機械活化乙?；矸垡讯狨サ谋碚骱托阅芊治?/h1>
2023-04-23 03:38:28陳江楓藍煥師梁露鋒胡華宇張燕娟黃祖強
食品工業 2023年4期 關鍵詞：機械
陳江楓，藍煥師，梁露鋒，胡華宇，張燕娟，黃祖強
1. 非糧生物質酶解國家重點實驗室，廣西農墾明陽生化有限公司，廣西農墾明陽淀粉發展有限公司（南寧 530226）；2. 廣西大學化學化工學院（南寧 530004）
淀粉在食品工業應用廣泛，但原淀粉糊化后易解聚，黏度和穩定性低，不耐剪切、酸、堿和高溫等，不能滿足食品工業的各種需求，因此需對淀粉進行改性，使其更符合食品加工的要求[1-2]。乙?；矸垡讯狨ィ╝cetylated distarch adipate，ADSA）是指對原淀粉進行乙?；磻图憾峤宦摲磻玫降囊环N酯化交聯變性淀粉[3]。與原淀粉相比，ADSA糊絲變短，糊化溫度低，抗老化性好，抗剪切力、抗酸、抗熱能力強，可作為增稠劑、黏結劑和穩定劑在食品工業上應用[4-7]。
但ADSA的制備大多在液相進行，存在水污染、耗時、取代度低等特點，試驗采用機械活化固相法進行ADSA制備，探討固相反應所制備產品的性能變化。機械活化（mechanical activation）是指固體顆粒在受到碰撞、摩擦、剪切、沖擊等機械力作用下，晶體結構和理化性質發生變化[8-9]。機械活化固相反應，可使淀粉和各試劑在機械力作用下能更好地混合、滲透、活化并發生反應，從而減少預處理過程，生產效率提高，生產時間縮短，生產工藝流程簡化[10-11]。試驗以木薯淀粉為原料、乙酸酐為酯化劑、已二酸為交聯劑，在機械活化固相體系中一步法制備乙?；矸垡讯狨ィ瑢χ苽涞漠a品進行紅外光譜、X射線衍射、掃描電鏡表征分析，并通過測定產品各理化性能，為生產實際提供應用數據。
1 材料與方法
1.1 主要原料及試劑
木薯淀粉（食用級，廣西農墾明陽生化限公司）；已二酸（分析純，廣東光華科技股份有限公司）；乙酸酐（分析純，成都市科龍化工試劑廠）；無水乙醇（分析純，廣東汕頭西隴化工股份有限公司）。
1.2 主要儀器設備
Nicolet IS 10傅立葉變換紅外光譜儀（日本島津公司）；UitimaIV組合型X射線衍射儀（日本理學公司）；S-570型掃描電子顯微鏡（日本日立公司）；NDJ-5S旋轉式黏度計（長沙思辰儀器科技有限公司）；Agilent8453E紫外-可見分光光度計（安捷倫科技公司）；BCD-226SJP冷藏冷凍箱（青島海爾股份有限公司）；Micro-Vmylo-Graph布拉班德黏度儀（GmbH & Co.KG公司）；球磨機（自制），參見文獻[12]。
1.3 機械活化乙酰化二淀粉已二酸酯的制備
準確量取300 mL（堆體積）研磨介質（皓球）加入球磨罐中，將木薯淀粉、已二酸（占淀粉干基1.2%）、乙酸酐（占淀粉干基5%）混合均勻，一起倒入球磨罐中，啟動裝置，控制球磨溫度40 ℃、球磨時間60 min、球磨機球磨轉速分別控制為100 r/min和300 r/min，反應結束后經球料分離、乙醇液洗滌、烘箱干燥、粉碎過篩，得到兩種不同轉速下的乙?；矸垡讯狨ギa品。所得產品冷糊黏度經NDJ-5S旋轉式黏度計檢測，所測粘度對應為29 550 mPa·s和7 588 mPa·s。
