微波間歇干燥對(duì)玉米籽粒中淀粉理化特性的影響

王新智，王天池，吳玉柱，劉景圣，許秀穎，趙城彬

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 小麥和玉米深加工國家工程研究中心 長春 130118）

玉米（Zea mays L.）是禾本科一年生草本植物，俗稱苞谷、苞米棒子、玉蜀黍、珍珠米等。在全球主要作物中，玉米因用途廣、種植簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)而使種植面積迅速擴(kuò)大，目前成為世界第一大作物[1-2]。玉米籽粒中含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素以及生物活性物質(zhì)等。由于玉米資源豐富，為重要的糧、經(jīng)、飼作物，因此被廣泛用于食用、家畜飼養(yǎng)以及工業(yè)生產(chǎn)，例如生產(chǎn)玉米淀粉、酒精、生物油等加工[3-4]。預(yù)計(jì)到2025 年，玉米將成為產(chǎn)量最高的作物[5]。

我國東北地區(qū)新收獲玉米的含水率在20%～35%，為防止霉變，便于儲(chǔ)藏，需將玉米干燥至安全水分（濕基低于14%）[6-7]。水是霉菌、細(xì)菌和真菌生長的中心，也是食物中所含酶活性的重要因素，含水量高利于微生物繁殖，易使玉米霉變，不利于長期保存。干燥是抑制霉菌發(fā)育，防止玉米變質(zhì)的最主要的措施。干燥的目的是減少谷物和食品的水分含量，以消除其負(fù)面影響[8-9]。目前，還有許多地區(qū)將收獲后的玉米通過自然晾曬去除水分，這種干燥方式時(shí)間長，易受天氣影響、占用場(chǎng)地大，易使玉米產(chǎn)生大量霉變。采用先進(jìn)的干燥技術(shù)是確保糧食安全的重要手段，能更好地保證玉米的內(nèi)在品質(zhì)。微波干燥作為一種容積式加熱方式，具有生產(chǎn)效率高、成本低、易控制等優(yōu)勢(shì)。微波作用使谷物和食品產(chǎn)生的熱量主要是由偶極子旋轉(zhuǎn)主導(dǎo)內(nèi)部產(chǎn)熱[10-11]。

目前，谷物應(yīng)用微波干燥的研究很多，如Shen 等[10]研究了微波干燥對(duì)發(fā)芽糙米品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)高微波強(qiáng)度導(dǎo)致γ-氨基丁酸降解，64～67℃可以保持較高的γ-氨基丁酸含量。Amna 等[12]研究了微波干燥對(duì)青豆干燥特性和色澤的影響，發(fā)現(xiàn)微波干燥后青豆的a*值增加，L*和b*值下降。韋珍珍等[13]研究了微波干燥對(duì)月柿果片品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)微波干燥后月柿果片的硬度增加，隨著微波功率的增加，月柿果片的復(fù)水比呈先上升后下降的趨勢(shì)。綜上所述，微波干燥雖然對(duì)糧食和果蔬品質(zhì)、色澤等具有重要影響，但微波干燥對(duì)玉米籽粒加工特性的研究較少。淀粉是玉米中的主要營養(yǎng)成分，直接決定玉米的品質(zhì)。微波功率密度是影響玉米中淀粉品質(zhì)的主要因素。本試驗(yàn)研究微波功率密度對(duì)玉米中淀粉理化性質(zhì)的影響，旨在為玉米微波干燥產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和玉米深加工提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗(yàn)用玉米“吉農(nóng)玉719”產(chǎn)自于吉林省公主嶺市，試驗(yàn)時(shí)玉米的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（24±2）%。亞硫酸氫鈉（分析純級(jí)），北京化工廠；溴化鉀（分析純級(jí)），美國Sigma 公司；總淀粉試劑盒，愛爾蘭Megazyme 公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MDC-9-R2-9 型微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥機(jī)，上海碧茵機(jī)電科技有限公司；3JK-1 型快速黏度分析儀，澳大利亞Perten 公司；MCR-302 型流變儀，奧地利Anton Paar 公司；TA-XTplus 型食品物性分析儀，英國Stable Micro Systems 公司；Q-2000 型差示掃描量熱儀，美國TA 公司；VERTEX70 型傅里葉紅外光譜儀，德國Bruker 公司；101A-3E 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米干燥試驗(yàn)

