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微波加热对马铃薯淀粉糊化过程中晶体及分子结构的影响

作　者: 马文睿
导　师: 赵建新
学　校: 江南大学
专　业: 食品科学
关键词: 微波加热马铃薯淀粉糊化过程结构变化
分类号: TS235.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

淀粉,作为应用最广泛的食品物料之一,由于其结构、组成和聚集形态的复杂性,针对淀粉及其食品在微波作用下的研究多停留在应用层面,微波场下淀粉糊化过程中结构变化的研究较为缺乏,而结构改变最终可能引发安全性问题。因此,对微波处理后淀粉结构领域研究的缺少,阻碍了针对微波加热安全性的研究进展,也限制了微波技术在淀粉质食品领域的应用。本文选取性状稳定、应用面较广的马铃薯淀粉作为研究对象,根据微波加热过程的特点,分别从微波热效应引起的快速升温作用和其他微波特殊效应出发,建立油浴快速升温和慢速加热升温模式作为对照,考察微波对淀粉化学基团、骨架振动,螺旋结构／无定形结构含量,结晶度,半结晶生长环层状结构等各级结构的影响,初步确定微波加热对淀粉质物料作用的主要机制。基于化学基团振动吸收对应光子能量,产生光谱学吸收的原理,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、激光共聚焦显微拉曼光谱(FT Raman)研究微波加热后马铃薯淀粉化学基团及骨架振动强度的变化,结果表明：与原淀粉相比,微波加热淀粉的红外和拉曼吸收峰的吸收波数没有出现明显的红移或蓝移,没有新的吸收峰出现,但各吸收峰的强度显著增强。糊化过程的红外光谱表明,微波热效应是引起马铃薯淀粉分子内极性基团振动强度改变的主要因素,经过微波加热的样品分子中极性基团的振动强度变化与快速加热样品具有相似性；拉曼光谱结果显示,在糊化温度之后,微波的特殊效应对骨架相关的各类化学基团及糖昔键、吡喃环等骨架模式振动强度的变化影响较为明显。通过碳谱魔角旋转核磁共振(13C CP/MAS NMR)和广角X射线衍射(XRD)技术考察微波加热对马铃薯淀粉螺旋结构等含量及相对结晶度的变化影响。结果表明：微波加热的快速升温效应和特殊效应同时作用于淀粉颗粒,微波加热后的马铃薯淀粉同原淀粉相比,无定形态含量升高29%,双螺旋结构含量降低22%,均介于快速加热和慢速加热样品之间。微波加热后的马铃薯淀粉结晶度与原淀粉比下降了30.8%,介于快速样品的31%和慢速样品的30.6%之间。微波热效应对马铃薯淀粉糊化过程中的结晶度及螺旋结构含量和无定形态含量变化的影响较明显。利用淀粉半结晶区在小角X射线散射(SAXS)图上具有明显散射信息的特点,通过SAXS测定淀粉半结晶生长环等亚微观结构。结果显示：糊化前的马铃薯淀粉在散射矢量为0.6～0.7处出现散射峰,随着温度升高散射峰逐渐消失。微波、快速、慢速加热样品的过渡层厚度均呈S型变化,但微波加热样品变化幅度在快速加热和慢速加热样品之间。微波热效应引起的快速升温促使淀粉分子的双螺旋结构有序紧密地排列在结晶层,并破坏马铃薯淀粉的过渡层,降低过渡层厚度。综合来看,微波加热的马铃薯淀粉各级结构的变化趋势与快速加热样品更相似,微波的热效应对上述结构变化的影响较为明显。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
缩写符号  6-7
目录  7-9
第一章前言  9-15
  1.1 微波加热的特点  9
  1.2 微波对淀粉结构影响的研究  9-10
  1.3 淀粉结构研究的方法和进展  10-13
    1.3.1 光谱学技术  11
    1.3.2 固体核磁技术  11-12
    1.3.3 X射线衍射技术  12-13
    1.3.4 小角X射线衍射技术  13
  1.4 立题背景和意义  13-14
  1.5 研究内容  14-15
第二章材料与方法  15-18
  2.1 实验原料  15
  2.2 实验试剂  15
  2.3 仪器设备  15
  2.4 实验方法  15-18
    2.4.1 马铃薯淀粉的基本成分测定  15
    2.4.2 微波加热样品制备  15
    2.4.3 快速加热模式的确定及样品制备  15-16
    2.4.4 慢速加热样品的制备  16
    2.4.5 全糊化样品制备  16
    2.4.6 水分平衡  16
    2.4.7 FTIR测定  16
    2.4.8 显微共聚焦激光拉曼测定  16-17
    2.4.9 ~(13)C CP/MAS NMR测定及数据处理  17
    2.4.10 XRD测定  17
    2.4.11 SAXS测定  17-18
第三章结果与讨论  18-48
  3.1 马铃薯淀粉基本成分分析  18
  3.2 三种加热曲线的比较  18-19
  3.3 FTIR结果分析  19-26
  3.4 显微共聚焦拉曼光谱结果分析  26-29
  3.5 ~(13)C CP/MAS NMR结果分析  29-35
    3.5.1 三种样品固体核磁图谱总析  29-31
    3.5.2 三种淀粉样品中无定形态、单螺旋和双螺旋含量变化研究  31-35
  3.6 XRD结果分析  35-37
  3.7 SAXS结果分析  37-48
    3.7.1 三种样品的SAXS曲线分析  37-39
    3.7.2 三种样品的一维相关函数分析  39-43
    3.7.3 三种样品的层状结构特征尺寸分析  43-45
    3.7.4 WS、KS、MS两相电子密度差和相界面过渡层分析  45-48
主要结论和展望  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-54
附录：红外原始数据图  54-56
附录：显微共聚焦激光拉曼原始数据图  56-57
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  57

微波加热对马铃薯淀粉糊化过程中晶体及分子结构的影响

内容摘要

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