1.4 產品結構表征
利用美國賽默飛世爾科技Niculet IS 10型傅里葉變換紅外光譜儀分析樣品的分子基團，分辨率4 cm-1，掃描范圍400~4 000 cm-1。采用X射線衍射儀對不同淀粉樣的結晶結構進行表征，掃描條件為：射線Cukα輻射，Ni片濾波，電壓40 kV，電流30 mA，在5°≤2θ≤40°連續掃描。采用S-570型掃描電子顯微鏡在放大倍數（500和2 000倍）下觀察并拍下樣品的表面結構[13]。
1.5 性能測定
1.5.1 透明度測定
稱取1.00 g淀粉樣倒入100 mL蒸餾水中，配制成1%淀粉乳，放在沸水中糊化并保持15 min，取出冷卻至室溫（30 ℃），以蒸餾水為參照，將樣品置于波長650 nm處紫外-可見分光光度計測其透光率[9]。
1.5.2 凍融穩定性的測定
稱取一定量的淀粉樣配成6%淀粉乳，放入95 ℃水中加熱30 min，不停攪拌，保持溶液體積，冷卻至室溫（30 ℃），準確稱取30.0 g淀粉糊于離心管中，將蓋子蓋緊，放于-20 ℃冰箱內24 h，達到規定時間后取出離心管在常溫下解凍2 h，于3 000 r/min離心20 min。離心分離出的水重與糊液質量的比值為析水率，并反復冷凍24 h后解凍離心4次[9]。
1.5.3 抗老化性測定
稱取一定量的淀粉樣配成3%淀粉乳，于95 ℃恒溫水浴中加熱并恒溫20 min，測定熱糊黏度，冷卻至室溫（30 ℃），并測其黏度。平行測定3次，取平均值。
1.5.4 抗剪切性測定
稱取一定量的淀粉樣配成3%淀粉乳，于95 ℃恒溫水浴中加熱，用玻璃棒不斷攪拌至完全糊化后，冷卻至室溫（30 ℃），并測其黏度，于200 r/min下攪拌剪切5 min，測其黏度。
1.5.5 凝沉性測定
稱取一定量的淀粉樣配成1%淀粉乳，在100 ℃沸水浴中糊化30 min，加蓋保鮮膜以防止水分蒸發，一定時間后，取出冷卻至室溫。取25 mL淀粉糊加到25 mL量筒里，靜置，間隔24 h讀取1次上層清液體積，如此重復5次。
1.5.6 糊化特性測定
利用布拉班德黏度儀，設置測量參數，速度250 r/min，測試范圍150 cmg。測試步驟：配制6%淀粉乳，打開循環水，將淀粉乳倒入黏度儀的測量杯中，從30 ℃開始升溫至95 ℃，保持30 min，降溫至50 ℃，保持30 min，升溫及降溫的速度7.5 ℃/min，黏度單位BU，在黏度曲線上取6個關鍵點。
2 結果與討論
2.1 FT-IR分析
如圖1所示：3 417 cm-1處的吸收峰是淀粉中游離—OH的伸縮振動特征峰；2 926 cm-1處的峰為—CH2伸縮振動吸收特征峰；1 001 cm-1、1 089 cm-1、1 174 cm-1分別是伯醇、仲醇、叔醇的C—O鍵伸縮振動吸收特征峰。ADSA相對于原淀粉，由原淀粉在1 638 cm-1處的特征峰分裂為雙峰1 560 cm-1和1 653 cm-1，其中1 653 cm-1處的伸縮振動吸收特征峰為C＝O的特征峰，這是因為在淀粉分子上引入乙?；?，使其結構發生變化，說明淀粉成功發生酯化反應[14]。
圖1 不同樣品的FTIR圖
2.2 XRD分析