1.3.1.1 自然干燥 將玉米置于陽光充足的環(huán)境下晾曬，直至玉米水分含量降至（14±0.5）%。

1.3.1.2 微波干燥 采用精度為+0.05 g 的天平稱取試驗(yàn)樣品，干燥時(shí)微波功率密度分別為0.9，1.8，2.7，3.6 W/g，采用間歇式干燥方式，微波作用2 min 間歇4 min，直至玉米水分含量降至（14±0.5）%，結(jié)束試驗(yàn)。此外，文章將出現(xiàn)樣品縮寫，如“MPD-1.8”，表明微波功率密度為1.8 W/g。

1.3.2 玉米含水率的測(cè)定 按照GB/T 10362-2008《糧油檢驗(yàn) 玉米水分測(cè)定》的方法測(cè)定玉米的初始含水率。

參考張紫恒等[14]的方法測(cè)定玉米的實(shí)時(shí)含水率【M（t）】，計(jì)算方法如下：

式中，m（t）——干燥t 時(shí)間后玉米的質(zhì)量，g；m0——玉米的初始質(zhì)量，g；M0——玉米的初始含水率，%。

1.3.3 玉米淀粉的提取 參考曹勇等[15]的方法并作部分改動(dòng)。將200 g 玉米籽粒浸泡在20 ℃亞硫酸氫鈉溶液（0.25%）中48 h，剝?nèi)シN皮和胚，按料水比為1∶2 進(jìn)行濕磨，保留100，200 目漿液，蒸餾水多次洗滌，室溫下靜置4 h，除去上清液，沉淀物用蒸餾水重懸，并以5 000 r/min 離心20 min。除去上層黃色物質(zhì)并再離心3 次。將分離出的淀粉在40 ℃（鼓風(fēng)式干燥箱）中干燥24 h。淀粉提取率為干淀粉質(zhì)量與玉米籽粒質(zhì)量的比值，純度檢驗(yàn)采用愛爾蘭Megazyme 公司試劑盒方法，測(cè)定總淀粉含量。

1.3.4 玉米淀粉糊化特性的測(cè)定 參考Petcharat等[16]方法。采用RVA 快速黏度分析儀，將3 g 玉米淀粉倒入罐中，加入25 mL 蒸餾水充分混合。將混合物以960 r/min 轉(zhuǎn)速攪拌10 s，然后在其余分析過程中改為160 r/min。測(cè)試程序：50 ℃下保持1 min，再以6 ℃/min 的速率升至95 ℃，將溫度保持在95 ℃下2.5 min，之后以6 ℃/min 的速率冷卻至50 ℃并保持2 min。

1.3.5 玉米淀粉流變學(xué)特性的測(cè)定 參考張晶等[17]的方法，將RVA 糊化后的少量樣品放入流變儀測(cè)定臺(tái)，測(cè)試均采用CP-50 錐形板（50 mm 直徑和1 mm 狹縫），間隙為0.05 mm，板間溫度均為25℃。

靜態(tài)流變學(xué)：將樣品從0 s-1到300 s-1逐步剪切，然后剪切速率從300 s-1降至0 s-1。測(cè)定剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化。

動(dòng)態(tài)流變學(xué)：角頻率范圍0.1～100 rad/s，應(yīng)變?yōu)?%，測(cè)定儲(chǔ)能模量（G′）及損耗模量（G″）隨角頻率的變化。

1.3.6 玉米淀粉凝膠硬度的測(cè)定 參考周靜宜等[18]的方法。將1.3.4 節(jié)制備的樣品放入4 ℃冰箱中保存12 h，采用TA-XT 物性儀測(cè)定凝膠的硬度，采用P0.5 型探頭，測(cè)試條件：測(cè)前速率為1 mm/s，測(cè)試速率為2 mm/s，測(cè)后速率為2 mm/s，壓縮率60%，觸發(fā)力5 g，兩次壓縮時(shí)間為5 s。

1.3.7 玉米淀粉溶脹度的測(cè)定 參考Ko 等[19]的方法。準(zhǔn)確稱取0.5 g 淀粉，加入25 mL 蒸餾水，將淀粉溶液放在95 ℃水浴鍋中水浴25 min 并間歇振蕩，將室溫冷卻處理后的樣品以3 000 r/min 離心20 min，將上清液倒入鋁盒中，105 ℃干燥24 h，稱其質(zhì)量為m1，離心管中膨脹淀粉的質(zhì)量為m2，計(jì)算公式如下：

