微波辐射对玉米淀粉性质的影响概要.docx
《微波辐射对玉米淀粉性质的影响概要.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微波辐射对玉米淀粉性质的影响概要.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
微波辐射对玉米淀粉性质的影响概要
微波辐射对玉米淀粉膨润性和热学性质的影响
食品科学与工程专业***
指导教师***
摘要：
本文采用差示扫描量热仪等测定了不同微波功率处理60S和700W下处理不同时间对玉米淀粉膨润和热学性质的影响。
结果表明，不同时间下膨胀度在55℃和95℃下降低，75℃时变化不明显。
不同功率下，55℃和95℃时，功率增加，膨胀度减小，75℃变化不明显。
不同时间下，55℃溶解度先升高后降低，95℃先降低后升高，75℃变化不太明显。
不同功率下，55℃462W溶解度升高，75℃462W溶解度降低，700W溶解度升高,95℃降低。
不同时间下，55℃、75℃及95℃持水力均降低。
不同功率下，55℃及95℃时持水力下降，75℃时，462W持水力增加，其他功率持水力降低。
不同时间下，T0降低，TP除120S外都降低。
TC先降低后升高，TC-T0显著升高，△H降低。
不同功率下，除280W外其他功率T0和TP都降低，TC-T0显著升高，△H降低。
关键词：
微波辐射；玉米淀粉；膨润性质；热学性质
Effectoncornstarchswellingandthermalpropertiesofmicrowaveradiation
StudentmajoringinFoodScienceandEngineering***
Tutor***
Abstract:
Inthispaper,theeffectofdifferentmicrowavepowerfor60Sand700Wunderdifferenttreatingtimeontheswellingandthermalpropertiesofcornstarchweredeterminedbydifferentialscanningcalorimetry.Theresultsshowthat,differenttimeexpansiondegreeat55℃and95℃of75℃lower,noobviouschange.Underdifferentpower,55℃and95℃,powerincrease,swellingdecreases,75℃didnotchangesignificantly.Differenttime,55℃solubilityincreasedfirstandthendecreased,decreasedfirstandthenincreased95℃,75℃changeisnotobvious.Underdifferentpower,thesolubilityof462Wincreased55℃,75℃lowersolubilityof462W,700Wsolubilityincreased,95℃decrease.Differenttime,55℃,75℃and95℃waterholdingcapacitydecreased.Underdifferentpower,55℃and95℃waterholdingcapacitydecreased,75℃,462Wretentionincreased,waterholdingcapacityofotherpowerreduction.Differenttime,decreasedT0,TPexcept120Sarereduced.TCfirstdecreasedandthenincreased,TC-T0significantlyreduced,△H.Underdifferentpower,exceptfor280WpowerT0andTPreducedsignificantly,TC-T0,△Hdecreased.