淀粉的X射線衍射圖譜分為A、B、C這3種類型，每種類型都有各自明顯的特征峰，A型所對應的衍射圖譜是在2θ為15°，17°，18°和23°處有較強的衍射峰，B型是在2θ為5.6°，17°，22°和24°處有較強的衍射峰，C型是A型和B型的混合。在X射線衍射圖譜中，明顯的尖峰代表淀粉的結晶結構，彌散衍射峰代表淀粉的非結晶結構，尖峰衍射越高，半峰寬越小，則說明淀粉的晶粒越大，結晶度越高。圖2為不同淀粉的XRD圖。木薯淀粉（a）在15°，17°，18°和23°處都有衍射峰出現，屬于明顯的A型結晶結構[9]。球磨轉速100 r/min的ADSA（b），尖峰變緩和，但晶型結構并未改變，表現為晶粒變小，結晶度下降。球磨轉速300 r/min的ADSA（c），峰型轉變成典型的饅頭峰，A型淀粉的特征衍射峰消失，淀粉結晶結構消失。這表明交聯酯化作用對淀粉結晶類型影響不大，但球磨轉速的提高會嚴重破壞淀粉的結晶結構。
圖2 不同樣品的X衍射曲線
2.3 SEM分析
圖3為不同樣品的掃描電鏡圖。木薯原淀顆粒較圓潤，表面比較光滑，沒有明顯被破壞的現象；球磨轉速100 r/min的ADSA顆粒間有一定黏連，顆粒形貌發生變化；球磨轉速300 r/min的ADSA則有明顯的凹穴和裂痕，并相對團聚，這是機械力和交聯酯化作用的結果：球磨轉速提高，淀粉結晶結構破壞，化學試劑與淀粉的混合更均勻，更易進入淀粉分子內部實現交聯酯化。
圖3 不同淀粉掃描電鏡圖
2.4 透明度測定
食品加工過程中，淀粉糊透明度嚴重影響產品的透明度及成色。木薯淀粉中脂質含量、淀粉變性引入的基團均對淀粉糊透明度有一定影響。變性淀粉的糊透明度越高，加入食品中可以提高食品的光澤度。通常用透光率來表示淀粉糊透明度的高低，透光率越大則透明度越高。對淀粉原料及變性產品糊的透光率進行測定，結果如圖4所示。透明度大小順序為原淀粉＞球磨300 r/min的ADSA＞球磨100 r/min的ADSA。一般情況，淀粉經機械活化后，鏈分子變短，結晶結構破壞，水分子更易進入淀粉分子內部，入射光線穿透性隨之增強；機械活化程度越高，淀粉冷水溶解度越大，糊透明度也越高[8]。但淀粉經交聯酯化反應后，鍵合強度增強，淀粉難于破裂和溶脹，光的透射量減小，引起較為強烈的光散射，導致透光率下降，透明度降低[15]。
2.5 凍融穩定性測定
冷凍食品中要求變性淀粉在低溫下冷凍或經過多次冷凍、解凍后食品仍能保持穩定。淀粉凍融性的好壞通常是用析水率來表示，析水率低則凍融穩定性好，反之則差。對原淀粉及變性淀粉進行析水率測定，結果如表1所示。木薯原淀粉析水率最低，凍融穩定性最好。機械力作用使淀粉分子鏈斷裂，分子量、聚合度、淀粉糊黏度均下降，直鏈淀粉含量增加，而在溶液中鏈狀結構的直鏈淀粉空間障礙小，易于取向，凍融穩定性就會越差[16]。
表1 不同樣品的凍融穩定性
2.6 抗老化性測定
食品中加入變性淀粉，主要是利用淀粉受熱糊化后，產生的黏性使得產品具有符合要求的組織結構和性質，并在冷卻后，保持良好的黏度穩定性，即要求抗老化性好，以保持食品良好的性能。因此，將淀粉的冷熱黏度進行比較，以評價其抗老化性，結果見表2。木薯原淀粉的冷糊黏度高，這是因為原淀粉分子鏈長，平均分子量大；但受熱后鏈分子有一定斷裂分解，同時熱作用下分子熱運動增大，因此熱糊黏度比冷糊黏度有明顯下降，其差值較大。機械活化交聯酯化淀粉則由于機械力作用使淀粉鏈分子有一定程度下降，且轉速越大分子鏈斷裂越嚴重，而交聯酯化也主要在斷裂的小分子淀粉中進行，表現為冷熱黏度均比原淀粉明顯下降，但差值變小。其中，球磨轉速300 r/min的ADSA的抗老化性最好，其次是球磨轉速100 r/min的ADSA，原淀粉最差。
