIN超聲細(xì)胞破碎儀 寧波新芝生物科技股份有限公司；S-4800掃描電子顯微鏡 日本Hitachi公司；D8 Advance X射線衍射儀 德國(guó)Bruker公司；Malvern3000激光粒度儀 英國(guó)Malvern公司；DM2700 P型偏光顯微鏡 德國(guó)Leica公司；Nexus470傅里葉變換紅外光譜儀 美國(guó)Thermo Nicolet公司；UV-1800PC型紫外/可見光分光光度計(jì) 上海美普達(dá)儀器有限公司；TechMaster快速黏度分析儀瑞典Perten公司；Discovery HR-2型旋轉(zhuǎn)流變儀、DSC Q20型差示量熱掃描儀 美國(guó)TA儀器公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 小米淀粉的提取 優(yōu)質(zhì)小米磨粉過(guò)100目篩，放入0.2%（w/v）NaOH溶液中，按料液比1:4（g/mL）混合攪拌4 h后浸泡24 h，將混合物于4000 r/min離心5 min，棄去上清液，剝刮除去上、下層黃褐色物質(zhì)，取中間的白色層，反復(fù)用蒸餾水清洗，連續(xù)離心（4000 r/min）直到上層沒(méi)有黃色物質(zhì)為止。沉淀用水分散并調(diào)pH至中性。最后將產(chǎn)物經(jīng)40 ℃干燥24 h、研磨過(guò)100目篩即得小米淀粉（純度94.9%）[10-11]。

1.2.2 小米淀粉的超聲處理 小米淀粉配制成20%的淀粉乳（w/v），置于超聲細(xì)胞破碎儀（功率范圍20～250 W），反應(yīng)容器外設(shè)冰水浴，每次處理100 mL樣品，超聲功率 0、25、50、100、150、200、250 W，超聲時(shí)間40 min，每次超聲作用5 s，間隔5 s，超聲完成后用蒸餾水洗滌淀粉，經(jīng)抽濾后于40 ℃烘干備用。

1.2.3 水解率的測(cè)定 稱取1.0 g葡萄糖于1 L容量瓶中制得1 mg/mL母液，然后分別吸取1、2、3、4、5、6 mL母液于100 mL容量瓶中配成標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度分別為 10、20、30、40、50、60 μg/mL，然后分別吸取1 mL于具塞試管中，加5%（w/w）苯酚溶液1 mL搖勻，置于30 ℃水浴15 min，取出冷卻至室溫，在波長(zhǎng)490 nm處測(cè)定吸光度，以標(biāo)準(zhǔn)濃度（μg/mL）為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制得標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0096x+0.0655，R2=0.9913。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間超聲的淀粉乳，經(jīng)抽濾后，將其濾液稀釋一定倍數(shù)，用硫酸-苯酚法測(cè)其吸光度，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線上的回歸方程計(jì)算其糖濃度值，重復(fù)試驗(yàn)并求其標(biāo)準(zhǔn)偏差[12]。

1.2.4 顆粒形貌分析 取適量小米淀粉樣品按一定順序分別均勻涂布于黏在載物臺(tái)的導(dǎo)電膠上，真空噴金后送入樣品室。采用掃描電子顯微鏡（SEM）分別在放大倍數(shù)2000和5000倍下進(jìn)行觀察，拍攝具有代表性的淀粉顆粒清晰圖片[5]。

1.2.5 偏光特性分析 取適量小米淀粉配制成1%的淀粉懸浮液，吸取懸浮液于載玻片上，小心蓋上蓋玻片（避免產(chǎn)生氣泡），置于載物臺(tái)上，采用偏光顯微鏡觀察小米淀粉的偏光特性，在放大100倍下拍照。

1.2.6 結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析 取適量小米淀粉于樣品槽中，刮去多余的樣品并保持樣品表面平滑，進(jìn)行X-射線衍射儀（XRD）測(cè)定淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。測(cè)試參數(shù)：銅靶、管電壓和電流分別為40 kV、30 mA，掃描速率為 8°/min，掃描范圍為 3°～40°，步長(zhǎng) 0.02°[13]。利用Peakfit軟件計(jì)算樣品結(jié)晶度：

1.2.7 分子結(jié)構(gòu)分析 取適量淀粉樣品和溴化鉀于紅外燈下充分研磨、混勻，壓片后利用傅里葉紅外光譜儀（FTIR）進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)測(cè)定。測(cè)試參數(shù)：掃描范圍4000～400 cm-1，累積掃描32次，分辨率為4 cm-1[6]。