Keywords:
microwaveradiation;cornstarch;swellingproperty;thermalproperties
1前言
1.1论文的研究目的及意义
淀粉在我国的来源非常广泛，价格又非常便宜，是一种天然的多糖大分子，最主要的是它属于可再生大分子[1]。
玉米在世界粮食作物中占有很重要的地位，其产量跃居粮食种类第一名。
我国淀粉生产原料绝大部分是玉米，玉米淀粉广泛应用于工业中。
例如，玉米淀粉是生产粉丝、粉条、肉制品等的原料，可用于生产赖氨酸、味精、氨基酸、柠檬酸等。
淀粉在食品加工过程中转换为一种结构成分，加热其溶液可增稠和凝胶，然而，由于淀粉具有亲水性强且易老化的特点，而使淀粉在个别领域的发展受到一定局限[2]。
生产加工成品的食品质量与玉米淀粉的质量与性质息息相关，因此呈现不同性质的玉米淀粉对于食品的生产具有重要意义，因此有必要采取措施对玉米淀粉品质进行改善和改变。
微波是一种电磁波，频率从300MHZ到300GHZ不等[3]，微波在电场下对带电粒子作用，使带电粒子转动或转移，极性分子进一步极化。
玉米淀粉中的水分子是极性分子。
在微波处理的作用下，玉米淀粉的极性取向将随着外电场的性质的变化而变化。
使水分子产生了自旋运动的效应，这个时候微波场的场能转化为介质物质内的热能，从而让玉米淀粉的温度逐渐升高，产生了热化等一系列的物化过程，从而达到了微波加热的目的。
因此通常使用微波来达到干燥、杀菌、解冻、催化反应等目的[4]。
由于微波具有高效节能等特殊的加热性质，它开始作为一种节时方便的加热能源广泛运用于食品领域[5]。
微波辐射处理玉米淀粉能够改善玉米淀粉容易糊化和老化的特性，使得玉米淀粉能够生产加工出更加理想的产品，拓宽玉米淀粉在食品领域中的应用。
因此本文研究不同微波功率和700W下不同微波处理时间对淀粉膨润性质和热学性质的影响，为微波玉米淀粉的工业化生产提供理论依据。
1.2国内外研究现状
微波加工是使物料分子的偶极矩在高频振荡的电磁波下发生高速定向转动面产生摩擦的一种处理方式。
微波是一种新型的加热技术，对食品的色泽，风味及影响备受关注[6]。
淀粉分为两种：
支链淀粉和直链淀粉。
淀粉是食品的主要成分之一，赋予了食品特殊的结构和质地。
研究微波加热对淀粉性质的影响有很重要的意义，微波辐射使得淀粉性质发生改变，这是因为介质在微波辐射的作用下发生了热效应和电磁效应，使直链淀粉和支链淀粉发生降解。
1.3微波处理对玉米淀粉性质影响的研究现状
1.3.1微波对玉米淀粉形态及微观影响的研究现状
淀粉颗粒的形状和微观结构影响淀粉的流变学特性和回生抗性等性质。
微波加热的方式导致淀粉颗粒的微观结构，分子结构发生变化，从而改变了淀粉的性质。
微波处理过的淀粉形状和大小并未发生显著改变，但淀粉表面出现小孔而变得更加粗糙。
微波加热时颗粒内部由于受热产生热量，内部水分蒸发，破坏了表面的结构；微波场的电磁波使淀粉分子定向转动，淀粉的颗粒结构发生重新排列[7]。
1.3.2微波辐射对淀粉糊化性质影响的研究现状
淀粉糊化性质是反映淀粉质量好坏的一个重要指标，影响着淀粉加工的质量，淀粉颗粒间是以氢键的形式结合，糊化使分子间的氢键发生断裂，水分子进入微晶结构中，增加了分子间的混乱度，使得淀粉粘度增加，淀粉加工过程中，糊化淀粉的特有口感等都来自于淀粉的糊化性质[8]。
1.3.3微波对淀粉流变学性质影响的研究现状
食品流变学是食品力学研究中发展最早的一项，它的两大基础是流体力学理论和黏弹性理论。
淀粉的流变学特性的测定参数很多，研究起来比较复杂。
许永亮等[9]在研究大米淀粉的微波糊化过程中发现大米淀粉糊是假塑性流体，当温度和剪切速率相同时，水浴加热过的淀粉糊的切应力相对微波加热过的要小，原因是淀粉糊化之后淀粉颗粒破碎的比较多。