式中，S——溶解度，%；m0——淀粉質(zhì)量，g；m1——被溶解的淀粉質(zhì)量，g；m2——沉淀物質(zhì)量，g。

1.3.8 玉米淀粉粒徑分布的測(cè)定 參考薛艾蓮等[20]的方法，使用BT-9300HT 型激光粒度儀測(cè)定玉米淀粉的粒徑分布。

1.3.9 玉米淀粉熱特性的測(cè)定 參考Lutfi 等[21]方法。在DSC 鋁盤中加入3 mg 淀粉和9 μL 蒸餾水，密封后，將平底鍋在室溫下保持24 h，熱掃描從30 ℃到120 ℃，加熱速率為10 ℃/min，以空鋁鍋為參比。

1.3.10 玉米淀粉傅里葉紅外光譜掃描（FT-IR）分析 參考Su 等[22]的方法，將淀粉與KBr 以質(zhì)量比1∶100 混合并研磨，放入模具中壓制成片，以KBr為背景，使用傅里葉變換紅外光譜儀來分析淀粉，掃描范圍為4 000～400 cm-1，使用Omnic 8.2 對(duì)譜圖進(jìn)行基線校正，對(duì)1 200～800 cm-1范圍進(jìn)行去卷積處理。

1.3.11 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 運(yùn)用SPSS 軟件處理數(shù)據(jù)，運(yùn)用Origin 軟件進(jìn)行繪圖處理，顯著水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波功率密度對(duì)玉米籽粒干燥特性的影響

微波功率密度是影響玉米干燥特性和品質(zhì)的重要因素，由圖1 可知，微波功率密度越大，玉米干燥曲線的斜率越大，到達(dá)安全水分時(shí)間越短。微波功率密度為0.9 W/g 時(shí)，玉米達(dá)到安全水分所需時(shí)間為204 min，當(dāng)微波功率密度為1.8，2.7 W/g和3.6 W/g 時(shí)，干燥時(shí)間分別減少了66.7%，84.3%和88.2%，表明增加微波功率密度可明顯加快干燥過程。這些差異將對(duì)玉米干燥后的品質(zhì)產(chǎn)生影響。

圖1 不同微波功率密度作用條件下對(duì)玉米含水率的影響Fig. 1 Effects of different microwave power densities on corn moisture content

圖2 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉的RVA 糊化曲線Fig. 2 RVA gelatinization curves of corn starch under natural drying and different microwave power densities

2.2 微波功率密度對(duì)玉米籽粒中淀粉提取率和總淀粉含量的影響

如表1 所示，玉米經(jīng)自然干燥后，其淀粉的提取率為50.29%，玉米經(jīng)微波干燥后，當(dāng)微波功率密度為0.9，1.8，2.7，3.6 W/g 時(shí)，玉米淀粉的提取率分別降低了2.15%，2.9%，5.11%，5.44%，表明隨著微波功率密的提高淀粉難以分離，對(duì)所有淀粉進(jìn)行純度檢驗(yàn)，純度均在88%以上。

表1 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉的提取率和總淀粉含量Table 1 Extraction rate and total starch content of corn starch under natural drying and different microwave power densities

