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微波加热对马铃薯淀粉介电和物性特征的影响

马申嫣  
【摘要】:微波因其高效、快速的加工特点,被广泛应用于食品加工及复热领域。淀粉作为一种复杂的食品大分子,是微波食品领域的重要研究对象。目前,大多数研究集中在微波加热过程中淀粉质物料的糊化阶段及其食品的应用层面,此外,由于物料的介电学特性一定程度上影响了微波加热的效果,缺乏淀粉介电特性研究不利于对淀粉物性变化过程的认知,最终阻碍了微波技术在食品领域的发展。 本文以形状规则、应用广泛的典型B型晶体——马铃薯淀粉为研究对象,根据微波加热过程的特点,与以油浴为载体的快速加热(RCV)过程升温曲线进行比对,建立与快速加热过程拟合程度高的微波加热(MV)模型,同时采用慢速加热(CV)作为参照,考察微波对马铃薯淀粉-水体系介电特性、淀粉形态、热特性及水状态的影响,明确微波对马铃薯淀粉-水体系作用的主要机制。论文的主要研究内容包括: (1)微波加热对马铃薯淀粉介电特性的影响 采用网络分析仪从介电响应层面研究微波加热过程对马铃薯淀粉-水体系介电特性的影响,研究发现:微波加热诱导淀粉-水体系中主要组分其偶极矩趋向规范化,使得淀粉-水体系在1.7-2.6GHz区间表现出较为稳定的介电响应;微波加热后的样品在2450MHz条件下介电特性随温度的变化相对稳定,在40oC-50oC加热区间,淀粉-水体系中的极性分子来不及响应,导致这一阶段混合物的介电响应较小因而在低温段微波加热样品的介电常数、介电损耗因素和损耗角正切值均低于慢速传导方法。微波的快速升温作用在低温区域占据主导地位; (2)微波加热对马铃薯淀粉物性学的影响 采用光学显微镜(OM)、偏光显微镜(PM)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒径分布仪等研究手段,观察微波加热对马铃薯淀粉偏光十字的影响、颗粒形态的破坏、超微形貌的改变以及粒径的变化,结果表明:微波的热效应和特殊效应在淀粉偏光十字消失、颗粒形态改变和粒径的变化中起拮抗作用,使得微波处理样品的变化情况介于慢速加热与快速加热之间,其次,微波特殊效应导致低温阶段的马铃薯淀粉颗粒表面出现浅浅的刻痕及凹槽; 采用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析(TG)等研究手段,考察微波对马铃薯淀粉糊化参数和热稳定性的影响,结果表明:微波加热对马铃薯淀粉的吸热特性和热稳定性产生了影响,微波特殊效应在马铃薯淀粉糊化前期作用显著,但是到了糊化阶段热效应逐渐开始占据绝对主导地位,导致微波特殊效应的影响被掩盖; 运用低场核磁共振(1H NMR)技术,以Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脉冲序列为手段,通过主成分分析,得到原始弛豫数据变异规律,通过多指数回归拟合计算得到横向弛豫时间(T2),分析样品内部水分的变化信息,研究微波加热对马铃薯淀粉颗粒内水状态的影响,结果表明:微波加热对马铃薯淀粉颗粒内水分分布及流动性有显著影响,微波的热效应对淀粉和淀粉之间以及淀粉和水之间氢键的破坏起抑制作用,而微波的特殊效应则对氢键的破坏起促进作用。 整个加热过程中,微波始终对淀粉-水体系产生不同程度的影响;微波的热效应在糊化开始后显现出绝对性优势;而微波的特殊效应则主要集中在糊化前及糊化刚开始阶段,对淀粉的介电特性、宏观形态、热特性和层状结构水分分布等产生干预。


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