胡碧君，尹壽偉，資名揚(yáng)，溫其標(biāo)

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州 510640)

電子束輻照對(duì)小麥分離淀粉流變學(xué)特性的影響

胡碧君，尹壽偉，資名揚(yáng)，溫其標(biāo)*

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州 510640)

從經(jīng)過電子束輻照處理的小麥中提取淀粉，用Brabender連續(xù)粘度計(jì)研究不同輻照劑量(0、1.0、2.75、4.4kGy)對(duì)其流變學(xué)特性的影響，并用排阻液相色譜和多角度光散射儀、折光檢測(cè)器連用技術(shù)(HPSEC－MALLS－RI)測(cè)定其分子量分布。結(jié)果表明:隨著輻照劑量的增加，小麥淀粉的Brabender峰值黏度顯著降低，冷穩(wěn)定性升高，凝沉性減弱，當(dāng)輻照劑量達(dá)到4.4kGy時(shí)，小麥淀粉的峰值黏度由85.0BU減小到42.0BU，下降了50.6%，回生值下降了88.2%;同時(shí)，小麥淀粉重均分子量逐漸下降，且當(dāng)輻照劑量達(dá)到4.4kGy時(shí)，小麥淀粉的重均分子量與未輻照相比下降了1個(gè)數(shù)量級(jí)，說明電子束輻照引起了小麥中淀粉分子的降解，平均分子量減小，導(dǎo)致小麥淀粉流變學(xué)特性改變，粘度降低。

電子束輻照，小麥淀粉，粘度，流變特性，分子量分布

食品輻照是一種物理處理過程，即把預(yù)封裝或散裝的食品原料置于電子束、γ射線或X射線下進(jìn)行輻照處理，已被成功證實(shí)輻照處理能夠確保食品安全，并因其殺蟲抑菌而顯著延長(zhǎng)貨架期［1］。隨著科技的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，超過40個(gè)國(guó)家都已將輻照加工推廣到商業(yè)化規(guī)模［2］。電子束輻照是近年來發(fā)展很快的殺蟲抑菌新技術(shù)，在糧食貯藏等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前，關(guān)于電子束輻照對(duì)糧食加工和食用品質(zhì)的影響的研究已逐漸開展。李淑榮等［3］研究表明，電子束輻照劑量超過2.5kGy時(shí)，對(duì)稻谷品質(zhì)影響不利，外觀品質(zhì)差，食味不佳。黃曼［4］等研究了電子束輻照對(duì)小麥貯藏抑菌和加工品質(zhì)的影響，結(jié)果顯示5kGy以下劑量輻照處理的小麥磨成面粉后粉質(zhì)指標(biāo)變化不明顯。Nem tanu等［5］利用電子束直接對(duì)玉米淀粉進(jìn)行輻照，結(jié)果顯示電子束輻照能經(jīng)濟(jì)、有效地對(duì)玉米淀粉進(jìn)行改性。然而，小麥經(jīng)電子束輻照后其主要成分－淀粉的流變特性及分子量的變化研究鮮有報(bào)道。本文主要研究了新型高壓整流俄制ELV－8型電子加速器對(duì)動(dòng)態(tài)糧流在不同劑量下輻照，對(duì)小麥分離淀粉流變學(xué)特性的影響，并從分子量角度對(duì)其原因進(jìn)行了初探，從而為電子束輻照在小麥貯藏與儲(chǔ)藏后加工方面的應(yīng)用提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

小麥 從美國(guó)進(jìn)口的軟質(zhì)白麥，用俄制ELV－8型電子加速器在動(dòng)態(tài)糧流下進(jìn)行電子束輻照，輻照劑量 0、1.0、2.75、4.4kGy，平均能量和峰值強(qiáng)度分別為2MeV和50mA，重復(fù)頻率為50Hz，小麥的傳動(dòng)速率為130kg/s;輻照后小麥用Brabender大型實(shí)驗(yàn)?zāi)ツブ瞥擅娣?，過60目篩;所用試劑 除二甲基亞砜(DMSO)為色譜純外，其它試劑均為分析純。