表2 不同樣品的抗老化性
2.7 抗剪切性分析
在食品加工過程中，經常需要進行激烈的機械攪拌作用，這就要求變性淀粉具有較強的抗剪切性能，以保持淀粉糊液黏度的穩定性。因此，對淀粉糊液進行剪切前后黏度的測定和比較，以評價其抗剪切性，結果見表3。黏度差值越小，抗剪切性越好，反之就越差。結果表明，剪切后淀粉黏度均有所下降，但是下降的幅度不同。木薯原淀粉經剪切后，黏度下降最多，說明木薯原淀粉的抗剪切性比較差，這是因為木薯原淀粉糊在強烈的機械攪拌作用力下，溶脹的淀粉顆粒破裂導致黏度下降。引入交聯酯化作用后，分子之間架橋，加固淀粉溶脹顆粒，因此能在強攪拌作用力下保持穩定。
表3 不同樣品的抗剪切性
2.8 凝沉性分析
淀粉糊的凝沉性是淀粉的重要性質，凝沉性是淀粉糊化后，鏈分子重新排列成序，羥基之間形成氫鍵，重新形成致密及不溶性的淀粉分子微晶束[17]。對不同淀粉樣品沉凝性進行測定，結果見表4。機械活化制備的ADSA凝沉性較木薯原淀粉要好，這可能是因為淀粉經過交聯酯化后，氫鍵減少，分子聚集受到阻礙，不易回生，淀粉糊的穩定性增加。隨著機械球磨轉速的提高，淀粉溶解性增強，表面吉布斯函減小，不易聚集，凝沉性降低，淀粉糊穩定性增強。
表4 不同樣品的凝沉性
2.9 糊化特性分析
采用布拉班德測定黏度是為研究淀粉糊化時的特性，在黏度曲線上可以得到6個關鍵點：A為糊化開始的溫度；B為峰值黏度，表示升溫糊化時能達到的最高黏度值；C為恒溫階段開始，表示升溫至95 ℃時的黏度；D為冷卻階段開始，表示淀粉糊在95 ℃保溫30 min后準備開始降溫時的黏度；E為冷卻階段結束，表示淀粉糊冷卻到50 ℃時的黏度；F為最終恒溫階段結束，表示淀粉糊在50 ℃保溫15 min后的黏度；B~D為崩解值，表示的是淀粉糊的熱穩定性，崩解值越小，熱穩定性越高；E~D為回升值，表示淀粉糊在冷卻時形成的凝膠性，回升值越大，凝膠性越強。圖5是不同樣品的布拉班德黏度曲線，表5分別列出不同樣品黏度曲線上的關鍵點。
由圖5和表5可以看出，與原淀粉相比，機械活化交聯酯化淀粉具有糊化溫度低、峰值黏度小、熱穩定性高、凝膠性弱等特點。對不同球磨轉速交聯酯化淀粉而言，隨著機械球磨轉速增大，糊化溫度更低、峰值黏度更小、熱穩定性提高、凝膠性減弱。
圖5 不同樣品的布拉班德黏度曲線
表5 不同樣品的黏度曲線上的關鍵點
3 結論
采用紅外光譜、X射線衍射、電鏡掃描等對制備的機械活化乙?；矸垡讯狨ミM行表征分析，結果顯示，淀粉成功發生交聯酯化反應；交聯和酯化作用不會改變淀粉的晶型，但會改變淀粉顆粒表面的形貌；機械活化作用能破壞淀粉的結晶結構。
與木薯原淀粉相比，機械活化固相法交聯酯化淀粉的抗老化性、抗剪切能力較好，凝沉性和糊化溫度降低，但其透明度和凍融穩定性比原淀粉差，峰值黏度小，凝膠性弱。對交聯酯化產品而言，隨著球磨轉速的提高，其透明度、抗老化性、抗剪切性增強，凍融穩定性、凝沉性、糊化溫度降低，峰值黏度變小，凝膠性減弱。
