马铃薯淀粉辐照效应

马铃薯淀粉-射线辐照效应,背景介绍,西吉县是宁夏农业人口第一大县，种植土豆已有300多年的历史。2002年全县土豆种植面积不足30万亩，2005年已发展到73万亩，2006年土豆面积达到113.4万亩，跃居全国土豆种植第一县。西吉土豆种植面积已分别占到全区和固原市的30%和40%。2006年，西吉县土豆产值达4亿元，全县农民人均收入三分之一来源于土豆。 西吉县现有旱地110906.2公顷，占耕地总面积的94.77%。当地一份“水平梯田防旱抗旱产量调查结果表”证明，土豆的水分生产效率为5.70，在当地农作物中属最抗旱的一种，而且土豆种植时间在四五月份，刚躲过春寒，后期蓄水又与降雨量非常吻合。如果说南部山区选择种植土豆是源于一种传统认识的话，那么西吉县后来将土豆产业做大做强，则绝对依靠的是人的聪明才智。 近年来，西吉县专项投资1200多万元建立起“西吉县马铃薯良种脱毒繁育基地”和“西吉县马铃薯高新科技示范园区”，解决长期困扰土豆产业发展的种薯退化、病毒、单产低及贮藏等难题。仅脱毒技术一项革命就使土豆亩产增加30%至50%。,马铃薯（学名：Solanum tuberosum，英文：Potato），多年生草本，但作一年生或一年两季栽培。地下块茎呈圆、卵、椭圆等形，有芽眼，皮红、黄、白或紫色。地上茎呈棱形，有毛。奇数羽状复叶。聚伞花序顶生，花白、红或紫色。浆果球形，绿或紫褐色。种子肾形，黄色。多用块茎繁殖。 可入药。根据营养专家黎黍匀分析，马铃薯生命力指数为8.6，证明对生命力的提高有效；防病指数为126.67，属于高指数范围。,中文学名：马铃薯 拉丁学名：Solanum tuberosum别称：土豆、洋芋、馍馍蛋等 界：植物界 门：被子植物门 Magnoliophyta 纲：双子叶植物纲 Magnoliopsida 目：茄目 Solanales 科：茄科 Solanaceae属：茄属 Solanum 种：马铃薯 S. tuberosum,马铃薯,马铃薯的形态特征：,普通栽培种马铃薯由块茎繁殖生长，形态因品种而异。株高约 5080 厘米。茎分地上茎和地下茎两部分。块茎圆、卵圆或长圆形。薯皮的颜色为白、黄、粉红、红、紫色和黑色；薯肉为白、淡黄、黄色、黑色、紫色及黑紫色。由种子长成的植株形成细长的主根和分枝的侧根；而由块茎繁殖的植株则无主根，只形成须根系。初生叶为单叶，全缘。随植株的生长，逐渐形成羽状复叶。聚伞花序顶生，有白、淡蓝、紫和淡红等色。浆果。,马铃薯的营养成分,马铃薯具有很高的营养价值和药用价值.一般新鲜薯中所含成分： 淀粉920%，蛋白质1.52.3%，脂肪0.11.1%，粗纤维0.60.8%。100g马铃薯中所含的营养成分：热量66113J，钙1160mg，磷1568mg，铁0.4mg4.8mg，硫胺素0.030.07mg，核黄素0.030.11mg，尼克酸0.41.1mg 。除此以外，马铃薯块茎还含有禾谷类粮食所没有的胡萝卜素和抗坏血酸。从营养角度来看，它比大米、面粉具有更多的优点，能供给人体大量的热能，可称为“十全十美的食物”。人只靠马铃薯和全脂牛奶就足以维持生命和健康。因为马铃薯的营养成分非常全面，营养结构也较合理，只是蛋白质、钙和维生素A的量稍低；而这正好用全脂牛奶来补充。马铃薯块茎水分多、脂肪少、单位体积的热量相当低，所含的维生素C是苹果的10倍，B族维生素是苹果的4倍，各种矿物质是苹果的几倍至几十倍不等，土豆是降血压食物。膳食中某种营养多了或缺了可致病，同样道理，调整膳食，也就可以“吃”掉相应疾病。 马铃薯薯含有一些有毒的生物碱，主要是茄碱和毛壳霉碱，但一般经过170的高温烹调，有毒物质就会分解。野生的马铃薯毒性较高，茄碱中毒会导致头痛、腹泻、抽搐，昏迷，甚至会导致死亡。但一般栽培的马铃薯毒性很低，很少有马铃薯中毒事件发生。栽培马铃薯一般含生物碱低于0.2毫克/克，一般超过200毫克才会导致中毒现象，相当于一次吃掉1.4公斤生马铃薯。马铃薯储存时如果暴露在光线下，会变绿，同时有毒物质会增加；发芽马铃薯芽眼部分变紫也会使有毒物质积累，容易发生中毒事件，食用时要注意。,淀粉,淀粉存在于许多植物的种子、茎和块根中，它是无色无味的颗粒，没有还原性，不溶于一般有机溶剂，其分子式为（C6H10O5)n。