淀粉颗粒形貌与结构的研究

张本山　梁勇　高大维　耿予欢

(华南理工大学轻化所,广州　5100)

摘　要　利用光学显微镜对玉米、木薯、马铃薯淀粉颗粒形貌及结构特征进行了详细的研究和讨论,揭示了不同淀粉颗粒形貌及结构特征之间的共同点和差别,提出了木薯和马铃薯淀粉颗粒首端和尾端的概念以及玉米和木薯淀粉颗粒也存在轮纹和脐点的观点。

关键词　淀粉　颗粒　结构

0　前言

淀粉是一种天然多糖化合物,它以颗粒的形式广泛存在于植物的果实、根、茎、叶中,是人类主要的碳水化合物的来源。由于资源非常丰富、价格低廉,在农业、工业和科学技术等各个领域都一直受到人们的高度重视。目前用于淀粉生产的农作物主要有玉米、木薯、马铃薯、小麦等。在显微镜下观察,淀粉以颗粒态存在,是透明的。不同品种的淀粉在颗粒大小和形状方面存在着差异,根据这些差异可以区别和确定淀粉种类〔1～7〕。

在长期的研究过程中,人们发现玉米淀粉颗粒主要是多角形,马铃薯淀粉颗粒多为卵形,木薯淀粉颗粒则为半圆形。马铃薯淀粉颗粒存在轮纹和脐点,玉米和木薯则无。淀粉颗粒内部有结晶区和无定形区,化学反应主要发生在无定形区,在此基础上,本文以玉米、木薯、马铃薯原淀粉为研究对象,从形貌、脐点、轮纹、首端和尾端几个方面对淀粉颗粒的形貌和结构特征进行了系统的研究和讨论。

1　试验材料与方法

1.1　材料和设备

玉米淀粉:吉林新源玉米开发有限公司生产。

木薯淀粉:广西明阳淀粉厂生产。

马铃薯淀粉:荷兰米拉尼公司。

BH-2多功能显微镜:日本O LY MPUS VANOX。

注:国家自然科学基金资助项目

收稿日期:2000-01-06

张本山:男,19年生,讲师,博士,制糖工程1.2　样品制备

分别将待测的玉米、木薯和马铃薯淀粉与蒸馏水混合,调制成1%～5%的均匀淀粉乳,进行测试。

1.3　测试条件和方法

测试条件:曝光时间控制在0.01s以内,放大倍数分别为玉米淀粉放大400倍,木薯淀粉放大400倍,马铃薯淀粉放大200倍,淀粉的颗粒形貌在普通光线下观察和拍摄。

测试方法:将处理好的待测淀粉样品,滴于载玻片上,盖上盖玻片,放入显微镜样品台,选择适当的目镜和物镜以实现要求的放大倍数,选择滤波片,调整光源电压曝光时间小于0.01s,在普通光线下拍摄淀粉的颗粒形貌。

2　结果与讨论

2.1　

马铃薯淀粉的颗粒形貌与结构

图1　马铃薯淀粉的颗粒形貌(×200)

2002年6月

第17卷第3期

中国粮油学报

Journal of the Chinese Cereals and Oils Ass ociation

V ol.17,N o.3

Jun.2002

　　与玉米和木薯淀粉颗粒相比,马铃薯淀粉颗粒较大,透明性好,与资料的报道一样,其轮纹和脐点等形貌和结构特征非常明显,在放大200倍的光学显微镜下可以清楚地观察到其基本的颗粒结构和形貌。马铃薯淀粉在常温水分散体系中的颗粒形貌见图1。

从整体上看,其淀粉颗粒形状为椭球形,颗粒的脐点不是位于颗粒的中心,而是偏于椭球形的一端,并且在本文的研究发现,马铃薯淀粉颗粒的两端在结构和性质上存在很大的差别。为了区分和叙述上的方便,本文把马铃薯淀粉颗粒有脐点的一端定义为首端(脐点端),把另一端定义为尾端(非脐点端)。较大的马铃薯淀粉颗粒可能清晰地观察到具有以首端脐点为中心的,向尾端逐渐扩展开的轮纹,而轮纹的这种以脐点为中心逐渐扩展开的排列方式说明脐点应当是淀粉颗粒的中心,即淀粉分子链有序排列的中心点,也可能是植物生长的起始点。较小的马

