淀粉糊化过程中小体形态变化和不完全糊化颗粒性质研究

摘要

淀粉结构分为颗粒、壳层、小体、分子四个层次，其中颗粒的构筑单元—小体是结构研究中的难点。将小体从颗粒中分离的方法尚未建立，目前对小体的研究多为原位形貌观察和尺寸估算，对淀粉糊化过程的研究，也仅限于颗粒层面。本课题组在前期研究中，对薯类（红薯、马铃薯、木薯），豆类（豌豆、绿豆），谷类（荞麦、玉米、小麦）淀粉的粒径、直链淀粉含量、热学性质、结晶性质等进行了测试，并观察到用不完全糊化法和酶解法处理后淀粉颗粒显露的小体。但糊化过程中小体的变化尚不清楚。
　　用快速黏度分析仪测定的红薯、马铃薯、木薯、豌豆、绿豆、荞麦、玉米和小麦淀粉的糊化温度依次为：74、70、72、71、72、72、89和93℃。在快速黏度分析仪测定糊化温度的标准程序基础上，通过降低淀粉乳浓度（5％降至1%），改变最高处理温度，设置从95℃分别降低至等于糊化温度，低于糊化温度5、10、15、20、25和30℃的加热程序，每种淀粉经过6-8个程序加热处理后，实现了糊化过程的分解。处理后的淀粉乳在室温下静置1 h，将上层和下层物质分别冻干，然后在扫描电镜下观察，建立了糊化过程中小体形态的观察法。主要研究内容及结果如下：
　　（1）八种淀粉小体膨胀能力存在差异，导致其糊化过程中形态变化不同。膨胀后的小体由球形变成纺锤形且不再单独存在，互相之间连接成串珠状。木薯淀粉小体形变最慢，可以观察到不同状态的小体，52℃加热后，观察到球形小体；62℃加热后，出现大量串珠状小体；72℃加热后，观察到正在融合的小体。绿豆、豌豆和玉米淀粉经过处理后观察到了球形小体和串珠状小体。马铃薯、红薯淀粉经处理后观察到串珠状小体；荞麦和小麦淀粉小体形变最快，仅观察到球形小体。八种淀粉经过95℃加热处理后，形成的凝胶结构也不同。红薯、木薯、绿豆、豌豆、玉米淀粉形成的凝胶可见网络结构，孔洞稀疏，其中木薯淀粉凝胶结构松散，呈线条状网络；马铃薯、荞麦、小麦淀粉形成的凝胶呈片层状，未见清晰的网孔结构，凝胶壁褶皱较多。
　　（2）根据木薯淀粉糊化过程中小体形态变化，首次从小体层面提出的糊化机理如下：小体在颗粒中以球形存在，颗粒在水中加热时吸水膨胀，破裂后释放出内部小体。水分子进入淀粉分子链之间，小体中高度紧凑折叠的分子逐渐伸展，与相邻小体的分子链连接，使得小体被拉长，从球形变成纺锤形，大量小体连接形成串珠状结构。吸水膨胀后的小体之间逐渐发生融合，这一阶段仍有以球形存在的小体。继续加热至高于糊化温度，小体形状消失，淀粉分子链高度伸展，连接形成三维凝胶网络结构。
　　（3）选择糊化程度为7.8%-32.6%的八种淀粉不完全糊化颗粒进行性质测试，并与原淀粉对比。薯类、豆类和荞麦淀粉的处理温度为低于糊化温度15℃，小麦和玉米淀粉处理温度为低于糊化温度30℃。差示扫描量热仪测定的热学特性结果表明，小麦淀粉经处理后吸热峰消失，其余七种淀粉经处理后峰强度降低，即热焓值减小。绿豆淀粉热焓值减小幅度最大，从18.2J/g减少至5.1J/g，减小了72.0%。X射线衍射仪测定的结晶性质结果表明，八种淀粉经处理后衍射峰强度降低，即相对结晶度减小，马铃薯淀粉减小幅度最大，相对结晶度从30%降低至8%，减小了73.3%。绿豆与豌豆淀粉的晶型由C型变成A型。傅里叶红外光谱仪测定的有序结构结果表明，八种淀粉经处理后未出现新的吸收峰，即淀粉分子结构没有改变。但代表颗粒结晶区的1047cm-1处的特征峰与无定形区的1020cm-1处峰强度比值降低，说明处理后淀粉颗粒内部部分有序结构被破坏。

目录

1 前言

1.1 淀粉的概述

1.2 淀粉的性质

1.2.1 淀粉的糊化性质

1.2.2 淀粉的热学性质

1.2.3 淀粉的结晶性质

1.2.4 淀粉的凝胶性质

1.3 淀粉多层级结构

1.3.1 淀粉颗粒结构

1.3.2 淀粉小体结构

1.3.3 淀粉分子结构

1.3.4 淀粉壳层结构

1.4 显微镜技术在淀粉研究中的应用

1.4.1 扫描电子显微镜的应用

1.4.2 透射电子显微镜的应用

1.4.3 原子力显微镜的应用

1.5 国内外研究进展

1.5.1 淀粉小体结构的研究进展

1.5.2 淀粉糊化特性的研究进展

1.6 本课题目的、意义及主要研究内容

1.6.1 本课题的目的与意义

1.6.2 本课题主要研究内容

2 实验材料与方法

2.1 材料与仪器

2.1.1 原料与试剂

2.1.2 主要仪器设备

2.2 实验方法

2.2.1 淀粉糊化特性的测定

2.2.2 淀粉糊化过程分解法的建立

2.2.3 淀粉糊化程度的测定

2.2.4 不同加热程序处理后样品的扫描电镜观察

2.2.5 不完全糊化颗粒热学性质测试

2.2.6 不完全糊化颗粒结晶性质测试

2.2.7 不完全糊化颗粒有序结构测试

2.2.8 统计分析

3 结果与讨论

3.1 淀粉糊化特性测试结果

3.2 淀粉糊化过程分解法

3.2.1 八种淀粉糊化过程分解法的加热程序设定

3.2.2 八种淀粉糊化过程分解法的黏度表征

3.3 淀粉糊化程度测定结果

3.4 不同加热程序处理后样品的扫描电镜观察结果

3.5 淀粉糊化过程小体形态变化模型图

3.6 不完全糊化颗粒性质测试结果

3.6.1 热学性质测试结果

3.6.2 结晶性质测试结果

3.6.3 有序结构测试结果

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

5 论文创新点

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

攻读学位期间参加的学术会议情况

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