1.2.8 粒徑大小及分布分析 取適量小米淀粉配制成3%的淀粉懸浮液，采用激光粒度儀測(cè)定小米淀粉的顆粒大小及分布。測(cè)試參數(shù)：樣品折射率為1.540，遮光度范圍為10%～20%，分散劑為純水，分散劑折射率為1.333，攪拌速率2400 r/min。

1.2.9 透明度及穩(wěn)定性分析 準(zhǔn)確稱取一定量的小米淀粉置于100 mL錐形瓶中，配制成質(zhì)量濃度的1%的淀粉乳，在恒溫水浴鍋中沸水浴加熱并攪拌20 min。冷卻至室溫（25 ℃），搖勻后，用分光光度計(jì)測(cè)定，蒸餾水作參比，分別于室溫放置10、30、60、120、240 min后測(cè)定620 nm波長(zhǎng)處的透光率，以透光率反映淀粉乳的透明度，透明度變化程度是小米淀粉穩(wěn)定性的外在表征。

1.2.10 流變學(xué)特性分析 準(zhǔn)確稱取適量小米淀粉樣品于帶蓋樣品瓶中，加去離子水并混合均勻，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%（以干基計(jì)）淀粉漿，室溫下磁力攪拌2 h，95 ℃ 水浴保溫 30 min，期間不斷攪拌（250 r/min）使其糊化，制備好的淀粉糊采用流變儀在流動(dòng)模式下進(jìn)行剪切黏度及剪切應(yīng)力測(cè)定。測(cè)試參數(shù)：夾具為40 mm不銹鋼平行板，板間間隙為1 mm，應(yīng)力為1%，溫度為 25 ℃[11]。

1.2.11 糊化特性分析 利用快速粘度分析儀（RVA）測(cè)定淀粉峰值黏度、最低黏度、終值黏度、崩解值、回生值、糊化溫度等參數(shù)。按照儀器計(jì)算結(jié)果稱取一定量淀粉樣品于儀器專用的鋁制圓筒中，加入純水配置成濃度為12%（以干基計(jì)）的淀粉乳，快速攪拌使淀粉分散均勻，上機(jī)測(cè)試。攪拌程序?yàn)椋洪_始以960 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10 s，然后以160 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌直至測(cè)試結(jié)束。升溫程序?yàn)椋?0 ℃下保持1 min，然后以12 ℃/min的速度升溫至95 ℃，在95 ℃保持 10 min，再以12 ℃/min的速度降溫至50 ℃，在50 ℃保持2 min，結(jié)束測(cè)試[2]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2019、SPSS22對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及處理，采用OriginPro9.0繪制圖，圖表中誤差均為標(biāo)準(zhǔn)誤差，所有實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲處理對(duì)小米淀粉水解率的影響

不同超聲功率處理的小米淀粉的水解率變化如圖1所示。從圖1中可以看出隨著超聲功率的增加，淀粉的水解率逐漸增大，超聲功率25 W下淀粉水解率0.135%，增加到250 W時(shí)的1.037%。淀粉經(jīng)過(guò)超聲處理，發(fā)生不同程度的水解，由于超聲波作用于液體介質(zhì)形成機(jī)械振動(dòng)，不同功率的超聲頻率引起熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)，一方面加速了溶劑與淀粉分子之間的摩擦，從而引起C-C鍵的斷裂，另一方面超聲空化效應(yīng)產(chǎn)生高壓環(huán)境導(dǎo)致了大分子鏈的斷裂[6-7]。這與超聲空化效應(yīng)的表征結(jié)果是一致的，較高功率下超聲波的作用效應(yīng)更強(qiáng)烈，因此表現(xiàn)為淀粉水解率的提高。

圖1 超聲處理對(duì)小米淀粉水解率的影響Fig.1 Effect of ultrasonic treatment on the hydrolysis rate of millet starch