铃薯淀粉颗粒因颗粒的粒度较小在颗粒的脐点处只能观察到一个黑色斑点,轮纹则较难观察到。轮纹的存在与分布规律还说明马铃薯淀粉颗粒内具有分层排列的层状结构,而且,颗粒首端的轮纹细而密,尾端的轮纹则粗而疏,即马铃薯淀粉颗粒首端分子链排列均匀、紧密,而尾端淀粉分子链排列疏松,所以,马铃薯淀粉颗粒首端的抗溶胀和糊化的能力应大于尾端。2.2　木薯淀粉的颗粒形貌与结构木薯淀粉的颗粒粒度较小,颗粒形状规范性差,颗粒的透明度也较马铃薯淀粉颗粒低,因此,对木薯淀粉颗粒基本结构的研究也较困难,关于原木薯淀粉颗粒基本结构的报道也不十分统一。目前普遍认为,木薯淀粉颗粒为球形,颗粒本身无脐点和轮纹结构特征。

图2至图5分别为从不同角度观察到典型的木薯淀粉颗粒形貌,

对此进行比较和综合就不难得出

图2　木薯淀粉的颗粒形貌(×400

)图4　木薯淀粉的颗粒形貌(×400

)图3　木薯淀粉的颗粒形貌(×400

)

图5　木薯淀粉的颗粒形貌(×400)

84中国粮油学报2002年第3期

图6　

玉米淀粉的颗粒结构图7　玉米淀粉的颗粒结构

木薯淀粉颗粒的典型结构特征,图2中的木淀粉颗粒的透明度较低,只能观察到颗粒表面的形状,从图中颗粒的外部形状看,木薯淀粉颗粒并非完好的圆球形,而是切去了一个球缺的大半圆球形,为了区别和描述上的准确,本文把木薯淀粉颗粒切去了球缺的一端定义为颗粒的尾端,把保持完整圆球形的另一端则定义为颗粒的首端,即木薯淀粉颗粒的首端为圆球体。除了外部形状特征之外,在图2中还可观察到木薯淀粉颗粒的脐点和轮纹这两个明显的结构特征,该图中多数淀粉颗粒在首端圆球体的中心处可以观察到有一个黑色斑点,这种情况与较小的马铃薯淀粉颗粒的脐点表现方式相同。同时,图中的个别典型颗粒也可以观察到有明显的轮纹结构,而且,轮纹的形状与颗粒的外形轮廓线是基本平行的,颗粒的脐点正好位于轮纹圆弧线的中心。

观察图2至图5中典型的木薯淀粉颗粒结构,同样可以发现大半个圆球形的颗粒外形,颗粒脐点及轮纹等结构特征,同时,由于这些图中颗粒的透明性较好可以进一步观察到,在木薯淀粉颗粒尾端切去的并非是一个圆缺,而是一个球扇形成球面锥形,也就是说,木薯淀粉的典型颗粒形状应该是切去了一个球面锥形的尾端或内凹空心的大半圆球体。比较图4中的木薯淀粉颗粒还可以观察到,不同颗粒尾端所切去的球面锥形的大小、深浅程度以及内凹程度差别都很大,所以,直观上看有些颗粒像圆球形,而有些则像半球形。图5中还可以清楚地看到两个圆球形的颗粒形貌,以圆心为中心有几个同心圆弧线,这应该是从颗粒首端向尾端观察到的木薯淀粉颗粒首端圆球形颗粒形貌,圆心处为颗粒的脐点而观察到的同心圆弧线则为颗粒的轮纹,这种典型的结构特征是确定木薯淀粉颗粒轮纹分布规律的有利证据。

总之,木薯淀粉颗粒的基本结构特征应该是一个尾端内凹或尾端空心的大半个圆球体,它具有脐点且位于颗粒首端圆球体的球心,少数颗粒还可以观察到与颗粒外形轮廓相平行的轮纹。