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淀粉在食品工業應用廣泛，但原淀粉糊化后易解聚，黏度和穩定性低，不耐剪切、酸、堿和高溫等，不能滿足食品工業的各種需求，因此需對淀粉進行改性，使其更符合食品加工的要求[1-2]。乙?；矸垡讯狨ィ╝cetylated distarch adipate，ADSA）是指對原淀粉進行乙?；磻图憾峤宦摲磻玫降囊环N酯化交聯變性淀粉[3]。與原淀粉相比，ADSA糊絲變短，糊化溫度低，抗老化性好，抗剪切力、抗酸、抗熱能力強，可作為增稠劑、黏結劑和穩定劑在食品工業上應用[4-7]。
但ADSA的制備大多在液相進行，存在水污染、耗時、取代度低等特點，試驗采用機械活化固相法進行ADSA制備，探討固相反應所制備產品的性能變化。機械活化（mechanical activation）是指固體顆粒在受到碰撞、摩擦、剪切、沖擊等機械力作用下，晶體結構和理化性質發生變化[8-9]。機械活化固相反應，可使淀粉和各試劑在機械力作用下能更好地混合、滲透、活化并發生反應，從而減少預處理過程，生產效率提高，生產時間縮短，生產工藝流程簡化[10-11]。試驗以木薯淀粉為原料、乙酸酐為酯化劑、已二酸為交聯劑，在機械活化固相體系中一步法制備乙?；矸垡讯狨ィ瑢χ苽涞漠a品進行紅外光譜、X射線衍射、掃描電鏡表征分析，并通過測定產品各理化性能，為生產實際提供應用數據。
1 材料與方法
1.1 主要原料及試劑
木薯淀粉（食用級，廣西農墾明陽生化限公司）；已二酸（分析純，廣東光華科技股份有限公司）；乙酸酐（分析純，成都市科龍化工試劑廠）；無水乙醇（分析純，廣東汕頭西隴化工股份有限公司）。
1.2 主要儀器設備
Nicolet IS 10傅立葉變換紅外光譜儀（日本島津公司）；UitimaIV組合型X射線衍射儀（日本理學公司）；S-570型掃描電子顯微鏡（日本日立公司）；NDJ-5S旋轉式黏度計（長沙思辰儀器科技有限公司）；Agilent8453E紫外-可見分光光度計（安捷倫科技公司）；BCD-226SJP冷藏冷凍箱（青島海爾股份有限公司）；Micro-Vmylo-Graph布拉班德黏度儀（GmbH & Co.KG公司）；球磨機（自制），參見文獻[12]。
1.3 機械活化乙酰化二淀粉已二酸酯的制備
準確量取300 mL（堆體積）研磨介質（皓球）加入球磨罐中，將木薯淀粉、已二酸（占淀粉干基1.2%）、乙酸酐（占淀粉干基5%）混合均勻，一起倒入球磨罐中，啟動裝置，控制球磨溫度40 ℃、球磨時間60 min、球磨機球磨轉速分別控制為100 r/min和300 r/min，反應結束后經球料分離、乙醇液洗滌、烘箱干燥、粉碎過篩，得到兩種不同轉速下的乙?；矸垡讯狨ギa品。所得產品冷糊黏度經NDJ-5S旋轉式黏度計檢測，所測粘度對應為29 550 mPa·s和7 588 mPa·s。
1.4 產品結構表征