2.2 超聲處理對(duì)小米淀粉顆粒形貌的影響

超聲處理會(huì)不同程度改變淀粉顆粒形貌，如顆粒出現(xiàn)裂縫、凹塌、孔洞等現(xiàn)象[10-11]。圖2為原小米淀粉及超聲處理后的小米淀粉的掃描電鏡圖。原小米淀粉顆粒呈現(xiàn)不規(guī)則的多面體，表面及邊緣棱角比較光滑，顆粒完整。經(jīng)過(guò)超聲處理后小米淀粉顆粒形狀和大小均未發(fā)生明顯改變，但是在超聲處理后小米淀粉棱角處出現(xiàn)了明顯的不同程度的凹陷，較低功率的超聲處理對(duì)淀粉顆粒的破壞相對(duì)較小，表面出現(xiàn)了少量較淺的損傷，但是隨著超聲功率的增大，尤其是200～250 W功率下，淀粉顆粒表面的破損更加突出，可以明顯地觀察到棱角處及表面變的粗糙并出現(xiàn)一定的凹陷和孔隙，這主要是由于超聲波的空化作用和機(jī)械作用產(chǎn)生的高能量會(huì)加速淀粉粒子運(yùn)動(dòng)，高剪切力和高頻微射流作用于淀粉顆粒表面，對(duì)顆粒形貌產(chǎn)生了不同程度的損傷和破壞，從而出現(xiàn)凹凸不平和穿孔現(xiàn)象[12]。

圖2 超聲處理小米淀粉的掃描電子顯微鏡圖Fig.2 Scanning electron microscope image of millet starch treated with ultrasound

2.3 超聲處理對(duì)小米淀粉偏光十字的影響

偏光十字的產(chǎn)生源于淀粉的球狀微晶結(jié)構(gòu)，偏振光經(jīng)過(guò)淀粉顆粒時(shí)會(huì)觀察到一個(gè)明顯的偏光十字[13-14]?？梢杂闷怙@微鏡來(lái)觀察淀粉的分子鏈排布和結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化。圖3顯示了不同功率處理的淀粉樣品的偏光顯微鏡圖，從圖中可以觀察到明顯的偏光十字，說(shuō)明超聲處理基本沒(méi)有對(duì)淀粉的球晶結(jié)構(gòu)造成破壞，淀粉基本保持原有的分子排布和組織結(jié)構(gòu)。

圖3 超聲處理小米淀粉的偏光顯微鏡圖Fig.3 Polarized light microscope image of millet starch treated with ultrasound

2.4 超聲處理對(duì)小米淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響

淀粉常見的X-射線衍射圖譜有A型、B型和C 型，A 型淀粉在 15°、17°、18°和 23°有特征峰[15-16]。如圖4所示，小米淀粉超聲前后衍射圖譜總體峰位無(wú)明顯差異，均在 15°、17°、18°、23°出現(xiàn)明顯的衍射峰，其中17°和18°附近的衍射峰為相連的雙峰，是典型的A型淀粉的XRD波譜特征，這表明超聲優(yōu)先作用于無(wú)定形區(qū)，并未破壞淀粉的晶型。小米淀粉在20°處也出現(xiàn)了一個(gè)小的衍射峰，該位置可能是直鏈淀粉與脂質(zhì)交互作用形成的無(wú)定形峰，該峰在藜麥、荸薺、葛根等淀粉中也存在[17]。超聲預(yù)處理后，小米淀粉衍射峰強(qiáng)度呈現(xiàn)略微降低的趨勢(shì)，尤其在23°處表現(xiàn)得更加明顯。但超聲功率的增大，并未引起小米淀粉結(jié)晶度的顯著變化，未經(jīng)處理的小米淀粉結(jié)晶度為32.90%，經(jīng)過(guò)250 W超聲處理后結(jié)晶度變化為32.44%。

圖4 超聲處理小米淀粉的XRD圖譜Fig.4 X-ray diffraction pattern of millet starch treated with ultrasound

2.5 超聲處理對(duì)小米淀粉分子結(jié)構(gòu)的影響

紅外光譜被認(rèn)為是測(cè)定聚合物官能團(tuán)和化學(xué)結(jié)構(gòu)的理想技術(shù)，圖5顯示了原淀粉和不同超聲處理下小米淀粉的紅外吸收光譜，各個(gè)樣品在3000～3800 cm-1附近有一個(gè)強(qiáng)而寬的吸收峰，主要?dú)w因于氫鍵鍵合的羥基（O-H）的復(fù)雜振動(dòng)拉伸，2900～3000 cm-1處的尖峰與CH2的反對(duì)稱伸展振動(dòng)有關(guān)，1640 cm-1附近的吸收峰歸屬于淀粉中吸附水中無(wú)定形區(qū)域的吸收峰，700～1200 cm-1處較弱的連續(xù)衍射峰主要是多糖類的吸收，在900～1030 cm-1區(qū)間內(nèi)的峰型對(duì)應(yīng)吡喃糖分子C=O振動(dòng)，993 cm-1附近的吸收峰，表明存在α-1,4糖苷鍵和C-O-C伸展，1157 cm-1處吸收峰歸屬于C-O及C-C鍵的伸縮振動(dòng)[18]。

