电子束辐照对小麦分离淀粉流变学特性的影响

胡碧君，尹寿伟，资名扬，温其标

(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640)

电子束辐照对小麦分离淀粉流变学特性的影响

胡碧君，尹寿伟，资名扬，温其标*

(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640)

从经过电子束辐照处理的小麦中提取淀粉，用Brabender连续粘度计研究不同辐照剂量(0、1.0、2.75、4.4kGy)对其流变学特性的影响，并用排阻液相色谱和多角度光散射仪、折光检测器连用技术(HPSEC－MALLS－RI)测定其分子量分布。结果表明:随着辐照剂量的增加，小麦淀粉的Brabender峰值黏度显著降低，冷稳定性升高，凝沉性减弱，当辐照剂量达到4.4kGy时，小麦淀粉的峰值黏度由85.0BU减小到42.0BU，下降了50.6%，回生值下降了88.2%;同时，小麦淀粉重均分子量逐渐下降，且当辐照剂量达到4.4kGy时，小麦淀粉的重均分子量与未辐照相比下降了1个数量级，说明电子束辐照引起了小麦中淀粉分子的降解，平均分子量减小，导致小麦淀粉流变学特性改变，粘度降低。

电子束辐照，小麦淀粉，粘度，流变特性，分子量分布

食品辐照是一种物理处理过程，即把预封装或散装的食品原料置于电子束、γ射线或X射线下进行辐照处理，已被成功证实辐照处理能够确保食品安全，并因其杀虫抑菌而显著延长货架期［1］。随着科技的进步和经济的发展，超过40个国家都已将辐照加工推广到商业化规模［2］。电子束辐照是近年来发展很快的杀虫抑菌新技术，在粮食贮藏等领域有着广泛的应用。目前，关于电子束辐照对粮食加工和食用品质的影响的研究已逐渐开展。李淑荣等［3］研究表明，电子束辐照剂量超过2.5kGy时，对稻谷品质影响不利，外观品质差，食味不佳。黄曼［4］等研究了电子束辐照对小麦贮藏抑菌和加工品质的影响，结果显示5kGy以下剂量辐照处理的小麦磨成面粉后粉质指标变化不明显。Nem tanu等［5］利用电子束直接对玉米淀粉进行辐照，结果显示电子束辐照能经济、有效地对玉米淀粉进行改性。然而，小麦经电子束辐照后其主要成分－淀粉的流变特性及分子量的变化研究鲜有报道。本文主要研究了新型高压整流俄制ELV－8型电子加速器对动态粮流在不同剂量下辐照，对小麦分离淀粉流变学特性的影响，并从分子量角度对其原因进行了初探，从而为电子束辐照在小麦贮藏与储藏后加工方面的应用提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

小麦 从美国进口的软质白麦，用俄制ELV－8型电子加速器在动态粮流下进行电子束辐照，辐照剂量 0、1.0、2.75、4.4kGy，平均能量和峰值强度分别为2MeV和50mA，重复频率为50Hz，小麦的传动速率为130kg/s;辐照后小麦用Brabender大型实验磨磨制成面粉，过60目筛;所用试剂 除二甲基亚砜(DMSO)为色谱纯外，其它试剂均为分析纯。

ELV－8型电子加速器 俄罗斯科学院西伯利亚核物理所;QUADRUMAT JUNIOR型初级实验磨 德国Brabender公司;JJJM54S型面筋洗涤仪 河南科盛仪器设备有限公司;TDL－5型低速台式大容量离心机 上海优浦科学仪器有限公司;Brabender旋转粘度计 德国Brabender公司;Waters凝胶渗透色谱仪 美国waters公司。

1.2 实验方法

1.2.1 淀粉的分离制备 面筋洗涤仪机洗溶液:20g/L NaCl，0.754g/L KH2PO4，0.246g/L Na2HPO4·2H2O。洗涤液静置过夜，上清液弃去，下层4000r/min离心10min。离心后分两层，下层抽滤1h，水洗脱盐，所得淀粉40℃烘干，磨粉，过100目筛。精确称取1.0g淀粉于130℃下干燥2h，测定淀粉水分含量。

1.2.2 淀粉的粘度测定 测定条件:测量转矩:0.07N·m;转子转速:75 r/m in。测定步骤:准确称取一定量的淀粉，用去离子水配成6% ±0.01%(干基)的淀粉乳，置于布拉班德连续黏度仪测量杯中，从30℃开始升温，升温速率1.5℃/m in，温度升到95℃，保温30min，然后以1.5℃/min的速度冷却至50℃，保温30m in，得样品的Brabender黏度曲线。此曲线有 A、B、C、D、E、F 六个特征点，其中 A 点:起糊温度(GT);B点:峰值黏度(PK)，升温期间淀粉糊所达到最高黏度值;C点:升温到95℃时的黏度值;D点:95℃保温终点的黏度值;E点:冷却到50℃时淀粉糊的黏度值;F点:50℃保温30min后的黏度值。DB:崩解值，95℃保温终点的黏度值与最高黏度值差的绝对值，表示淀粉糊的黏度热稳定性，DB值越小热稳定性越高。DE:回升值，95℃保温终点的黏度值与冷却至50℃时的黏度值差的绝对值，表示淀粉糊的冷却稳定性，DE值越小冷稳定性越好。BE:热糊冷却至50℃时的黏度值减最高黏度值的差，表示淀粉糊的凝沉性，变化为正值时，越大则表示凝沉性越强，变化为负值时，表示凝沉性弱，负值的绝对值越小则表示凝沉性越弱。

