典型储粮环境下小麦淀粉颗粒特性变化研究

张玉荣，暴 洁，刘月婷，苌彦衡，赵希雷

（河南工业大学 粮油食品学院，粮食储藏与安全教育部工程研究中心，粮食储运国家工程实验室，河南 郑州 450001）

0 引言

民以食为天，粮食在国民经济中占据着重要地位.小麦是我国的主要口粮以及工业原料之一.小麦籽粒中淀粉大约占75%，可以说淀粉决定着小麦的理化性质及储藏、食用、加工品质等.在小麦储藏的过程中，储藏环境的改变，特别是储藏温湿度的改变，会对小麦品质造成不同程度的影响.对淀粉的粒度分布、形貌观察等研究发现，面筋蛋白和麦麸的添加量以及淀粉的粒度对淀粉糊化特性也有影响[1-2].Oluwaseyi Kemi Abegunde 及Junrong Huang 等[3-4]分别对马铃薯淀粉和豇豆、鹰嘴豆淀粉的颗粒形貌、粒度分布及晶型进行了研究.Yung-Ho Chang 等[5]也对玉米淀粉的形貌及粒度分布进行过研究.娄树宝等[6]对块茎大小对马铃薯淀粉的粒度分布的影响也有所研究.

国内外的这些研究对小麦淀粉的研究比较少，而且多是研究不同品种、蛋白质、脂类对淀粉颗粒特性的影响[7]，所以作者选取两种小麦样品，在4 个不同温湿度组合的情况下进行为期300 d的储藏，每60 d（或者150 d）取样1 次，进行淀粉提取，对淀粉的粒度分布、颗粒形貌、晶型、结晶度进行测定，以期找到储藏时间及储藏温湿度对淀粉颗粒特性的影响，为小麦以及其他谷物储藏条件的控制提供理论基础，同时也为面制品的加工提供参考.

1 材料与方法

1.1 材料

瑞星一号：河南瑞星种业有限公司提供，2012年6 月收获，容重801 g/L，粗蛋白、湿面筋、粗脂肪、水分含量分别为13.82%、30.0%、1.3%、11.4%.瑞星郑麦8998：河南瑞星种业有限公司提供，2012年6 月收获，容重785 g/L，粗蛋白、湿面筋、粗脂肪、水分含量分别为11.50%、26.2%、1.5%、12.3%.根据GB 8608—1988、GB 8607—1988，瑞星一号属于高筋小麦，瑞星8998 属于中筋小麦.

1.2 主要仪器与设备

SB-02 多功能粉碎机：上海兆申科技有限公司；PQX 型多段可编程人工气候箱：宁波东南仪器有限公司；BT-9300H 激光粒度分布仪：丹东市百特仪器有限公司；DX-2500X-射线衍射仪：丹东方圆仪器有限公司；TM3000 扫描电镜：天美（中国）科学仪器有限公司.

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

小麦样品除去无机杂质以及较大的有机杂质，分装在透气性较好的编织袋中备用.

1.3.2 人工气候箱调试及样品储藏

依据我国典型储粮地区的平均温湿度设置了4 个模拟储藏条件，选取4 台正常工作的可编程人工气候箱，分别设定参数为15 ℃、RH50%；20 ℃、RH65%；28 ℃、RH75%；35 ℃、RH85%，空载两周，待内部环境稳定时把样品放入.每储藏60 d 取出一部分样品提取淀粉，进行物理指标的测定.

1.3.3 淀粉提取

用洗面筋的方法进行淀粉提取：小麦→锤式旋风磨磨粉→对小麦粉进行脂肪提取→过100 目筛→和成面团静置30 min→搓洗面团至洗出液遇碘不变色→溶液经100 目筛过滤→离心→弃去上层黑色物质，下层白色物质即淀粉.然后自然条件干燥，万能粉碎机粉碎，过100 目筛后装入磨口瓶，为待测样品.

1.3.4 淀粉粒度分布的测定

用激光粒度分析仪测定.打开仪器预热30 min，蒸馏水为分散液，称取适量淀粉样品（不要太多）放入蒸馏水振荡分散为悬浮液，得待测液.打开软件，点击测试中的常规测试，背景数值校准在1～6 之间，点击确认，慢慢加入待测液，保证遮光率在10～20 之间，然后点击连续，取平均值，保存为PDF 格式.

1.3.5 淀粉SEM 形貌观察

采用SEM 扫描电镜进行观察.对淀粉的SEM形貌观察的时候，样品测定3 次，分别对初始样品、储藏150 d 样品、储藏300 d 样品进行测定.

1.3.6 淀粉X-RD 晶型测定

采用X-射线衍射仪测定淀粉颗粒的晶型.主要工作参数：铜靶CuKα（λ=0.154 06 nm），电压40 kV，电流35 mA，扫描范围为4°～40°，扫描速度4°/min.对淀粉的X-RD 晶型进行测定的时候，样品测定3 次，分别对初始样品、储藏150 d 样品、储藏300 d 样品进行测定.