圖5 超聲處理小米淀粉的FTIR圖譜Fig.5 Fourier infrared spectrum of millet starch treated with ultrasound

從小米淀粉FTIR光譜可以看出，各個(gè)波段不同樣品的波位基本一致，可以用1047/1022 cm-1的峰強(qiáng)度比值來(lái)反應(yīng)淀粉的有序程度[19]。原小米淀粉和經(jīng)250 W超聲功率處理的小米淀粉的A1047/A1022分別為1.059和0.887，說(shuō)明經(jīng)過(guò)超聲處理對(duì)小米淀粉的有序程度產(chǎn)生了一定程度的破壞，使得有序度降低。

2.6 超聲處理對(duì)小米淀粉粒徑分布的影響

不同谷物來(lái)源的淀粉顆粒具有各自獨(dú)特的形狀和大小，淀粉顆粒的大小對(duì)淀粉的性質(zhì)具有重要的影響，淀粉顆粒大小不同，其凝膠特性、糊化、老化及酶解特性等也會(huì)存在差異[2]。表1是小米淀粉經(jīng)過(guò)不同功率的超聲預(yù)處理后粒徑分布參數(shù)，D4,3和D3,2分別表示顆粒的體積、表面積平均粒徑。原小米淀粉平均粒徑約為9.96 μm，呈單峰分布，經(jīng)過(guò)超聲預(yù)處理后，顆粒粒徑向大尺寸范圍分布，250 W超聲處理下小米淀粉平均粒徑增大到12.10 μm。這與王宏偉等[20]的發(fā)現(xiàn)一致，超聲功率300 W處理30 min，小麥淀粉粒徑D4,3由17.82 μm增大到19.39 μm，這主要是由于淀粉顆粒經(jīng)過(guò)超聲波作用后內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松，出現(xiàn)孔隙和凹槽，在水中分散時(shí)更容易吸水膨脹；其次，淀粉顆粒表面被破壞，表面活性增加，更易發(fā)生團(tuán)聚行為，從而導(dǎo)致粒徑尺寸增大[12,18]。

表1 超聲處理小米淀粉顆粒的粒徑參數(shù)Table 1 Particle size parameters of millet starch granules treated with ultrasound

2.7 超聲處理對(duì)小米淀粉透明度及穩(wěn)定性的影響

用淀粉糊的透過(guò)率反映其透明度，超聲處理對(duì)小米淀粉透明度的影響如圖6所示，由圖6可知，經(jīng)過(guò)超聲處理后的淀粉糊透過(guò)率有所提升，但是整體上變化程度不大。這可能是因?yàn)槌曁幚韺?dǎo)致淀粉顆粒表面被破壞后更加粗糙，顆粒更易膨脹吸水，從而溶解度增大，提高了淀粉與水分子之間的結(jié)合能力，更高超聲功率處理后的小米淀粉更容易在水中溶脹，分散程度更大、更均勻，故表現(xiàn)出更高的透明度[21]。原小米淀粉糊在室溫下放置10 min后，透過(guò)率為12.27%，放置不同時(shí)間后，透過(guò)率有不同程度減小，240 min后透過(guò)率降低到11.77%。不同功率超聲處理的小米淀粉也表現(xiàn)出相同趨勢(shì)，在放置一定時(shí)間后，透過(guò)率均有一定程度減小，這是由于溶解態(tài)的淀粉重新聚合而凝沉導(dǎo)致，反映了淀粉糊的穩(wěn)定性[22]。淀粉糊的透明度較大程度上影響著食品的感官和可接受度，在果汁、飲料、糕點(diǎn)等對(duì)顏色及透明度要求較高的食品中，淀粉作為原料或添加劑加入，其透明度及儲(chǔ)存穩(wěn)定性會(huì)對(duì)產(chǎn)品的外觀及品質(zhì)產(chǎn)生重要的影響[23]。

圖6 超聲處理對(duì)小米淀粉透明度的影響Fig.6 Effect of ultrasonic treatment on the transparency of millet starch