1.2.3 分子量分布测定 采用Waters凝胶渗透色谱仪测定，淀粉样品浓度:0.1%(w/v)。淀粉加入二甲基亚砜(DMSO)/50mmol/L LiBr溶剂，60℃磁力搅拌1h。样品冷却，40℃恒温水浴振荡过夜，于4000r/min离心10m in，进样分析前过5.0μm膜。HPSEC系统:由一个Waters 1515 HPLC泵、Waters 717 plus自动进样器，折射率(RI)检测器和一个氦－氖激光光源(λ=658nm)的多角度激光光散射检测器(MALLS)组成。色谱柱:Styragel HMW 6E，柱温:60℃。流动相:含50mmol/L LiBr 溶剂的 DMSO，流速:0.6m L/m in［7］。

2 结果与分析

2.1 电子束辐照对小麦淀粉流变学特性的影响

由图1可知，电子束辐照过的小麦所分离的淀粉与对照组相比较，Brabender黏度曲线有明显的区别，说明电子束辐照对小麦中淀粉的流变性特性有显著的影响。从表1可以看出，电子束辐照对小麦淀粉的起始糊化温度影响不大，但对峰值黏度却有显著降低。随着辐照剂量由0kGy增加到1.0kGy，小麦淀粉的峰值黏度由85.0BU降低到53.0BU，随着辐照剂量的增大继续降低，并在4.4kGy时降低至42.0BU。小麦淀粉峰值黏度的降低可能是由于电子束辐照对小麦淀粉分子结构的降解作用所致。离子辐照，如电子束辐照或γ－辐照，能够产生自由基，这些自由基能够随机地切断淀粉分子链上的糖苷键，把支链淀粉分子链上的分枝切断，并把长的分子链切断为较短的分子链，最终导致了淀粉峰值黏度的降低。小麦淀粉糊的DB值(崩解值)变化不大，说明其热稳定性没有受到电子束辐照的影响。但DE值(回升值)和BE值显著下降，当辐照剂量由0kGy增加到4.4kGy时，二者分别由81.0BU与77.0BU降低到18.0BU和15.0BU，说明小麦淀粉糊的冷稳定性增强而凝沉性减弱。

图1 电子束辐照对小麦淀粉布拉班德粘度特性的影响(T为温度曲线)

2.2 电子束辐照对小麦淀粉分子量分布的影响

图2是3个经不同剂量电子束辐照后淀粉样品的分子量分布图谱。随着辐照剂量增加，小麦淀粉分子量逐渐降低，未辐照样品的重均分子量(Mw)为1.749×107kDa，辐照剂量达到2.75kGy和4.4kGy时，重均分子量(Mw)分别降至9.649×106kDa和7.366×106kDa，降幅为44.9%和57.9%，且当辐照剂量达到4.4kGy时，与未辐照样品相比，电子束辐照小麦分离淀粉的重均分子量(Mw)降低了一个数量级，测定误差小于7%，数均分子量(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)。这些结论与γ－射线的相关研究结果相一致［9］，辐射时能量以电磁波的形式透过小麦颗粒，小麦中的淀粉分子吸收辐射能时，会激活成离子或自由基，引起化学键的断裂，使小麦淀粉的结构发生改变。这表明电子束辐照确实导致了小麦淀粉分子量的降解，从而进一步深入地阐释了电子束辐照引起小麦淀粉流变学特性变化的原因是淀粉分子结构的变化。

3 结论

电子束辐照能显著影响小麦淀粉的流变学特性。随着电子束辐照剂量的增加，小麦淀粉Brabender黏度曲线中的峰值粘度、热糊粘度、冷糊粘度、回生值均显著降低。当辐照剂量达到4.4kGy时，小麦淀粉的峰值粘度下降了50.6%，回生值下降了88%。分子量分布结果表明，辐照后小麦淀粉分子量降低，且当辐照剂量达到4.4kGy时，分子量降低了一个数量级，从而进一步阐释了经电子束辐照的小麦淀粉流变学特性的变化确实与分子结构的改变有关。

表1 不同剂量电子束辐照对小麦淀粉布拉班德粘度特征值的影响

表2 不同剂量辐照对小麦淀粉分子量的影响

图2 不同剂量对小麦分离淀粉分子量分布的影响

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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 *通讯联系人

胡碧君(1987－)，女，在读硕士，研究方向:谷物科学与工程。