微波辐射淀粉的过程中，微波的功率和时间对淀粉性质的改变效果都有影响，与原淀粉相比，微波处理过的淀粉的峰值粘度降低，糊化温度升高，微波功率增加或时间延长都会使此趋势更明显。
与一般的加热糊化相比，微波使玉米淀粉糊化更加完整[10]。
1.3.4微波对淀粉回生抗性影响的研究现状
抗性淀粉（RS）分为四类：
RS1、RS2、RS3、RS4。
其中RS3即回生淀粉是指糊化后的淀粉在保存或者冷却的过程中部分重结晶[11]，是研究者最感兴趣的一项。
研究表明，RS3抗性淀粉的产量可以通过生产条件的控制得以提升，这是因为淀粉分子在凝沉的过程中重新聚集从而排成更加有序的结晶结构，由于产生了结晶区，淀粉酶活性基因的结合部位与淀粉分子不能结合，并使淀粉酶不能靠近结晶区的葡萄糖苷键，从而使淀粉酶作用不完全，淀粉便产生了酶抗性。
总之，老化淀粉重结晶后就是抗性淀粉[12]。
微波辐射制备抗性淀粉时候的主要机理如下：
1.微波处理时，淀粉分子的氢键断开，冷却时氢键重新在相邻的直链淀粉间形成，这就是淀粉老化。
2.极性分子汽化提供微波辐射的内动力，在这个过程中淀粉糊化，淀粉长生多孔网状结构，促进酶的进一步作用。
3.微波反应非常彻底，时间短效率高，大大缩短了工艺时间[13]。
1.3.5微波对淀粉凝胶性影响的研究现状
加热淀粉液，淀粉颗粒内的分子振动随加热时间的延长和温度的上升而加剧，淀粉分子间的氢键发生了断裂，从而使水分子和淀粉分子有较多位点发生氢键结合，与此同时，结晶区的数目和大小也减少。
继续加热，淀粉颗粒发生膨胀，且这种膨胀不可逆。
这个时候，由于水合作用支链淀粉出现无规则卷曲，破坏了淀粉分子的有序结构，最后转变成完全的无序状况，双折射和结晶也消失，此过程为淀粉凝胶化[14]。
研究显示，淀粉的含水量大小显著影响微波辐射对淀粉的作用[15]。
淀粉的含水量高，淀粉内的极性分子就越多，吸收微波的能力就越强，加热时淀粉糊中水分蒸发机会越多从而越剧烈。
这种现象的原因是，水分子是淀粉糊的主要极性分子，每个水分子在电磁场高频的作用下都发生高频振动，分子间剧烈摩擦，淀粉糊温度升高，高频电磁场能就转换成了热能。
干淀粉颗粒经过微波照射后粘度迅速降低，凝胶化的温度不变，当淀粉糊的含水量在20%到35%之间时，粘度下降的程度降低，凝胶化温度会上升[16]。
1.4论文的研究内容
（1）以膨胀度，溶解度，持水力为指标，研究不同微波功率处理60S和700W下不同微波处理时间对玉米淀粉膨润性质的影响。
（2）以初始温度，峰值温度，最终温度，焓值为指标，研究不同微波功率处理60S和700W下不同微波处理时间对玉米淀粉热学性质的影响。
2材料与方法
2.1试验材料
普通玉米淀粉（CCS，水分13.2%，直链淀粉35.3%）：
山东东都食品有限公司
2.2试验仪器
微波炉：
P70D20L-DE（WO）型，广东格兰仕微波炉电器制造有限公司；
分析天平：
MSNewClass瑞士Mettler-Toledo集团；
低速离心机：
LXJ-IIB型，上海安亭科学仪器厂；
恒温磁力搅拌器：
85-2型，北京华人新创科技有限公司；
DSC1型差示扫描量热仪：
瑞士Mettler-Toledo集团
2.3试验方法
2.3.1样品水分含量的测定
参照GB5009.3-2010——《食品国家标准食品中水分的测定》的直接干燥法测定。
2.3.2样品制备
称取原淀粉，调节水分含量为30%后在不同微波功率下处理60S和700W微波功率下处理不同时间，放入烘箱中烘干研磨过100目筛后备用。
2.3.3玉米淀粉膨润性质测定
配制2%（w/w，干基计）的淀粉悬浊液于离心管里混匀，于55、75、95℃下水浴半小时，上下摇晃以防下部淀粉结块，影响糊化，冷却后以3000r/min离心20min，吸管吸取上清液放入平皿，将平皿与离心管放入105℃烘箱中烘干，参照参考文献[17]进行计算膨胀度、溶解度和持水力。