2.3　玉米淀粉的颗粒形貌与结构

玉米淀粉的颗粒外形为多角形,颗粒表面具有多个平面和棱角,无法像木薯、马铃薯淀粉的颗粒那样明确地定义颗粒的首端和尾端,但是在图6至图7中还可以比较清楚地观察到,多数淀粉颗粒的中心处都有一个黑色斑点,这也如同木薯淀粉颗粒和较小的马铃薯淀粉颗粒一样,是玉米淀粉颗粒的脐点所在,即玉米淀粉颗粒也具有脐点,而且位于淀粉颗粒的中心处,不仅如此,正如图6至图7所观察到的那样,在个别玉米淀粉颗粒上观察到存在的轮纹,而且是以颗粒脐点为中心向颗粒的四周逐渐扩散。

3　结论

综上所述,通过对原淀粉颗粒结构和形貌的研究,可以认为,除了在颗粒形貌上的差别外,玉米、木薯和马铃薯淀粉都具有颗粒的中心,即颗粒的脐点,都具有以脐点为中心的轮纹,但木薯淀粉和玉米淀粉只有个别淀粉颗粒才能在光学显微镜下观察到这种结构特征的存在。另外,木薯和马铃薯淀粉颗粒的脐点都位于颗粒的首端,颗粒首端和尾端在结构上存在明显的差别,木薯淀粉颗粒的形状则为尾端内凹或空心的半个或大半个圆球体。

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第17卷第3期张本山等　淀粉颗粒形貌与结构的研究参　考　文　献

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〔5〕P.Calvert:The structure of starch.Nature1997(3):338-339〔6〕Leach,H.W.,and T.J.Schoch:structure of the starch granuleⅡaction of various amylases on granular starch.Cereal Chem.1961

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〔7〕French,D:Organization of starch grannles in starch Chemistry and T echnology Ed.s R.D.Whistler,J.N.Bemiller and E. F.

Paschall,Academic Press Orlando,1984:184-242

Study on M orphology and Structure of Starch G ranules Zhang Benshan　Liang Y ong　G ao Dawei　G eng Y uhuan

(Light and Chemical Industry Institute,S outh china University of T echnology,G uangzhou,510631)

Abstract　With a photic microscope,m orphology and sturcture characteristic of starch granules of corn,tapioca and potato were researched.The comm onness and difference of the various starch granules in m orphology and structure character2 istic was revealed.Furtherm ore,the head and tail of tapioca starch granules and potato starch granules were defined.It is suggested that there are growth rings and hilums in corn starch granules and tapioca starch granules.

K ey w ords　starch,granule,structure

国产大豆　商机凸现

近日,由农业部颁布的与《农业转基因生物安全管理条例》相配套的实施细则《农业转基因生物安全评价管理办法》、

《农业转基因生物标识管理办法》及《农业转基因生物进口安全管理办法》己出台。细则规定,从2002年3月20日起对农业转基因生物的进口与销售必须申请安全证书和用中文明显标注转基因成分。细则中,将大豆作为第一批进入实施标识管理的农业转基因生物目录的产品之一,据此业内人士分析认为,转基因细则的出台,将从客观上抑制国外转基因大豆进口。同时,在大豆市场的消费选择,“办法”的出台将促进企业对国产非转基因大豆的使用,对加快树立中国非转基因大豆品牌,大力发展无公害、绿色大豆的生产和销售,提高入世后大豆业的竞争力,将起到重大的作用。

澳大利亚防治储粮害虫最新方法

《粮食与油脂》讯,澳大利亚联邦科学与工业研究组织储粮虫害专家,最近成功研制出几种消除储粮害虫的新方法如下:①用硫化羰制成熏蒸剂,经长达10年研究证明,硫化羰天然存在于许多植物中,有利于环境和臭氧层,一般需要2～5天,就可发挥杀虫作用。②用二甲酸乙酯制成熏蒸剂,该熏蒸剂具有硫化羰所有的良好特性,目前已在澳大利亚注册使用。③改进膦的使用方法和效率。人们长期使用的膦就是磷化铝片,它的主要缺点,一是无法控制使用量,二是粮食上存有粉状残留物。而澳大利亚科学家设计出一种可装载膦气体钢瓶,从而控制使用量,并不残留任何粉末,该方法已在美国成功注册,正在推向世界市场。

转自《粮油食品科技》

05中国粮油学报2002年第3期