河南工业大学王晓曦教授马森教授团队振动
图文来源于作者团队，欢迎各科研团队投稿。
编辑：陈敏/主编：张大川/学术顾问：寇兴然
河南工业大学王晓曦教授、马森教授团队：振动球磨粉碎小麦胚乳中机械力化学效应对淀粉结构特性的影响
InternationalJournalofBiologicalMacromolecules(IF=6.)
●近日，食品领域著名期刊InternationalJournalofBiologicalMacromolecules(IF=6.)在线发表了河南工业大学粮油食品学院杂粮加工理论与技术团队的研究论文"Mechanochemicaleffectsonthestructuralpropertiesofwheatstarchduringvibrationballmillingofwheatendosperm"(DOI:10./j.ijbiomac..02.)。王晓曦教授、马森教授为本文通讯作者。文章第一作者为博士研究生田潇凌，其他作者还包括硕士研究生汪桢、孙冰华博士、王凤成教授。
●（点击页面左下角阅读原文，直达文献页面）
成果介绍
研究背景
小麦制粉传统上被认为是一个简单的物理过程，而研磨后小麦粉之间的品质差异显示出制粉不仅仅是简单的物理过程，这其中机械力扮演的角色值得深思。2、物质受机械力作用而引起的一系列化学或物理化学变化，即机械化学反应；近年来机械力化学在合成、降解和改性等领域应用较多。3、已有研究证明了机械力可以对一种或多种分离的谷物主要成分——淀粉造成改性；但还未有研究探索未分离的淀粉胚乳研磨所产生的机械力化学效应。4、随着人们健康饮食意识的提高和饮食结构的调整，高膳食纤维产品和益生菌发酵食品产品越来越受欢迎。4、本研究采用工业改性常用的振动球磨机加工纯胚乳颗粒粉，通过控制制粉环境条件避免热效应的影响，对不同制粉时间下小麦淀粉的多尺度结构特征进行测定，旨在通过机械力化学效应初步分析了淀粉在小麦制粉加工过程中的变化；为创新和补充小麦制粉理论提供依据。
研究过程
研究人员采用低温振动球磨机对纯的胚乳颗粒粉进行不同时长的撞击粉碎，并根据研磨时长将样品分别标记为S-45、S-60、S-75、S-90和S-。
方法及结果
方法/仪器
结果
粒度分布
振动球磨的研磨将胚乳颗粒粉碎至中位粒径在25~35μm之间，且不同破碎时间下粒径的体积分布曲线走势相似，随着研磨时间的延长，粒径大于μm的部分，体积分布曲线覆盖面在收缩，将胚乳颗粒的粒度向更小削减（表1，图S1）。
破损淀粉直链淀粉含量
小麦粉的破损淀粉含量随粉碎时间含增加，但维持在9%以下。样品中的直链淀粉含量也并没有发生显著性变化（表1）。
SEMCLSM
CLSM和SEM的图片体现了粉体颗粒随研磨时间而减小，甚至明晰了减径过程。振动球磨作用仿佛将胚乳细胞锤击，使胚乳细胞间裂纹明显（图1B）；进一步的粉碎作用，是外围蛋白剥落，被蛋白质覆盖的淀粉颗粒挣脱了束缚（图1C），更多表面光滑的淀粉颗粒被暴露（图1c）；然后，蛋白质被碎片化（图1D），更多小尺寸的淀粉簇（B淀粉）出现在视野中（图1d）；随着B淀粉簇被打散，蛋白质也更多地被碎片化（图1e），视野中已经可见几乎全部淀粉的生长环（图1E）；研磨min时，淀粉颗粒损伤越来越明显，边缘的不规则清晰可见（图1F），蛋白质的碎片和残缺的B淀粉附着于原本光滑的大淀粉颗粒表面。
XRD
由于振动球磨的高能，不单单是简单的使支链淀粉结构松散，而是破坏了晶体结构。图2A中，随着研磨时间的增加，表征A型淀粉的特征峰被逐渐平缓，尤其是17°、18°（图2A）。研磨min时，小麦粉中淀粉的相对结晶度从最初的13.42%下降到8.44%（表1）。
ATR-FTIR
振动球磨改性过程中对于小麦淀粉的短程有序性是无规律的影响，但总体上是破坏破坏螺旋结构的堆积或缠绕的。短程有序结构的。考虑到相对结晶度的持续下降，那么对于短程有序性的无规则影响可能更多的发生在非结晶区的双螺旋结构中（图2B，表1）。
DSC
振动球磨对于胚乳颗粒的改性作用在小麦淀粉热特性反映出支链淀粉结构被破坏以及不均匀的晶体内部缺陷（表2）。
RVA
研磨造成了淀粉颗粒的破损，从而降低了淀粉颗粒的溶胀效果，影响了峰值黏度，PV与研磨时长呈反比；BD普遍升高，粒径减小后的粉体颗粒稳定性降低，可能是机械力作用的后的部分动能储存于淀粉颗粒内部使其稳定性下降；SB的结果显示出，机械力的作用不仅会破坏原始物料的有序性，还会降低糊化后的重排效果（图2C，表S1）。
体外消化特性
振动球磨作用显著改变了小麦粉的水解速率，研磨45min时，水解速率就已达到原料的四倍，机械力作用激活了酶的作用位点，使改性面粉对于酶的敏感性增加，在破碎颗粒的同时，增大了物料的比表面积，从而给酶的作用提供了有利的接触位和可及性。研随着研磨作用的推进，淀粉最大水解率因结构的持续破坏而增加。
图1样品的SEM和CLSM成像
图2样品的XRD图谱（A）、FTIR去卷积（B）、RVA图谱（C）
图3样品的体外水解曲线
表1样品的粒度、直链淀粉含量、破损淀粉含量、相对结晶度和短程有序性
表2样品的热特性结果
表3样品的水解参数
研究讨论
振动球磨机的撞击破碎过程首先“剥落”掉包裹在淀粉颗粒外围的小麦蛋白，再进一步细化颗粒。振动球磨对胚乳颗粒的破碎效果可使小麦粉粒度降至30μm(D50)左右，破损淀粉含量保持在9%以下，淀粉的相对结晶度显著降低，短程有序性下降；支链淀粉的结构受损，使小麦粉的峰值粘度和最终粘度降低；热特性结果反映出机械力作用造成小麦淀粉晶体内部的不规则缺陷力；机械力作用还可能激活了α-淀粉酶的作用位点，使得研磨后小麦粉的体外消化率为原胚乳颗粒的4倍。
参考文献
转载请注明：http://www.abuoumao.com/hyfw/401.html