2.3 微波功率密度對(duì)玉米籽粒中淀粉糊化特性的影響

淀粉的糊化特性是評(píng)價(jià)淀粉類食品加工特性的重要指標(biāo)之一，峰值黏度反映淀粉與水的結(jié)合能力[23]，回生值反映淀粉凝膠的老化程度[24]。如表2 所示，與自然干燥的玉米相比，玉米經(jīng)微波干燥后，其淀粉的峰值黏度均發(fā)生顯著變化（P＜0.05），且隨著微波功率密度的增加玉米淀粉的峰值黏度呈先升高后降低的趨勢(shì)，微波功率密度為1.8 W/g時(shí)，峰值黏度最高，為3 979 cP，微波功率密度為3.6 W/g 時(shí)，峰值黏度最低，為3 025 cP?？赡苡捎谖⒉üβ拭芏仍谝欢ǚ秶鷥?nèi)（0.9～1.8 W/g），微波使玉米中淀粉顆粒膨脹，從而使淀粉顆粒表現(xiàn)為孔洞結(jié)構(gòu)，這些孔洞會(huì)增強(qiáng)淀粉顆粒與水分子的結(jié)合能力，使淀粉顆粒更容易吸水膨脹，導(dǎo)致峰值黏度顯著增加（P＜0.05）[25]，當(dāng)微波功率密度達(dá)到2.7 W/g 時(shí)，可能由于微波功率密度過高，玉米中水分子與淀粉顆粒之間發(fā)生劇烈摩擦和碰撞，使玉米在短時(shí)間內(nèi)迅速升溫，從而使淀粉顆粒造成嚴(yán)重?fù)p傷并破壞淀粉的分子結(jié)構(gòu)，弱化淀粉分子間的相互作用力，導(dǎo)致玉米淀粉的峰值黏度顯著降低（P＜0.05）[26]，隨著微波功率密度繼續(xù)升高，微波作用對(duì)淀粉的分子結(jié)構(gòu)破壞程度越大，峰值黏度隨之降低，這與Ma 等[26]的研究結(jié)果相符。淀粉凝膠的回生特性與直鏈淀粉和長鏈支鏈淀粉的含量有關(guān)，與自然干燥的玉米相比，玉米經(jīng)微波干燥后，其淀粉的最終黏度和回生值均顯著增加（P＜0.05），由于玉米經(jīng)微波干燥后，玉米中長鏈支鏈淀粉部分分解，使直鏈淀粉含量增加，導(dǎo)致最終黏度和回生值增加[27]。通過糊化特性的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一定范圍內(nèi)的微波功率密度可以提高淀粉的峰值黏度，進(jìn)而使食品在加工時(shí)更易于成型。

表2 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉的RVA 糊化特性參數(shù)Table 2 RVA gelatinization parameters of corn starch under natural drying and different microwave power densities

2.4 微波功率密度對(duì)玉米籽粒中淀粉靜態(tài)流變學(xué)的影響

淀粉凝膠的流變特性是影響食品品質(zhì)的重要因素，玉米經(jīng)自然干燥和微波干燥后，其淀粉凝膠的觸變行為如圖3 所示，所有樣品均形成了順時(shí)針觸變環(huán)，表明樣品受到剪切作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞和新結(jié)構(gòu)的形成，剪切應(yīng)力隨剪切速率的增加而增加說明了其剪切稀化行為。淀粉分子在受到外界剪切力作用下，其三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)受到一定破壞，當(dāng)剪切速率降低時(shí)，一部分鏈結(jié)構(gòu)會(huì)自發(fā)地回復(fù)到原來的形態(tài)，另一部分長鏈結(jié)構(gòu)在較短時(shí)間內(nèi)無法回復(fù)到原來形態(tài)，導(dǎo)致整個(gè)鏈結(jié)構(gòu)不能回復(fù)到平衡狀態(tài)，因此會(huì)構(gòu)成一個(gè)閉合的觸變環(huán)[17，28]為了進(jìn)一步研究剪切速率對(duì)玉米淀粉凝膠觸變行為的影響，試驗(yàn)采用冪律方程對(duì)觸變行為進(jìn)行擬合分析，結(jié)果如表3 所示，所有樣品的流體指數(shù)n均小于1，表明凝膠體系均是典型的假塑性流體，隨著微波功率密度的增加稠度系數(shù)K 呈先上升后下降的趨勢(shì)，流體指數(shù)n 呈相反的趨勢(shì)，表明微波功率密度在一定范圍內(nèi)（0.9～1.8 W/g），微波作用使淀粉分子間作用力增強(qiáng)，相互纏繞成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了流動(dòng)阻力，使K 值增加，n 值降低，假塑性增強(qiáng)。據(jù)報(bào)道，支鏈淀粉分子的減少可能會(huì)增加淀粉凝膠的流動(dòng)性，當(dāng)微波功率密度達(dá)到2.7 W/g 及以上時(shí)，過高的微波功率密度使玉米中支鏈淀粉分子受到嚴(yán)重?fù)p傷，進(jìn)而導(dǎo)致體系流動(dòng)性增加[29]，使K 值降低，n 值升高，假塑性減弱，結(jié)果與Chen 等[29]的研究相符。

表3 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉凝膠靜態(tài)流變曲線函數(shù)模型參數(shù)Table 3 Model parameters of the static rheological curve function of corn starch paste under the conditions of natural drying and different microwave power densities

圖3 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉凝膠的靜態(tài)流變曲線Fig. 3 Static rheological curves of corn starch paste under natural drying and different microwave power densities

