热风和真空干燥玉米淀粉颗粒形貌及偏光特征变化

张玉荣,周显青,刘 通

(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052)

热风和真空干燥玉米淀粉颗粒形貌及偏光特征变化

张玉荣,周显青＊,刘 通

(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052)

为了探明干燥方式和条件对玉米淀粉颗粒特性的影响,对热风和真空干燥后玉米的淀粉颗粒形貌及偏光十字特征进行了分析.结果表明:原料玉米、自然干燥和低温干燥淀粉颗粒的粒形完好,有明亮的偏光十字;而高温干燥下淀粉颗粒的偏光十字出现偏移和模糊.观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质特性.

谷物;干燥;淀粉;形貌;偏光特征

0 引言

干燥过程中,玉米淀粉发生着不同程度的变化,研究干燥玉米淀粉颗粒形貌及偏光十字特征变化更能直接地反映玉米的干燥品质.刘培玲等[1]研究发现,湿热处理可使玉米淀粉颗粒的偏光十字消失.扶雄等[2]研究了微波场对玉米淀粉颗粒性质的影响,结果表明,微波没有使淀粉的偏光十字消失,颗粒形貌没有发生变化.而陆冬梅[3]的研究发现,微波下玉米的偏光十字发生了变化.刘延奇等[4]的研究表明,超高压处理对脱脂马铃薯淀粉结晶结构会产生较大影响.但关于不同干燥条件对玉米淀粉形态结构的影响未见报道.由此,作者以原料玉米和自然干燥玉米为标准,对热风干燥和真空干燥玉米的淀粉颗粒形貌及偏光十字特征进行显微镜观察分析,为干燥玉米的品质变化机理及评价提供依据.

1 材料与方法

1.1 试验原料

玉米:吉林产马齿形黄玉米 (水分含量28.8%),2007收获于长春,无破损粒、霉变粒.试验所需观测的试验样品如表1所示.

表1 试验原料

1.2 主要仪器

Leica DM 2500P偏光显微镜 (配置 130万像素的摄像头):德国.

1.3 试验方法

1.3.1 干燥玉米样品制备

自然干燥:取初始水分含量为 28.8%的原料玉米在平均温度为 20℃自然环境下晾晒 12 h.

热风干燥:分别称取 120 g初始水分含量为28.8%的玉米,均匀平摊于Φ4.0 mm筛网上,料层厚度约 10 mm,置于 45℃、90℃的电热鼓风干燥箱 (T±1℃)中鼓风干燥,干燥结束后样品于35℃下缓苏,缓苏时间︰干燥时间 =5︰1.缓苏结束后,各样品于室温下放置 24 h后于 4℃冰箱中冷藏.

真空干燥:分别称取 120 g初始水分含量为28.8%的玉米,均匀平摊于托盘中,料层厚度约为单粒粮层,置于 45℃、90℃的真空干燥箱 (T±1℃)中干燥,开启真空泵使真空度迅速达到-0.09 MPa.干燥结束后样品于 35℃下缓苏,缓苏时间︰干燥时间 =5︰1.缓苏结束后,各样品于室温下放置 24 h后于 4℃冰箱中冷藏.

1.3.2 淀粉颗粒微观结构

制片:任选 4～5粒玉米籽粒,分别切去籽粒顶端的纤维层,取靠近籽粒顶端的淀粉,置于载玻片上,并轻轻摇动载玻片,使淀粉粒分布均匀,用吸耳球轻吹载玻片表面,使淀粉颗粒形成薄薄的一层,用于镜检.

摄像:将处理好的待测淀粉样品,放入显微镜样品台,调节物镜和光线的强度于观察的最佳状态,放大倍数为 500倍,先在普通光线下拍摄淀粉的颗粒形貌,然后选择偏振光线,观察和拍摄淀粉颗粒的偏光十字.

2 结果与分析

2.1 玉米淀粉的颗粒形貌特征对比

显微镜调至最佳位置后,依次观察 6个玉米样品的淀粉颗粒的形貌特征,见图 1.

图1 淀粉颗粒的形貌特征 (×500)

从图 1(1)中可看出原料玉米淀粉的颗粒外形为多角形,颗粒表面具有多个平面和棱角,存在明显的脐心,且能观察到明显的轮纹.在图 1(2)、(4)和 (5)中可以比较清楚地观察到,多数淀粉颗粒存在脐点,而且位于淀粉颗粒的中心处,在个别玉米淀粉颗粒上还观察到存在的轮纹,而且是以颗粒脐点为中心向颗粒的四周逐渐扩散,说明自然干燥和低温干燥下玉米淀粉形态保留完好.图1中 (3)和 (6)为 90℃热风和真空干燥的淀粉形态,淀粉颗粒仍保留有较为明显的脐心,但淀粉的轮纹变得模糊而无规律性,尤其是热风干燥,这种现象更为明显,表明干燥温度为 90℃时淀粉已有部分糊化.

2.2 玉米淀粉颗粒的粒径对比

利用显微镜自带的处理软件对拍摄出的 6个玉米样品的粒径进行分析,同一种样品选取大多数粒径相同的淀粉颗粒,对于圆形颗粒量取其直径作为粒径,对于椭圆形颗粒量取其长径和短径的平均值作为粒径,对每个样品颗粒的粒径的平均值统计,结果见表2.