利用美國賽默飛世爾科技Niculet IS 10型傅里葉變換紅外光譜儀分析樣品的分子基團，分辨率4 cm-1，掃描范圍400~4 000 cm-1。采用X射線衍射儀對不同淀粉樣的結晶結構進行表征，掃描條件為：射線Cukα輻射，Ni片濾波，電壓40 kV，電流30 mA，在5°≤2θ≤40°連續掃描。采用S-570型掃描電子顯微鏡在放大倍數（500和2 000倍）下觀察并拍下樣品的表面結構[13]。
1.5 性能測定
1.5.1 透明度測定
稱取1.00 g淀粉樣倒入100 mL蒸餾水中，配制成1%淀粉乳，放在沸水中糊化并保持15 min，取出冷卻至室溫（30 ℃），以蒸餾水為參照，將樣品置于波長650 nm處紫外-可見分光光度計測其透光率[9]。
1.5.2 凍融穩定性的測定
稱取一定量的淀粉樣配成6%淀粉乳，放入95 ℃水中加熱30 min，不停攪拌，保持溶液體積，冷卻至室溫（30 ℃），準確稱取30.0 g淀粉糊于離心管中，將蓋子蓋緊，放于-20 ℃冰箱內24 h，達到規定時間后取出離心管在常溫下解凍2 h，于3 000 r/min離心20 min。離心分離出的水重與糊液質量的比值為析水率，并反復冷凍24 h后解凍離心4次[9]。
1.5.3 抗老化性測定
稱取一定量的淀粉樣配成3%淀粉乳，于95 ℃恒溫水浴中加熱并恒溫20 min，測定熱糊黏度，冷卻至室溫（30 ℃），并測其黏度。平行測定3次，取平均值。
1.5.4 抗剪切性測定
稱取一定量的淀粉樣配成3%淀粉乳，于95 ℃恒溫水浴中加熱，用玻璃棒不斷攪拌至完全糊化后，冷卻至室溫（30 ℃），并測其黏度，于200 r/min下攪拌剪切5 min，測其黏度。
1.5.5 凝沉性測定
稱取一定量的淀粉樣配成1%淀粉乳，在100 ℃沸水浴中糊化30 min，加蓋保鮮膜以防止水分蒸發，一定時間后，取出冷卻至室溫。取25 mL淀粉糊加到25 mL量筒里，靜置，間隔24 h讀取1次上層清液體積，如此重復5次。
1.5.6 糊化特性測定
利用布拉班德黏度儀，設置測量參數，速度250 r/min，測試范圍150 cmg。測試步驟：配制6%淀粉乳，打開循環水，將淀粉乳倒入黏度儀的測量杯中，從30 ℃開始升溫至95 ℃，保持30 min，降溫至50 ℃，保持30 min，升溫及降溫的速度7.5 ℃/min，黏度單位BU，在黏度曲線上取6個關鍵點。
2 結果與討論
2.1 FT-IR分析
如圖1所示：3 417 cm-1處的吸收峰是淀粉中游離—OH的伸縮振動特征峰；2 926 cm-1處的峰為—CH2伸縮振動吸收特征峰；1 001 cm-1、1 089 cm-1、1 174 cm-1分別是伯醇、仲醇、叔醇的C—O鍵伸縮振動吸收特征峰。ADSA相對于原淀粉，由原淀粉在1 638 cm-1處的特征峰分裂為雙峰1 560 cm-1和1 653 cm-1，其中1 653 cm-1處的伸縮振動吸收特征峰為C＝O的特征峰，這是因為在淀粉分子上引入乙?；?，使其結構發生變化，說明淀粉成功發生酯化反應[14]。
圖1 不同樣品的FTIR圖
2.2 XRD分析