结果取2次试验的平均值。
2.3.4玉米淀粉热学性质测定
参照参考文献[18]的方法，配制淀粉与水的比例为1∶3的淀粉乳，称取30μg放入40μL的铝坩埚中，压盖后放入仪器内的样品座，用空的参比池做参比物，通氮气，扫描温度范围为30~100℃，扫描速率为10℃/min，氮气速率是50ml/min。
记录起始糊化温度（T0）、峰值温度（Tp）、终止糊化温度（Tc）和糊化焓（△H0）。
3结果与分析
3.1微波处理对玉米淀粉膨润性质的影响
3.1.1700W下不同时间微波处理对玉米淀粉膨胀度的影响
图1700W下不同时间微波处理对玉米淀粉膨胀度的影响
Fig.1Effectof700Wmicrowavetreatmentatdifferenttimeontheswellingcapacityofcornstarch
由图1可以看出，与对照（原淀粉）相比，经过微波辐射30s的淀粉在55℃和95℃下的膨胀度都有所降低，75℃下的膨胀度变化不明显。
60s、90s及120s微波处理的淀粉相对于原淀粉膨胀度均下降。
淀粉颗粒的膨胀是开始于相对松散的无定形区，其次是靠近结晶区的无定形，最后是结晶区。
淀粉颗粒膨胀是先从相对松散的无定型区开始的，其次是靠近结晶区的无定型区，然后才是结晶区[19]。
淀粉颗粒内键结合程度取决于淀粉膨胀度和溶解度的大小[20]。
Morriso[21]研究表明，膨胀主要取决于支链淀粉特性，稀释剂的作用由直链淀粉来完成。
膨胀主要是支链淀粉的特性。
膨胀度降低可能是因为支链淀粉的数量随着微波处理时间延长与温度升高而减少[22]。
3.1.2不同功率微波处理60S对玉米淀粉膨胀度的影响
图2不同微波功率处理60S对玉米淀粉膨胀度的影响
Fig.2Effectofdifferentmicrowavepowertreatmentat60Sontheswellingcapacityofcornstarch
在55℃时，随着功率的增加，玉米淀粉的膨胀度呈逐渐减小的趋势。
在75℃时，膨胀度的变化不是很明显。
在95℃时，微波处理的淀粉的膨胀度都为下降趋势。
经微波辐射后，玉米淀粉的膨胀度有所下降，可能由于淀粉颗粒内部大分子链发生重排。
Lewandowicz等[23]的研究证明马铃薯淀粉和木薯淀粉经微波加热辐射后的淀粉的大分子链之间的结合力减弱，使膨胀度降低。
3.1.3700W下不同时间微波处理对玉米淀粉溶解度的影响
图3700W下不同时间微波处理对玉米淀粉溶解度的影响
Fig.3Effectof700Wmicrowavetreatmentatdifferenttimeonthesolubilityofcornstarch
由图3可知，当温度为55℃时，除120s外，溶解度均较原淀粉上升。
75℃时，微波处理的淀粉相对原淀粉来说，溶解度均下降，95℃时微波处理过的原淀粉依然是下降的趋势，随着温度的升高，同一种淀粉的溶解度明显升高。
溶解度反映的是淀粉与水分子之间的相互作用的大小，此结果可能是因为微波使淀粉内部结晶区内的淀粉分子发生重新排列，使得分子内连接发生在直链淀粉或直链淀粉和支链淀粉间[24]。
3.1.4不同功率微波处理60S对玉米淀粉溶解度的影响
图4不同微波功率处理60S对玉米淀粉溶解度的影响
Fig.4Effectofdifferentmicrowavepowertreatmentat60Sonthesolubilityofcornstarch
有图4可知，在55℃时，只有微波功率为462w处理的玉米淀粉的溶解度比未经微波处理的有所升高，其他功率都略有降低，趋势不明显。