表2 玉米淀粉粒径

从表2可知,原料玉米淀粉颗粒的粒径最大,可能是淀粉颗粒水分含量高使颗粒膨胀,干燥玉米样品的平均颗粒粒径均在 11μm左右,干燥后的颗粒形状规则,仅 90℃热风干燥的玉米样品部分颗粒出现凹陷,说明干燥对玉米粒径影响较小.

2.3 玉米淀粉颗粒的偏光十字特征对比

6个玉米样品的偏光十字特征见图 2.

图2 淀粉颗粒的偏光特征 (×500)

图 2中 (1)为原料玉米淀粉偏光十字,其偏光十字明亮清晰,淀粉颗粒的偏光十字保持完好,表明原料淀粉是典型的球晶结构,为多晶颗粒体系.图 2中 (2)、(5)、(4)分别为 45℃热风、真空干燥玉米和自然干燥玉米的淀粉颗粒偏光十字,可以看出淀粉颗粒有非常清晰明亮的偏光十字,并且大多数呈正“十”字形,与原料玉米淀粉颗粒非常相近,表明自然干燥和低温干燥均对淀粉颗粒的特性影响较小.图 2中 (3)、(6)为热风和真空干燥温度为 90℃时的玉米淀粉颗粒偏光十字图,看到较小的淀粉颗粒仍有较为清晰的偏光十字,而较大的淀粉颗粒偏光十字变得暗淡、残缺和模糊,且不在颗粒的中央,表明 90℃干燥下玉米淀粉颗粒形貌发生变化,这是由于高温干燥时的淀粉颗粒被轻度糊化所致,而这种作用热风干燥比真空干燥更明显.偏光十字的产生是由于淀粉颗粒内部存在着两种不同的结构即结晶结构和无定形结构的缘故[4],糊化的淀粉颗粒内部分子链有序排列的结晶结构会受到破坏,偏光十字就会消失,因此淀粉颗粒偏光十字的变化一定程度上可反映淀粉颗粒结晶结构的变化.

3 讨论

淀粉颗粒内部存在着两种不同的结构即结晶结构和无定形结构,在结晶区淀粉分子链是有序排列的,而在无定形区淀粉分子链是无序排列的,这两种结构在密度和折射率上存在差别,即产生各向异性现象,从而在偏振光通过淀粉颗粒时形成了偏光十字[5].关于在淀粉颗粒中水分是否参与淀粉的结晶一直存在着两种不同的观点:一种观点认为淀粉在逐步加热干燥脱水的过程中,淀粉颗粒由结晶结构转化为无定形结构的原因是颗粒中含有的水分子参与了结晶,由于干燥使水分子脱去,淀粉的结晶结构被破坏而最后过渡为无定形结构[6].干燥过程不仅使胚乳中产生应力裂纹,而且破坏了胚乳的结构,淀粉颗粒由多晶颗粒态向非晶颗粒态转变,观察到的淀粉形态和偏光十字就会变化,本试验的结果表明,原料玉米淀粉颗粒和低温干燥淀粉颗粒的脐点和偏光十字保留完好,淀粉颗粒粒径变化不大,而高温干燥下的淀粉颗粒的脐点和偏光十字变得模糊.刘延奇等[7]研究超高压对玉米淀粉颗粒结构的影响时发现,当压力处理强度和时间超过一定值时玉米淀粉颗粒偏光十字从中心部位开始变得模糊,淀粉核心部分开始出现少量裂缝.当淀粉粒充分膨胀,压碎或受热干燥时,晶体结构即行消失,分子排列变成无定形,这时偏光十字就会消失[8].由此,通过观察玉米干燥后的淀粉形态和偏光十字可以直接地反映干燥玉米的品质.

4 结论

原料玉米、自然干燥和低温干燥淀粉颗粒的粒形完好,多数存在明显脐心,有明亮的偏光十字;而高温干燥下的淀粉颗粒的脐点和偏光十字出现偏移和模糊,只有小颗粒保留明显的偏光十字;干燥后玉米的粒径变化较小.通过观察玉米干燥后的淀粉形貌和偏光十字来反映干燥玉米的品质更为简洁.但由于本研究采用的显微镜放大倍数的限制,可能还不足够反映出干燥玉米淀粉颗粒形貌特征的变化,对玉米干燥后用淀粉微观来反映干燥品质有待进一步研究.

[1] 刘培玲,张本山.中等水分含量湿热处理对玉米淀粉颗粒非晶化的影响[J].食品科技,2007(11):33-35.

[2] 扶雄,罗志刚,罗发兴.微波场对玉米淀粉颗粒性质影响的研究[J].粮食与饲料工业,2007(5):19-20.

[3] 陆冬梅,杨连生.水分对微波变性木薯淀粉晶体颗粒态的影响[J].化学工业与工程技术,2005,26(4):10-13.

[4] 刘延奇,周婧琦,赵光远,等.超高压处理对脱脂马铃薯淀粉结晶结构的影响[J].中国粮油学报,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] 张力田.碳水化合物化学[M].北京:中国轻工业出版社,1988.

[7] 刘延奇,李昌文,赵光远,等.超高压对玉米淀粉颗粒结构的影响研究 [J].农产品加工,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

张玉荣 (1967-),女,新疆阜康人,副教授,硕士生导师,主要从事农产品储藏与品质分析的研究.

＊通信作者