ELV－8型電子加速器 俄羅斯科學(xué)院西伯利亞核物理所;QUADRUMAT JUNIOR型初級(jí)實(shí)驗(yàn)?zāi)?德國(guó)Brabender公司;JJJM54S型面筋洗滌儀 河南科盛儀器設(shè)備有限公司;TDL－5型低速臺(tái)式大容量離心機(jī) 上海優(yōu)浦科學(xué)儀器有限公司;Brabender旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) 德國(guó)Brabender公司;Waters凝膠滲透色譜儀 美國(guó)waters公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 淀粉的分離制備 面筋洗滌儀機(jī)洗溶液:20g/L NaCl，0.754g/L KH2PO4，0.246g/L Na2HPO4·2H2O。洗滌液靜置過夜，上清液棄去，下層4000r/min離心10min。離心后分兩層，下層抽濾1h，水洗脫鹽，所得淀粉40℃烘干，磨粉，過100目篩。精確稱取1.0g淀粉于130℃下干燥2h，測(cè)定淀粉水分含量。

1.2.2 淀粉的粘度測(cè)定 測(cè)定條件:測(cè)量轉(zhuǎn)矩:0.07N·m;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速:75 r/m in。測(cè)定步驟:準(zhǔn)確稱取一定量的淀粉，用去離子水配成6% ±0.01%(干基)的淀粉乳，置于布拉班德連續(xù)黏度儀測(cè)量杯中，從30℃開始升溫，升溫速率1.5℃/m in，溫度升到95℃，保溫30min，然后以1.5℃/min的速度冷卻至50℃，保溫30m in，得樣品的Brabender黏度曲線。此曲線有 A、B、C、D、E、F 六個(gè)特征點(diǎn)，其中 A 點(diǎn):起糊溫度(GT);B點(diǎn):峰值黏度(PK)，升溫期間淀粉糊所達(dá)到最高黏度值;C點(diǎn):升溫到95℃時(shí)的黏度值;D點(diǎn):95℃保溫終點(diǎn)的黏度值;E點(diǎn):冷卻到50℃時(shí)淀粉糊的黏度值;F點(diǎn):50℃保溫30min后的黏度值。DB:崩解值，95℃保溫終點(diǎn)的黏度值與最高黏度值差的絕對(duì)值，表示淀粉糊的黏度熱穩(wěn)定性，DB值越小熱穩(wěn)定性越高。DE:回升值，95℃保溫終點(diǎn)的黏度值與冷卻至50℃時(shí)的黏度值差的絕對(duì)值，表示淀粉糊的冷卻穩(wěn)定性，DE值越小冷穩(wěn)定性越好。BE:熱糊冷卻至50℃時(shí)的黏度值減最高黏度值的差，表示淀粉糊的凝沉性，變化為正值時(shí)，越大則表示凝沉性越強(qiáng)，變化為負(fù)值時(shí)，表示凝沉性弱，負(fù)值的絕對(duì)值越小則表示凝沉性越弱。

1.2.3 分子量分布測(cè)定 采用Waters凝膠滲透色譜儀測(cè)定，淀粉樣品濃度:0.1%(w/v)。淀粉加入二甲基亞砜(DMSO)/50mmol/L LiBr溶劑，60℃磁力攪拌1h。樣品冷卻，40℃恒溫水浴振蕩過夜，于4000r/min離心10m in，進(jìn)樣分析前過5.0μm膜。HPSEC系統(tǒng):由一個(gè)Waters 1515 HPLC泵、Waters 717 plus自動(dòng)進(jìn)樣器，折射率(RI)檢測(cè)器和一個(gè)氦－氖激光光源(λ=658nm)的多角度激光光散射檢測(cè)器(MALLS)組成。色譜柱:Styragel HMW 6E，柱溫:60℃。流動(dòng)相:含50mmol/L LiBr 溶劑的 DMSO，流速:0.6m L/m in［7］。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子束輻照對(duì)小麥淀粉流變學(xué)特性的影響

由圖1可知，電子束輻照過的小麥所分離的淀粉與對(duì)照組相比較，Brabender黏度曲線有明顯的區(qū)別，說明電子束輻照對(duì)小麥中淀粉的流變性特性有顯著的影響。從表1可以看出，電子束輻照對(duì)小麥淀粉的起始糊化溫度影響不大，但對(duì)峰值黏度卻有顯著降低。隨著輻照劑量由0kGy增加到1.0kGy，小麥淀粉的峰值黏度由85.0BU降低到53.0BU，隨著輻照劑量的增大繼續(xù)降低，并在4.4kGy時(shí)降低至42.0BU。小麥淀粉峰值黏度的降低可能是由于電子束輻照對(duì)小麥淀粉分子結(jié)構(gòu)的降解作用所致。離子輻照，如電子束輻照或γ－輻照，能夠產(chǎn)生自由基，這些自由基能夠隨機(jī)地切斷淀粉分子鏈上的糖苷鍵，把支鏈淀粉分子鏈上的分枝切斷，并把長(zhǎng)的分子鏈切斷為較短的分子鏈，最終導(dǎo)致了淀粉峰值黏度的降低。小麥淀粉糊的DB值(崩解值)變化不大，說明其熱穩(wěn)定性沒有受到電子束輻照的影響。但DE值(回升值)和BE值顯著下降，當(dāng)輻照劑量由0kGy增加到4.4kGy時(shí)，二者分別由81.0BU與77.0BU降低到18.0BU和15.0BU，說明小麥淀粉糊的冷穩(wěn)定性增強(qiáng)而凝沉性減弱。