2.8 超聲處理對(duì)小米淀粉流變學(xué)特性的影響

圖7是不同超聲功率處理后淀粉的靜態(tài)剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化曲線。由圖7可知，超聲處理前后所有淀粉糊的剪切應(yīng)力均隨剪切速率的增大而增大，其變化是非線性的，曲線為凸曲線，剪切速率在0～40 s-1內(nèi)，剪切應(yīng)力急劇增大，40 s-1后，變化趨于平緩，即小米淀粉超聲前后淀粉糊均屬于典型的非牛頓流體。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在同一剪切速率下，超聲處理后的淀粉較原小米淀粉剪切應(yīng)力減小，說(shuō)明超聲對(duì)淀粉的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定程度的破壞。超聲功率增大，機(jī)械作用和空化效應(yīng)得到加強(qiáng)，導(dǎo)致淀粉分子之間的作用力和淀粉分子鏈之間相互纏繞被減弱，大分子鏈的擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)得到加強(qiáng)，部分分子鏈斷裂，限制分子運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)行為弱化，故剪切稀釋所需剪切應(yīng)力減小[10-13]。較大超聲功率對(duì)淀粉分子的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞程度加大，因此，250 W超聲功率處理的淀粉糊具有最低的剪切應(yīng)力。

圖7 超聲處理小米淀粉的靜態(tài)剪切流變曲線Fig.7 Static shear rheological curve of millet starch treated with ultrasound

由圖8a可知，超聲處理前后淀粉糊的表觀黏度均隨剪切速率的增大而急劇降低，在剪切速率達(dá)到10 s-1后，表觀黏度趨于穩(wěn)定，這是典型的剪切稀化現(xiàn)象，剪切變稀是假塑性流體特有的特征[18]。淀粉中的分子鏈相互纏繞，對(duì)分子的運(yùn)動(dòng)造成阻礙，當(dāng)施加一定的剪切速率時(shí)，纏繞的分子鏈?zhǔn)艿郊羟辛ψ饔枚匦屡帕?，從而表觀黏度降低，當(dāng)剪切速率增大到某特定范圍，淀粉分子來(lái)不及去向或已充分取向，表觀黏度基本平穩(wěn)[24-26]。淀粉糊的表觀黏度與超聲功率之間的關(guān)系見圖8b，超聲處理后小米淀粉糊的表觀黏度較原小米淀粉糊均有不同程度的減小，且在相同的剪切速率下，隨超聲功率增大，小米淀粉糊的表觀黏度逐漸降低。

圖8 超聲處理對(duì)小米淀粉糊表觀黏度的影響Fig.8 Effect of ultrasonic treatment on the apparent viscosity of millet starch paste

2.9 超聲處理對(duì)小米淀粉糊化特性的影響

淀粉的糊化是淀粉顆粒晶體結(jié)構(gòu)的熱無(wú)序化，除了與淀粉種類、體系溫度、pH等有關(guān)外，一般還受淀粉晶體結(jié)構(gòu)、直鏈與支鏈淀粉的比例的影響[27]。從表2可以看出，原小米淀粉峰值粘度、最低粘度、終值粘度分別為4170、2179、5273 cP，經(jīng)超聲處理后均呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，超聲250 W處理后峰值粘度、最低粘度、終值粘度分別為3246、1780、3405 cP。糊化溫度無(wú)顯著變化，崩解值和回生值有所降低，這些變化隨超聲功率的增大更加明顯。粘度的降低是由于原淀粉糊化后大分子鏈相互纏繞，流動(dòng)粘性阻力大，經(jīng)過(guò)超聲處理會(huì)導(dǎo)致淀粉部分大分子鏈斷裂，結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，流動(dòng)阻力減小，因此呈現(xiàn)出更低的粘度[28-29]。崩解值較原小米淀粉有所減小，說(shuō)明經(jīng)過(guò)處理之后的小米淀粉熱穩(wěn)定性更高[30]。超聲產(chǎn)生的空化效應(yīng)使淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)暴露更多的羥基，增加了淀粉分子與水分子的相互作用，使得保水性更強(qiáng)，因此回生值降低[6,9]。

表2 超聲處理小米淀粉粘度特性Table 2 Viscosity characteristics of millet starch treated with ultrasound

3 結(jié)論

超聲處理沒(méi)有改變小米淀粉晶體結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)，但是導(dǎo)致小米淀粉顆粒表面產(chǎn)生了一定程度的凹陷和孔隙，分子有序性略有降低；與原淀粉相比，經(jīng)超聲處理后的小米淀粉顆粒粒徑、透明度增大，表觀粘度減小，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。本文系統(tǒng)研究了超聲處理功率對(duì)小米淀粉結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的影響，為小米淀粉改性產(chǎn)品研究及其在食品工業(yè)中應(yīng)用提供理論參考。本研究主要是采用超聲波技術(shù)改性淀粉并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)表征，未來(lái)可將超聲處理與其它改性技術(shù)復(fù)合，研究復(fù)合改性技術(shù)對(duì)小米淀粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響規(guī)律，研究超聲處理與其他改性作用的協(xié)同作用機(jī)制，以拓展超聲處理在淀粉工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。