2 结果与分析

2.1 储藏期间淀粉粒度分布变化规律

淀粉的粒度即淀粉的粗细度，是淀粉的一个重要特性参数，常用中位径D50、面积平均径D[3，2]、以及体积平均径D[4，3]表征.由图1、图2可以看出，在储藏的过程中，各个储藏条件下随着储藏时间的延长小麦淀粉粒度是增加的，总体而言瑞星一号淀粉的粒度稍微比郑麦8998 的淀粉粒度大，可能是瑞星一号淀粉颗粒结合比较紧致，致使研磨过程中粉碎程度没有郑麦8998 淀粉的大.瑞星一号小麦淀粉在储藏的180 d 内粒度增加速率均比较大，在储藏后期有所下降，而郑麦8998 小麦淀粉在120 d 内增加速率比较大，120 d 之后粒度增大速率有所减缓.另外在不同的储藏条件下，淀粉粒度增加速率是不相同的，在RH85%、35 ℃的储藏条件下淀粉粒度增大的速率是最大的.虽然存在这样的差异，但是低温低湿的储藏条件下粒度增大的速率也仍然比较大，不同储藏条件下粒度变化曲线比较接近，没有其他指标在不同的储藏条件下存在的差异大.

2.2 储藏期间淀粉形貌特征变化规律

图1 瑞星一号小麦淀粉粒度分布变化Fig.1 The size distribution change of Ruixing No.1 wheat starch

图3、图4 中的a—i 是瑞星一号和郑麦8998小麦在储藏的300 d 内所提取淀粉颗粒的形貌特征.两种小麦淀粉的颗粒均比较大，呈圆形或椭圆形，还有的比较扁.这与Tri Agus Siswoyo 等[8]的研究结论一致.淀粉颗粒中还有破损颗粒以及一些小颗粒淀粉，小颗粒淀粉的直径大概是2～7 μm，大颗粒淀粉的直径大概是10～25 μm.在储藏初期淀粉颗粒表面比较光滑，且破损淀粉少，随着储藏时间的延长，淀粉颗粒表面逐渐变得粗糙，凹凸不平，有许多刮痕，破损淀粉颗粒也增多.在不同的储藏条件下淀粉颗粒形貌特征差异不明显.这种现象有可能是小麦在储藏期间淀粉粒度的增大引起的，使小麦淀粉在粉碎的过程中摩擦力增大，导致了淀粉颗粒表面擦伤，出现了刮痕.

图2 郑麦8998 小麦淀粉粒度分布变化Fig.2 The size distribution change of Zhengmai 8998 wheat starch

图3 瑞星一号小麦淀粉在不同储藏时间及条件下的形貌Fig.3 The morphology of Ruixing No.1 wheat starch under different storage conditions and at different time

图4 郑麦8998 小麦淀粉在不同储藏时间及条件下的形貌Fig.4 The morphology of Zhengmai 8998 wheat starch under different storage conditions and at different time

2.3 储藏期间淀粉晶型变化规律

淀粉颗粒结构可分为结晶区和非结晶区.通过X-RD 衍射分析，淀粉中的结晶区会出现尖峰，非结晶区则呈弥散状态.淀粉颗粒晶型可分为3类：A 型晶体、B 型晶体、C 型晶体.A 型晶型在2θ为15°、20°和23°附近分别出现一个单峰，17°和18°出现相连的双峰；B 型晶体在17°附近有一个强峰，在15°、20°、22°和24°处有较小的峰出现，还有一个特点是在5.6°处有一个峰出现.C 型晶体是A 型和B 型晶体的混合物[9].图5 及图6 分别是瑞星一号和郑麦8998 小麦淀粉在不同储藏时间及储藏条件下测定的X-RD 衍射曲线.由图5、图6 可以看出两种淀粉都属于A 型晶体，这与Sang-Ho Yoo 等[10]及李春燕等[11]的研究结果相同.两种淀粉均在15°、17°、18°、23°附近出现了强峰，在20°附近出现了一个较小的单峰，说明两种淀粉均由结晶区和非结晶区构成.而且随着储藏时间的延长以及储藏条件的改变X-RD 曲线变化不明显，可见储藏时间及储藏条件对淀粉的晶型特征影响不明显.表1 是淀粉随储藏时间的结晶度变化，淀粉的结晶度大小影响淀粉类产品的品质，淀粉的结晶度随着储藏时间的延长是减小的，总体来说瑞星一号小麦淀粉的结晶度比郑麦8998 小麦淀粉的结晶度在储藏期内减小得更快，可以看出初始样品瑞星一号结晶度比郑麦8998 的大，但是经过300 d 储藏后除了在RH85%、35 ℃储藏条件下之外，结晶度均比郑麦8998 的小，与之相比瑞星一号小麦淀粉结晶度对储藏时间更敏感.储藏温湿度对结晶度的影响也比较明显，由表1 可以明显地看出随着储藏温湿度的提高，结晶度减小的速率在加快，在RH85%、35 ℃的储藏条件下结晶度减小的速率是最快的，而在RH50%、15 ℃的储藏条件下变化很小，特别是郑麦8998 小麦淀粉的结晶度基本没变化，不过由于结晶峰面积的划分存在误差，所以有个别数据并不符合这一规律.两种淀粉的结晶度在储藏的前150 d 内减小的速率没有150～300 d 的储藏期内减小速率大，可见长期储藏对淀粉的结晶度影响比较大.引起结晶度减小的原因可能是总淀粉中直链淀粉的增加，直链淀粉的含量与结晶度是成反比的[12].