2.5 微波功率密度對(duì)玉米籽粒中淀粉動(dòng)態(tài)流變學(xué)的影響

淀粉凝膠受到外界作用力會(huì)發(fā)生形變，表現(xiàn)為彈性性質(zhì)，作用力消失后，表現(xiàn)為黏性性質(zhì)，淀粉凝膠的動(dòng)態(tài)黏彈性主要與連續(xù)相中交聯(lián)密度、分散相之間的有效接觸、支鏈淀粉和直鏈淀粉之間的剛性及纏繞有關(guān)。儲(chǔ)能模量（G′）表示彈性行為，是儲(chǔ)存在淀粉凝膠中的能量，損耗模量（G″）表示黏性行為，是整個(gè)循環(huán)期間黏性耗散變形引起的能量損失，Tan δ=G″/G′，表示G′和G″之間的關(guān)系，其中tan δ<1 表示淀粉凝膠具有彈性優(yōu)于黏性的性質(zhì)[30]。由圖4 可知，所有樣品的tan δ 值均小于1，表明淀粉凝膠主要以彈性性質(zhì)為主，隨著角頻率增加Tan δ 呈先上升后下降的趨勢(shì)，這表明淀粉凝膠在低頻率掃描范圍內(nèi)流體性質(zhì)強(qiáng)于固體性質(zhì)，在高頻率掃描范圍內(nèi)固體性質(zhì)強(qiáng)于流體性質(zhì)，結(jié)果與許秀穎等[31]的研究一致。玉米經(jīng)自然干燥和微波干燥后，其淀粉凝膠的G′和G″值均隨頻率的增加而增加，顯示出頻率依賴性，表明它們均具有典型的凝膠狀特征，G′值均始終大于G″值，也表明淀粉凝膠主要以彈性性質(zhì)為主，其表現(xiàn)出典型的弱凝膠行為[32]。

圖4 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉凝膠的G′、G"和Tanδ 曲線Fig. 4 G′，G″ and Tanδ curves of corn starch paste under the conditions of natural drying and different microwave power densities

與自然干燥后的玉米相比，玉米經(jīng)微波干燥后，其淀粉凝膠的G′和G″發(fā)生明顯變化，且隨著微波功率密度的增加淀粉凝膠的G′和G″值均呈先升高后降低的趨勢(shì)，表明微波功率密度在一定范圍內(nèi)（0.9～1.8 W/g）微波作用可以通過增強(qiáng)淀粉分子鏈之間的相互作用增加凝膠的黏彈性，防止其在外力作用下變形。當(dāng)微波功率密度達(dá)到2.7 W/g 及以上時(shí)，玉米淀粉凝膠的G′和G″值均降低，表明高強(qiáng)度微波作用降低了凝膠的黏彈性，這是由于淀粉凝膠的穩(wěn)定性主要受長鏈淀粉分子的影響，高強(qiáng)度微波作用會(huì)導(dǎo)致淀粉中長鏈淀粉斷裂及重排，使淀粉凝膠體系長鏈淀粉分子占比降低，進(jìn)而使淀粉凝膠的黏彈性降低[33]。與RVA 糊化特性中峰值黏度的結(jié)果相符。通過流變學(xué)特性的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一定范圍內(nèi)的微波功率密度可以改善淀粉的黏彈性，將為加工黏彈性需求較高的產(chǎn)品提供參考和依據(jù)。

2.6 微波功率密度對(duì)玉米籽粒中淀粉凝膠硬度的影響

淀粉凝膠的硬度是評(píng)價(jià)淀粉類食品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，與直鏈淀粉和長鏈支鏈淀粉的含量有關(guān)[34]，一般情況下，硬度與淀粉類食品的品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。如圖5 所示，與自然干燥的玉米相比，玉米經(jīng)微波干燥后，其淀粉凝膠的硬度均顯著增加（P＜0.05），且凝膠硬度隨著微波功率密度的增加而增加，由333.40 N 增加到391.12 N，可能由于微波作用使玉米中部分長鏈支鏈淀粉發(fā)生斷裂，從而使直鏈淀粉含量增加，由于直鏈淀粉含量越高，淀粉分子間相互交聯(lián)的程度越大，導(dǎo)致淀粉凝膠的硬度增加[31]。與MPD-1.8 相比，當(dāng)微波功率密度達(dá)到2.7 W/g 時(shí)，凝膠硬度顯著增加，這表明高強(qiáng)度微波作用對(duì)玉米中長鏈支鏈淀粉分子的破壞更嚴(yán)重。