淀粉的X射線衍射圖譜分為A、B、C這3種類型，每種類型都有各自明顯的特征峰，A型所對應的衍射圖譜是在2θ為15°，17°，18°和23°處有較強的衍射峰，B型是在2θ為5.6°，17°，22°和24°處有較強的衍射峰，C型是A型和B型的混合。在X射線衍射圖譜中，明顯的尖峰代表淀粉的結晶結構，彌散衍射峰代表淀粉的非結晶結構，尖峰衍射越高，半峰寬越小，則說明淀粉的晶粒越大，結晶度越高。圖2為不同淀粉的XRD圖。木薯淀粉（a）在15°，17°，18°和23°處都有衍射峰出現，屬于明顯的A型結晶結構[9]。球磨轉速100 r/min的ADSA（b），尖峰變緩和，但晶型結構并未改變，表現為晶粒變小，結晶度下降。球磨轉速300 r/min的ADSA（c），峰型轉變成典型的饅頭峰，A型淀粉的特征衍射峰消失，淀粉結晶結構消失。這表明交聯酯化作用對淀粉結晶類型影響不大，但球磨轉速的提高會嚴重破壞淀粉的結晶結構。
圖2 不同樣品的X衍射曲線
2.3 SEM分析
圖3為不同樣品的掃描電鏡圖。木薯原淀顆粒較圓潤，表面比較光滑，沒有明顯被破壞的現象；球磨轉速100 r/min的ADSA顆粒間有一定黏連，顆粒形貌發生變化；球磨轉速300 r/min的ADSA則有明顯的凹穴和裂痕，并相對團聚，這是機械力和交聯酯化作用的結果：球磨轉速提高，淀粉結晶結構破壞，化學試劑與淀粉的混合更均勻，更易進入淀粉分子內部實現交聯酯化。
圖3 不同淀粉掃描電鏡圖
2.4 透明度測定
食品加工過程中，淀粉糊透明度嚴重影響產品的透明度及成色。木薯淀粉中脂質含量、淀粉變性引入的基團均對淀粉糊透明度有一定影響。變性淀粉的糊透明度越高，加入食品中可以提高食品的光澤度。通常用透光率來表示淀粉糊透明度的高低，透光率越大則透明度越高。對淀粉原料及變性產品糊的透光率進行測定，結果如圖4所示。透明度大小順序為原淀粉＞球磨300 r/min的ADSA＞球磨100 r/min的ADSA。一般情況，淀粉經機械活化后，鏈分子變短，結晶結構破壞，水分子更易進入淀粉分子內部，入射光線穿透性隨之增強；機械活化程度越高，淀粉冷水溶解度越大，糊透明度也越高[8]。但淀粉經交聯酯化反應后，鍵合強度增強，淀粉難于破裂和溶脹，光的透射量減小，引起較為強烈的光散射，導致透光率下降，透明度降低[15]。
2.5 凍融穩定性測定
冷凍食品中要求變性淀粉在低溫下冷凍或經過多次冷凍、解凍后食品仍能保持穩定。淀粉凍融性的好壞通常是用析水率來表示，析水率低則凍融穩定性好，反之則差。對原淀粉及變性淀粉進行析水率測定，結果如表1所示。木薯原淀粉析水率最低，凍融穩定性最好。機械力作用使淀粉分子鏈斷裂，分子量、聚合度、淀粉糊黏度均下降，直鏈淀粉含量增加，而在溶液中鏈狀結構的直鏈淀粉空間障礙小，易于取向，凍融穩定性就會越差[16]。
表1 不同樣品的凍融穩定性
2.6 抗老化性測定
食品中加入變性淀粉，主要是利用淀粉受熱糊化后，產生的黏性使得產品具有符合要求的組織結構和性質，并在冷卻后，保持良好的黏度穩定性，即要求抗老化性好，以保持食品良好的性能。因此，將淀粉的冷熱黏度進行比較，以評價其抗老化性，結果見表2。木薯原淀粉的冷糊黏度高，這是因為原淀粉分子鏈長，平均分子量大；但受熱后鏈分子有一定斷裂分解，同時熱作用下分子熱運動增大，因此熱糊黏度比冷糊黏度有明顯下降，其差值較大。機械活化交聯酯化淀粉則由于機械力作用使淀粉鏈分子有一定程度下降，且轉速越大分子鏈斷裂越嚴重，而交聯酯化也主要在斷裂的小分子淀粉中進行，表現為冷熱黏度均比原淀粉明顯下降，但差值變小。其中，球磨轉速300 r/min的ADSA的抗老化性最好，其次是球磨轉速100 r/min的ADSA，原淀粉最差。