图5 瑞星一号小麦淀粉X-RD 晶型测定曲线Fig.5 The X-RD crystal determination curve of Ruixing No.1 wheat starch

图6 郑麦8998 小麦淀粉X-RD 晶型测定曲线Fig.6 The X-RD crystal determination curve of Zhengmai 8998 wheat starch

表1 两种小麦淀粉结晶度的变化Table 1 The change on crystallinity of the two kinds of wheat starch

2.4 差异性分析

表2—表5 是瑞星一号和郑麦8998 小麦淀粉中位径和结晶度的差异性分析.由表2 可知，瑞星一号淀粉的中位径在储藏的前120 d 在各个储藏条件下均没有显著性差异.储藏180 d 和240 d 时在RH85%、35 ℃和RH75%、28 ℃的储藏条件下差异不显著，其他条件下均差异显著，而储藏300 d之后在RH85%、35 ℃和RH75%，28 ℃的储藏条件下差异不显著，在RH65%、20 ℃和RH50%、15 ℃储藏条件下也不存在显著性差异，其他两种储藏条件之间存在显著性差异.可见随着储藏时间的延长，在较高的温湿度范围内储藏条件的改变，以及在较低温湿度下储藏条件的改变，均对淀粉颗粒的中位径影响不显著.

表3 是对瑞星一号小麦淀粉结晶度储藏条件的差异性分析，淀粉的结晶度在储藏的300 d 内，在各个储藏条件下均没有显著性差异，可见瑞星一号淀粉的结晶度受储藏条件的影响不明显.

表2 瑞星一号小麦淀粉中位径储藏条件Table 2 The differenc差e 异an性aly分sis析 of median diameter of Ruixing No.1 wheat starch under different storage conditions

表3 瑞星一号小麦淀粉结晶度储藏条件差异性分析Table 3 The difference analysis of crystallinity of Ruixing No.1 wheat starch under different storage conditions

表4 郑麦8998 小麦淀粉中位径储藏条件差异性分析Table 4 The difference analysis of median diameter of Zhengmai 8998 wheat starch under different storage conditions

表5 郑麦8998 小麦淀粉结晶度储藏条件差异性分析Table 5 The difference analysis of crystallinity of Zhengmai 8998 wheat starch under different storage conditions

表4 是对郑麦8998 小麦淀粉中位径储藏条件差异性分析，与瑞星一号小麦淀粉不同，郑麦8998小麦淀粉在储藏60 d 及120 d 时在RH85%、35 ℃和RH75%、28 ℃的储藏条件下与在RH50%、15 ℃的储藏条件存在显著性差异，储藏180 d 和240 d时RH85%、35 ℃和RH75%、28 ℃的储藏条件下与RH65%、20 ℃和RH50%、15 ℃储藏条件下均存在显著性差异，而储藏300 d 时RH85%、35 ℃和RH75%、28 ℃的储藏条件以及RH65%、20 ℃和RH50%、15 ℃的储藏条件下差异均不显著，但前两者和后两者之间存在显著差异.

表5 是对郑麦8998 淀粉结晶度的差异性分析，在小麦储藏的前150 d 在各个储藏条件下均不存在差异显著性，在储藏300 d 的时候，RH85%、35 ℃的储藏条件下的结晶度与RH65%、20 ℃和RH50%、15 ℃的储藏条件下的结晶度存在显著性差异，RH75%、28 ℃的储藏条件下的结晶度与RH50%、15 ℃储藏条件下的结晶度达到了显著性水平.与瑞星一号小麦淀粉相比，在长期储藏中郑麦8998 小麦淀粉结晶度对储藏条件比较敏感.

可见小麦在长期储藏中，在一定的温湿度范围内，储藏条件变化对淀粉的中位径影响不显著.

3 结论

（1）随着储藏时间的延长，小麦淀粉颗粒逐渐增大，储藏温湿度越高增加的速率越快；淀粉颗粒呈现圆形或椭圆形，随着储藏时间延长颗粒表面越来越粗糙，储藏条件对之影响较小；两种淀粉晶型均为A 型，随着储藏时间延长结晶度有所减小，储藏条件对之影响不大.

（2）通过差异性分析发现，较高的储藏温湿度可以在较短的储藏期内使中位径在不同储藏条件下差异显著，储藏条件对结晶度的影响不大，只有郑麦8998 在300 d 储藏期时差异显著.

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