在75℃时，微波功率462w处理的玉米淀粉的溶解度比原淀粉显著降低，而其中只有700w微波处理的玉米淀粉升高了其溶解度，其他功率都略有降低，趋势不明显。
在95℃时，微波处理的玉米淀粉的溶解度比未经微波处理的显著降低。
3.1.5700W下不同时间微波处理对玉米淀粉持水力的影响
图5700W下不同时间微波处理对玉米淀粉持水力的影响
Fig.5Effectof700Wmicrowavetreatmentatdifferenttimeonthewater-holdingpowerofcornstarch
由图5可以看出，与对照相比，55℃、75℃及95℃下，微波淀粉均较原淀粉来说，持水力降低，微波处理使得淀粉的持水力呈现下降的趋势，但随着温度的升高，淀粉的持水力也升高。
3.1.6不同功率微波处理60S对玉米淀粉持水力的影响
图6不同功率下微波处理60S对玉米淀粉的持水力的影响
Fig.6Effectofdifferentmicrowavepowertreatmentat60Sonthewater-holdingpowerofcornstarch
由图6可知，在55℃时，随微波处理功率的增加，玉米淀粉的持水力呈下降趋势。
在75℃时，只有微波功率为462w的玉米淀粉持水力增加，其他功率处理的淀粉的持水力都有所降低。
在95℃时，随微波处理功率的增加，玉米淀粉的持水力呈下降趋势。
Abraham等的报道也表明木薯淀粉经微波加热辐射后的持水力降低[25]。
3.2微波处理对玉米淀粉热学性质的影响
3.2.1不同功率下微波处理60S对玉米淀粉热学性质的影响
表1不同功率下微波处理60S对玉米淀粉热学性质的影响
Tab.1Effectofdifferentmicrowavepowertreatmentat60Sonthethermalpropertiesofcornstarch
微波功率（W）
T0
（℃）
TP
（℃）
TC
（℃）
TC—T0
（℃）
ΔH
（J/g）
0（原淀粉）
67.23
72.04
76.90
9.67
13.06
280
67.43
72.475
78.35
16.28
11.085
462
66.815
71.74
76.925
15.205
11.505
595
66.875
71.85
76.895
15.015
9.485
700
66.455
71.465
76.49
15.045
11.14
T0代表起始温度、TP代表峰值温度、Tc为终止温度。
周围的无定型区控制淀粉的这三个温度。
如表1所示，微波处理的淀粉T0除280w外都比原淀粉的温度降低了。
T0的降低表明了淀粉内部最弱结晶体糊化温度的降低。
除280w外其他功率下微波处理过的淀粉TP都比原淀粉有所降低。
Tc呈先升高再减低的趋势，则表明280w和462w淀粉内部形成了更强的结晶，在595w时于原淀粉温度一致，而700w时则低于原淀粉，说明700W下的微波淀粉可以很好的溶解淀粉结晶。
经微波处理后的淀粉TC－T0都显著高于原淀粉4℃左右，反映了淀粉内部颗粒结晶体的异种化程度明显升高，表明在微波处理淀粉的过程中，直链淀粉与支链淀粉、直链淀粉与支链淀粉之间相互作用产生了稳定性不同的结晶体，并于原淀粉的结晶体不同。
经过微波处理后的淀粉ΔH均显著的低于原淀粉。
焓变是淀粉单位质量的吸热能力，经过微波处理后的淀粉ΔH的降低表明该淀粉结构松散，糊化所需能量较小，结晶度降低。
Gidley.M.J.[26]认为ΔH主要反映的不是晶体结构而是双螺旋结构的消失。
表明在微波处理淀粉的而过程中一些存在于无定形区和淀粉颗粒内部结晶区双螺旋结构遭到破坏。
3.2.2700W下不同时间微波处理对玉米淀粉热学性质的影响
表2.700W下不同时间微波处理对玉米淀粉热学性质的影响