表2 不同樣品的抗老化性
2.7 抗剪切性分析
在食品加工過程中，經常需要進行激烈的機械攪拌作用，這就要求變性淀粉具有較強的抗剪切性能，以保持淀粉糊液黏度的穩定性。因此，對淀粉糊液進行剪切前后黏度的測定和比較，以評價其抗剪切性，結果見表3。黏度差值越小，抗剪切性越好，反之就越差。結果表明，剪切后淀粉黏度均有所下降，但是下降的幅度不同。木薯原淀粉經剪切后，黏度下降最多，說明木薯原淀粉的抗剪切性比較差，這是因為木薯原淀粉糊在強烈的機械攪拌作用力下，溶脹的淀粉顆粒破裂導致黏度下降。引入交聯酯化作用后，分子之間架橋，加固淀粉溶脹顆粒，因此能在強攪拌作用力下保持穩定。
表3 不同樣品的抗剪切性
2.8 凝沉性分析
淀粉糊的凝沉性是淀粉的重要性質，凝沉性是淀粉糊化后，鏈分子重新排列成序，羥基之間形成氫鍵，重新形成致密及不溶性的淀粉分子微晶束[17]。對不同淀粉樣品沉凝性進行測定，結果見表4。機械活化制備的ADSA凝沉性較木薯原淀粉要好，這可能是因為淀粉經過交聯酯化后，氫鍵減少，分子聚集受到阻礙，不易回生，淀粉糊的穩定性增加。隨著機械球磨轉速的提高，淀粉溶解性增強，表面吉布斯函減小，不易聚集，凝沉性降低，淀粉糊穩定性增強。
表4 不同樣品的凝沉性
2.9 糊化特性分析
采用布拉班德測定黏度是為研究淀粉糊化時的特性，在黏度曲線上可以得到6個關鍵點：A為糊化開始的溫度；B為峰值黏度，表示升溫糊化時能達到的最高黏度值；C為恒溫階段開始，表示升溫至95 ℃時的黏度；D為冷卻階段開始，表示淀粉糊在95 ℃保溫30 min后準備開始降溫時的黏度；E為冷卻階段結束，表示淀粉糊冷卻到50 ℃時的黏度；F為最終恒溫階段結束，表示淀粉糊在50 ℃保溫15 min后的黏度；B~D為崩解值，表示的是淀粉糊的熱穩定性，崩解值越小，熱穩定性越高；E~D為回升值，表示淀粉糊在冷卻時形成的凝膠性，回升值越大，凝膠性越強。圖5是不同樣品的布拉班德黏度曲線，表5分別列出不同樣品黏度曲線上的關鍵點。
由圖5和表5可以看出，與原淀粉相比，機械活化交聯酯化淀粉具有糊化溫度低、峰值黏度小、熱穩定性高、凝膠性弱等特點。對不同球磨轉速交聯酯化淀粉而言，隨著機械球磨轉速增大，糊化溫度更低、峰值黏度更小、熱穩定性提高、凝膠性減弱。
圖5 不同樣品的布拉班德黏度曲線
表5 不同樣品的黏度曲線上的關鍵點
3 結論
采用紅外光譜、X射線衍射、電鏡掃描等對制備的機械活化乙?；矸垡讯狨ミM行表征分析，結果顯示，淀粉成功發生交聯酯化反應；交聯和酯化作用不會改變淀粉的晶型，但會改變淀粉顆粒表面的形貌；機械活化作用能破壞淀粉的結晶結構。
與木薯原淀粉相比，機械活化固相法交聯酯化淀粉的抗老化性、抗剪切能力較好，凝沉性和糊化溫度降低，但其透明度和凍融穩定性比原淀粉差，峰值黏度小，凝膠性弱。對交聯酯化產品而言，隨著球磨轉速的提高，其透明度、抗老化性、抗剪切性增強，凍融穩定性、凝沉性、糊化溫度降低，峰值黏度變小，凝膠性減弱。
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