圖1 電子束輻照對(duì)小麥淀粉布拉班德粘度特性的影響(T為溫度曲線)

2.2 電子束輻照對(duì)小麥淀粉分子量分布的影響

圖2是3個(gè)經(jīng)不同劑量電子束輻照后淀粉樣品的分子量分布圖譜。隨著輻照劑量增加，小麥淀粉分子量逐漸降低，未輻照樣品的重均分子量(Mw)為1.749×107kDa，輻照劑量達(dá)到2.75kGy和4.4kGy時(shí)，重均分子量(Mw)分別降至9.649×106kDa和7.366×106kDa，降幅為44.9%和57.9%，且當(dāng)輻照劑量達(dá)到4.4kGy時(shí)，與未輻照樣品相比，電子束輻照小麥分離淀粉的重均分子量(Mw)降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，測(cè)定誤差小于7%，數(shù)均分子量(Mn)、峰位分子量(Mp)和Z均分子量(Mz)也有不同程度的下降(表2)。這些結(jié)論與γ－射線的相關(guān)研究結(jié)果相一致［9］，輻射時(shí)能量以電磁波的形式透過小麥顆粒，小麥中的淀粉分子吸收輻射能時(shí)，會(huì)激活成離子或自由基，引起化學(xué)鍵的斷裂，使小麥淀粉的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。這表明電子束輻照確實(shí)導(dǎo)致了小麥淀粉分子量的降解，從而進(jìn)一步深入地闡釋了電子束輻照引起小麥淀粉流變學(xué)特性變化的原因是淀粉分子結(jié)構(gòu)的變化。

3 結(jié)論

電子束輻照能顯著影響小麥淀粉的流變學(xué)特性。隨著電子束輻照劑量的增加，小麥淀粉Brabender黏度曲線中的峰值粘度、熱糊粘度、冷糊粘度、回生值均顯著降低。當(dāng)輻照劑量達(dá)到4.4kGy時(shí)，小麥淀粉的峰值粘度下降了50.6%，回生值下降了88%。分子量分布結(jié)果表明，輻照后小麥淀粉分子量降低，且當(dāng)輻照劑量達(dá)到4.4kGy時(shí)，分子量降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而進(jìn)一步闡釋了經(jīng)電子束輻照的小麥淀粉流變學(xué)特性的變化確實(shí)與分子結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。

表1 不同劑量電子束輻照對(duì)小麥淀粉布拉班德粘度特征值的影響

表2 不同劑量輻照對(duì)小麥淀粉分子量的影響

圖2 不同劑量對(duì)小麥分離淀粉分子量分布的影響

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Effect of electron－beam irradiation on the rheological properties of starches separated from stored wheat

HU Bi－jun，YIN Shou－wei，ZIM ing－yang，WEN Qi－biao*

(College of Light Industry ＆ Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

In this paper，the effects of electron－beamirradiation on the rheological properties and the molecular mass distribution of starches separated from irradiated wheat were investigated.The experimental wheat was irradiated with different irradiation doses(0，1.0，2.75，4.4kGy).The analysis using the Brabender Viscoamylograph showed that with the increasing of irradiation doses，the Brabender peak viscosity of wheat starches decreased significantly and the cold stability increased，while the retrogradations were weakened.When the irradiation dose reached 4.4kGy，the peak viscosity reduced from 85.0BU to 42.0BU，decreased by 50.6%，the setback reduced by 88.2%.As determined by HPSEC－MALLS－RI，the molecular masses of wheat starches degraded gradually with increasing irradiation dose，when the irradiation dose upped to 4.4kGy the molar mass of starch decreased by one order of magnitude.The results indicated that the electron－beam irradiation made wheat starch degradation and lead to the changes of rheological properties and the decrease of viscosity of wheat starches.

electron－beam irradiation;wheat starch;viscosity;rheological property;molecular weight distribution

TS210.1

A

1002－0306(2011)08－0074－03

2010－05－11 *通訊聯(lián)系人

胡碧君(1987－)，女，在讀碩士，研究方向:谷物科學(xué)與工程。