Tab.2Effectof700Wmicrowavetreatmentatdifferenttimeonthethermalpropertiesofcornstarch
700W下处理时间（S）
T0
（℃）
Tp
（℃）
Tc
（℃）
Tc-T0
（℃）
ΔH
（J/g）
0（原淀粉）
67.23
72.04
76.90
9.67
13.06
30
66.73
71.51
76.33
9.90
11.41
60
66.46
71.47
76.49
10.03
11.14
90
66.93
72.01
77.32
13.39
10.26
120
66.99
72.17
77.54
10.55
8.86
表2为相同功率700W下不同时间微波处理淀粉糊的转化温度和焓值，反映了微波处理后的淀粉起始温度峰值温度比原淀粉来说有所降低，但峰值温度和终止温度都随着淀粉微波辐射时间的延长慢慢回升。
淀粉的TＣ－T0反映淀粉内部颗粒分子之间的多样化，值越大多样化程度越高[27]。
糊化过程的ΔH反映了淀粉单位质量的吸热能力，即淀粉糊化所需的能量越高，其结晶度越高，结构越稳定，所需的糊化温度就越高，ΔH越大。
如表2所示，不同微波处理时间的淀粉相较原淀粉的ΔH呈明显下降趋势，随着处理时间的延长焓值下降。
4讨论
（1）不同时间下膨胀度在55℃和95℃下降低，75℃时变化不明显。
不同功率下，55℃及95℃时，随功率增加，膨胀度减小，75℃时变化不明显。
（2）不同时间下，55℃溶解度先升高后降低，95℃先降低后升高，75℃变化不太明显。
不同功率下，55℃462W溶解度升高，75℃462W溶解度降低，700W溶解度升高，95℃时溶解度降低。
（3）不同时间下，55℃、75℃及95℃持水力均降低。
不同功率下，55℃及95℃时持水力下降，75℃时，462W持水力增加，其他功率持水力降低。
（4）不同时间下，T0降低，TP除120S外都降低。
TC先降低后升高，TC-T0显著升高，△H降低。
不同功率下，除280W外其他功率T0和TP都降低，TC-T0显著升高，△H降低。
致谢
至此，论文全部结束；时间飞逝，四年大学时光伴随着论文接近尾声。
离别在即，站在人生的转折点上，我感慨颇多，四年里，老师的谆谆教导、同学的互帮互助使我获得许多成长与心得。
感谢青农在我四年的大学生活当中对我的教育与培养，感谢农大食品学院的所有专业老师，没有你们的辛勤劳动，就没有我们今日的满载而归，感谢大学四年曾经帮助过我的所有同学。
本文是在张晶老师的悉心指导下完成的。
张老师渊博宽广的学识和严谨求学的治学态度以及吃苦耐劳的精神，深深地感染了我，使我受益匪浅，也对我以后的学习生涯有很大的帮助。
在此，我要向张老师表示最诚挚的感谢！
此外，要感谢N111实验室的师姐秦福敏对我的热情帮助和鼓励，对我的实验和论文进行了细心的指导和帮助，使我的课题得以顺利的完成，在此，我要向她表达诚挚的谢意。
最后要感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版的过程中提供热情的帮助。
由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
值此论文完成之际，衷心祝愿各位老师、同学身体健康，心想事成！
参考文献:
[1]AlaviS,FoodResearchInternational.2003,36:
307-308
[2]徐丽霞，扶雄，冯江伟.微波改性玉米淀粉的制备及其粘度性质的研究[J].食品工业科技，2009,4:
230-232
[3]邱怡，叶君，熊键.微波辐射对淀粉结构及性质的影响[J].高分子通报，2007,2（57）:
2.
[4]SimingZhao
升级会员 