圖5 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉的凝膠硬度Fig. 5 Gel hardness of corn starch under natural drying and different microwave power densities

2.7 微波功率密度對(duì)玉米籽粒中淀粉溶脹度的影響

溶解度和膨脹度是評(píng)價(jià)淀粉類食品品質(zhì)的重要指標(biāo)，與淀粉的相對(duì)分子質(zhì)量、分子形狀、支鏈淀粉的結(jié)晶性有關(guān)[35]。如圖6 所示，與自然干燥的玉米相比，玉米經(jīng)微波干燥后，其淀粉的溶解度和膨脹度發(fā)生明顯變化。隨著微波功率密度的升高，玉米淀粉的溶解度呈先升高后降低的趨勢(shì)，在低微波功率密（0.9～1.8 W/g）條件下，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，暴露親水基團(tuán)，從而增加淀粉顆粒的親水性，進(jìn)而導(dǎo)致溶解度升高[36]。與MPD-1.8 相比，微波功率密度達(dá)到2.7 W/g 及以上時(shí)溶解度降低，由于高強(qiáng)度微波作用使玉米中支鏈淀粉受到嚴(yán)重破壞，從而導(dǎo)致支鏈淀粉和直鏈淀粉的分子間相互作用減弱，進(jìn)而導(dǎo)致溶解度降低[37]，結(jié)果與Ma等[26]的研究相符；玉米淀粉的膨脹度隨著微波功率密度的升高而降低，由于淀粉的膨脹度主要受支鏈淀粉的影響，直鏈淀粉則會(huì)抑制淀粉膨脹[22]，玉米在微波作用下支鏈淀粉會(huì)發(fā)生降解，導(dǎo)致雙螺旋結(jié)構(gòu)解離，淀粉鏈發(fā)生重新排列，進(jìn)而導(dǎo)致膨脹度降低[35]，與Wang 等[38]采用微波處理甘薯淀粉得到的結(jié)果相符。

圖6 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉溶脹度Fig. 6 Swelling degree of corn starch under natural drying and different microwave power densities

圖7 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉的熱力學(xué)曲線Fig. 7 Thermodynamic curves of corn starch under the conditions of natural drying and different microwave power densities

2.8 微波功率密度對(duì)玉米籽粒中淀粉粒徑分布的影響

比表面積能夠反映粉體粒徑的大小，比表面積越大表明粉體粒徑越小[39]，由表4 可知，玉米經(jīng)自然干燥后，其淀粉的體積平均徑為7.934 μm，粒徑小于3.736 μm 的顆粒占總顆粒的50%，玉米經(jīng)微波干燥后，其淀粉的中位徑和體積平均粒徑均增加，比表面積均減小，表明微波作用可以使玉米中淀粉的粒徑增加，是由于微波作用使玉米的溫度升高，使其內(nèi)部壓力增加，從而使淀粉顆粒膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致淀粉粒徑增加[40]，隨著微波功率密度的增加使淀粉顆粒的糊化程度增加，導(dǎo)致顆粒體積膨脹程度增加，進(jìn)而導(dǎo)致淀粉顆粒的粒徑增加，與Chen 等[41]的結(jié)果研究相符。

表4 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉粒徑分布Table 4 Particle size distribution of corn starch under the conditions of natural drying and different microwave power densities

