電子束輻照對小麥分離淀粉流變學特性的影響

胡碧君，尹壽偉，資名揚，溫其標

(華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州 510640)

電子束輻照對小麥分離淀粉流變學特性的影響

胡碧君，尹壽偉，資名揚，溫其標*

(華南理工大學輕工與食品學院，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)粘度計研究不同輻照劑量(0、1.0、2.75、4.4kGy)對其流變學特性的影響，并用排阻液相色譜和多角度光散射儀、折光檢測器連用技術(shù)(HPSEC－MALLS－RI)測定其分子量分布。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，當輻照劑量達到4.4kGy時，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，小麥淀粉重均分子量逐漸下降，且當輻照劑量達到4.4kGy時，小麥淀粉的重均分子量與未輻照相比下降了1個數(shù)量級，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，導致小麥淀粉流變學特性改變，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，即把預封裝或散裝的食品原料置于電子束、γ射線或X射線下進行輻照處理，已被成功證實輻照處理能夠確保食品安全，并因其殺蟲抑菌而顯著延長貨架期［1］。隨著科技的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，超過40個國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)域有著廣泛的應用。目前，關(guān)于電子束輻照對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，對稻谷品質(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)指標變化不明顯。Nem tanu等［5］利用電子束直接對玉米淀粉進行輻照，結(jié)果顯示電子束輻照能經(jīng)濟、有效地對玉米淀粉進行改性。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型電子加速器對動態(tài)糧流在不同劑量下輻照，對小麥分離淀粉流變學特性的影響，并從分子量角度對其原因進行了初探，從而為電子束輻照在小麥貯藏與儲藏后加工方面的應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 從美國進口的軟質(zhì)白麥，用俄制ELV－8型電子加速器在動態(tài)糧流下進行電子束輻照，輻照劑量 0、1.0、2.75、4.4kGy，平均能量和峰值強度分別為2MeV和50mA，重復頻率為50Hz，小麥的傳動速率為130kg/s;輻照后小麥用Brabender大型實驗磨磨制成面粉，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 俄羅斯科學院西伯利亞核物理所;QUADRUMAT JUNIOR型初級實驗磨 德國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型低速臺式大容量離心機 上海優(yōu)浦科學儀器有限公司;Brabender旋轉(zhuǎn)粘度計 德國Brabender公司;Waters凝膠滲透色譜儀 美國waters公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 淀粉的分離制備 面筋洗滌儀機洗溶液: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，測定淀粉水分含量。

1.2.2 淀粉的粘度測定 測定條件:測量轉(zhuǎn)矩:0.07N·m;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速:75 r/m in。測定步驟:準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 六個特征點，其中 A 點:起糊溫度(GT);B點:峰值黏度(PK)，升溫期間淀粉糊所達到最高黏度值;C點:升溫到95℃時的黏度值;D點:95℃保溫終點的黏度值;E點:冷卻到50℃時淀粉糊的黏度值;F點:50℃保溫30min后的黏度值。DB:崩解值，95℃保溫終點的黏度值與最高黏度值差的絕對值，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℃保溫終點的黏度值與冷卻至50℃時的黏度值差的絕對值，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，越大則表示凝沉性越強，變化為負值時，表示凝沉性弱，負值的絕對值越小則表示凝沉性越弱。

1.2.3 分子量分布測定 采用Waters凝膠滲透色譜儀測定，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，進樣分析前過5.0μm膜。HPSEC系統(tǒng):由一個Waters 1515 HPLC泵、Waters 717 plus自動進樣器，折射率(RI)檢測器和一個氦－氖激光光源(λ=658nm)的多角度激光光散射檢測器(MALLS)組成。色譜柱:Styragel HMW 6E，柱溫:60℃。流動相: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 電子束輻照對小麥淀粉流變學特性的影響

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，電子束輻照對小麥淀粉的起始糊化溫度影響不大，但對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，并把長的分子鏈切斷為較短的分子鏈，最終導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，當輻照劑量由0kGy增加到4.4kGy時，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)定性增強而凝沉性減弱。

圖1 電子束輻照對小麥淀粉布拉班德粘度特性的影響(T為溫度曲線)

2.2 電子束輻照對小麥淀粉分子量分布的影響

圖2是3個經(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，輻照劑量達到2.75kGy和4.4kGy時，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%，且當輻照劑量達到4.4kGy時，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)降低了一個數(shù)量級，測定誤差小于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，會激活成離子或自由基，引起化學鍵的斷裂，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導致了小麥淀粉分子量的降解，從而進一步深入地闡釋了電子束輻照引起小麥淀粉流變學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。當輻照劑量達到4.4kGy時，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，且當輻照劑量達到4.4kGy時，分子量降低了一個數(shù)量級，從而進一步闡釋了經(jīng)電子束輻照的小麥淀粉流變學特性的變化確實與分子結(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 不同劑量輻照對小麥淀粉分子量的影響

圖2 不同劑量對小麥分離淀粉分子量分布的影響

［1］SA Marathe，JP Machaiah，B Y K Rao，et al.Extension of shelf－life ofwhole－wheat flour by gamma radiation.Int［J］.JFood Sci Tech，2002，37:163－168.

［2］哈益明，施惠棟，王鋒，等.電子束食品輻照的研究現(xiàn)狀與應用特點［J］.核農(nóng)學報，2007，21(1):61－64.

［3］李淑榮，王殿軒，高美須.電子加速器輻照對稻谷品質(zhì)影響的研究［J］.河南工業(yè)大學學報:自然科學版，2006，27(5):30－32.

［4］黃曼，胡碧君，吳新蓮，等.電子束輻照對小麥儲藏抑菌及加工品質(zhì)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26(2):342－346.

［5］M R Nemtanu，R Minea，K Kahraman，et al.Electron beam technology for modifying the functional properties of maize starch［J］.Nucl Instrum Meth A，2007，580:795－798.

［6］李俊超，劉鐘棟，岑濤，等.小麥淀粉中不同性狀淀粉對流變學性質(zhì)的影響［J］.食品工業(yè)科技，2008，29(7):63－68.

［7］W Yokoyama，J J Renner－Nantz，C F Shoemaker.Starch molecular mass and size by size－exclusion chromatography in DMSO－LiBr coupled with multiple angle laser light scattering［J］.Cereal Chem，1998，75:530－535.

［8］D X Wu，Q Y Shu，Z H Wang，et al.Effects of gamma irradiation on starch viscosity and physicochemical properties of different rice［J］.Radiat Phys Chem，2002，65:79－86.

［9］J Wang，Y Yu.Effect of gamma－ray irradiation on the physicochemical properties of flour and starch granule structure for wheat［J］.Int JFood Sci Tech，2009，44:674－680.

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:谷物科學與工程。