2.9 微波功率密度對(duì)玉米籽粒中淀粉熱特性的影響

淀粉的熱特性是影響食品加工過程的重要性質(zhì)之一，與淀粉的相互作用、結(jié)晶度、顆粒大小和吸水能力有關(guān)。淀粉的熱焓值表明解開雙螺旋結(jié)構(gòu)所需要的能量，熱焓值的變化是由于顆粒的結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)中氫鍵或雙螺旋的破壞，可以反映淀粉分子鏈段有序性[22，42]。如表5 所示，玉米淀粉糊化過程中，所有樣品在54～82 ℃之間均出現(xiàn)一個(gè)窄而明顯的吸熱峰，起始溫度T0的變化范圍為54.36～59.55 ℃，峰值溫度Tp的變化范圍為67.03～69.09 ℃，終止溫度Tc的變化范圍為78.05～81.07 ℃，熱焓值的變化范圍為8.77～12.06 J/g，與周靜宜等[18]研究結(jié)果相符。與自然干燥的玉米相比，玉米經(jīng)微波干燥后，其淀粉的峰值溫度升高，熱焓值顯著降低，且隨著微波功率密度的增加玉米淀粉的峰值溫度呈上升趨勢(shì)，由67.03 ℃上升到69.09 ℃，與RVA 中糊化溫度上升相符，表明淀粉糊化延遲。玉米淀粉的熱焓值隨著微波功率密度的升高而降低，由于微波作用破壞了淀粉的結(jié)晶區(qū)，進(jìn)而破壞雙螺旋結(jié)構(gòu)，使淀粉分子鏈趨于無序化[43]，當(dāng)微波功率密度達(dá)到2.7 W/g 及以上時(shí)，玉米淀粉的熱焓值降低更明顯，表明高強(qiáng)度微波作用會(huì)嚴(yán)重破壞淀粉的結(jié)晶區(qū)。結(jié)果與Wang 等[40]的研究相符。

表5 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉的熱特性和有序度參數(shù)Table 5 Thermal properties and order degree parameters of corn starch under natural drying and different microwave power densities

2.10 不同微波功率密度處理后玉米淀粉紅外光譜（FT-IR）分析

玉米經(jīng)自然干燥和微波干燥后，其淀粉的FTIR 光譜如圖8 所示，在3 400 cm-1附近的寬峰是淀粉分子間氫鍵O-H 的伸縮振動(dòng)帶，2 930 cm-1附近的峰是C-H 的伸縮振動(dòng)特征峰，1 600 cm-1附近的峰與-CH2的振動(dòng)有關(guān)[44]。所有FTIR 光譜峰形均沒有顯著差異，均沒有出現(xiàn)新的峰值，表明玉米經(jīng)過微波干燥后，其淀粉沒有產(chǎn)生新基團(tuán)或化學(xué)鍵，未發(fā)生化學(xué)變化，與張吉軍等[27]的研究結(jié)果一致。玉米經(jīng)微波干燥后，其淀粉吸收峰的強(qiáng)度發(fā)生變化，表明對(duì)應(yīng)的化學(xué)鍵引起的振動(dòng)強(qiáng)度發(fā)生變化，這是由于玉米吸收微波能，分子振動(dòng)的強(qiáng)度變大。FTIR 光譜還可以觀察到淀粉的短程有序結(jié)構(gòu)，特別是雙螺旋結(jié)構(gòu)的變化，透光率在1 047 cm-1和1 022 cm-1處反映淀粉的結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)的結(jié)構(gòu)特征，比值R1047/1022用于描述淀粉顆粒的短程分子序[45]。如表5 所示，隨著微波功率密度的增加R1047/1022顯著降低（P＜0.05），從1.25 降低到1.09，是由于微波作用破壞了淀粉結(jié)晶區(qū)中的雙螺旋結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致淀粉分子的有序程度降低，與淀粉熱特性的結(jié)果相符。

圖8 自然干燥和不同微波功率密度作用條件下玉米淀粉的紅外光譜圖Fig. 8 Infrared spectra of corn starch under the conditions of natural drying and different microwave power densities

3 結(jié)論

本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，與自然干燥的玉米相比，玉米經(jīng)微波干燥后，其淀粉的理化性質(zhì)發(fā)生明顯變化。微波功率密度在0.9～1.8 W/g 范圍內(nèi)，玉米淀粉的峰值黏度、溶解度顯著增加，淀粉凝膠的黏彈性得到改善，淀粉的膨脹度有所降低，這些性質(zhì)會(huì)直接或間接影響到淀粉類食品的加工品質(zhì)。微波功率密度高于1.8 W/g 時(shí)，玉米淀粉的峰值黏度、膨脹度顯著降低，淀粉凝膠的硬度顯著增加，這會(huì)嚴(yán)重影響到淀粉類食品的感官特性。玉米經(jīng)微波干燥后，其含有的淀粉雖未發(fā)生化學(xué)變化，但熱焓值和有序度降低，粒徑增加。研究表明選擇微波功率密度為1.8 W/g、微波作用時(shí)間為2 min、緩蘇時(shí)間為4 min 作為玉米微波間歇干燥條件即可保證干燥速率也可保證其加工品質(zhì)。本研究結(jié)果將為玉米微波干燥產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及玉米深加工提供理論和數(shù)據(jù)支持。