用酸处理淀粉使之水解，首先生成相对分子质量较小的糊精，继续水解得到麦芽糖和异麦芽糖，水解的最终产物是D-（+）-葡萄糖,（C6H10O5）n,H2O,H+,(C6H10O5)m,H2O,H+,C12H22O11,H2O,H+,C6H12O6,淀粉是植物体中贮存的养分，贮存在种子和块茎中，各类植物中的淀粉含量都较高，大米中含淀粉62%86%，麦子中含淀粉57%75%，玉蜀黍中含淀粉65%72%，马铃薯中则含淀粉超过90%。淀粉是食物的重要组成部分，咀嚼米饭等时感到有些甜味，这是因为唾液中的淀粉酶将淀粉水解成了二糖-麦芽糖。食物进入胃肠后，还能被胰脏分泌出来的唾液淀粉酶水解，形成的葡萄糖被小肠壁吸收，成为人体组织的营养物。支链淀粉部分水解可产生称为糊精的混合物。糊精主要用作食品添加剂、胶水、浆糊，并用于纸张和纺织品的制造(精整)等。,淀粉的分子量：,直链淀粉：分子量较小，约在50000左右。,支链淀粉：分子量比直链淀粉大，约在60000左右。,淀粉的种类与用途：,烹调用的淀粉，主要有绿豆淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、红薯淀粉、马铃薯淀粉、麦类淀粉、菱角淀粉、藕淀粉、玉米淀粉等。淀粉不溶于水，在和水加热至60左右时（淀粉种类不同，糊化温度不一样），则糊化成胶体溶液。勾芡就是利用淀粉的这种特性。,辐照对淀粉的作用概述：,辐照技术是利用高能射线使物质的物理性质或化学组成发生某些变化，从而适合人们需要的一种工艺技术。辐照技术采用的辐射线有电磁放射线(x一射线、Y-射线)和粒子射线(高能电子束)，其中Y一射线是放射性同位素核衰变过程中释放的光子流，它的穿透能力最强，应用最广。,Y一射线通过物质时，通过光电效应、康普顿散射和电子对效应三种形式把自身的能量传递给物质(沈志强，2008)。物质中的分子吸收辐射能后，会产生许多反应活性极强的过渡态活性粒子如离子、自由基、水合电子等，这些活性粒子具有化合、分解倾向，引起各种化学反应。在辐射能的作用下，有的聚合物以降解为主，有的聚合物则以交联为主。,大分子链上C原子周围有氢(H)原子存在的聚合物如聚乙烯、聚丙烯等，以交联反应为主;大分子链上C原子周围无氢(H)原子存在的聚合物如聚氯乙烯、纤维素和淀粉等，则以降解为主,辐照条件：,辐照剂量、剂量率、温度和辐照堆码方式等等。,一般淀粉吸收剂量越高，被降解程度越大，这点已被大量试验证实(Roushdi,、1983; De kerf, 2001; Chung, 2009; Baik, 2010)。但应注意交联反应可能在辐照剂量较高时发生较多(Chapiro, 1962)。,淀粉的降解程度还与剂量率有关。结果表明，剂量率越低，辐照后淀粉中梭基含量越低;剂量率越低，淀粉结晶度和糊化烩值越高，膨胀度越低;剂量率对淀粉直链淀粉含量、支链淀粉分子量分布、糊化温度和峰值粘度时间影响不大，但剂量率越低，淀粉糊的破损值、回生值和最终粘度下降越多。,温度直接影响化学反应速率，因此，温度对淀粉辐照降解效果的影响不容忽视。降低辐照温度，辐照降解程度会降低，这一点已在辐照降解污水中苯酚的试验中得到证实(谢芳，2008)。,辐照室的堆码方式对辐照的不匀度有影响(王晓广，2005)，因此，淀粉辐照前的堆码方式也应给予考虑。,Y一射线辐照对马铃薯淀粉影响,研究Y一射线辐照对马铃薯淀粉颗粒性质的影响,研究Y一射线辐照对马铃薯淀粉分子结构的影响,研究Y一射线辐照对马铃薯淀粉理化性质的影响,研究Y一射线辐照对马铃薯淀粉流变特性的影响,研究Y一射线辐照对马铃薯淀粉酒精发酵的影响,-射线辐照对马铃薯淀粉颗粒性质的影响,淀粉的颗粒性质： 主要包括淀粉颗粒的形态、大小、轮纹、偏关十字和晶体结构等。,1、淀粉颗粒的形状和大小： 淀粉颗粒的形状和大小与淀粉的来源有关。淀粉颗粒的形状可大致分为圆形（球形）、椭圆形（卵圆形）和多角形等。不同的淀粉颗粒大小不同，比如马铃薯淀粉颗粒为卵圆形，颗粒较大，平均为33微米。玉米淀粉大多为圆形或多角形，平均为15微米。,2、淀粉颗粒的结晶结构：淀粉颗粒具有结晶性结构，呈现一定的X光衍射图样。,3、淀粉颗粒的轮纹和偏光+字结构： 轮纹是由淀粉的结晶区和非结晶区交替产生的，又称层状结构。各轮纹层围绕的一点叫“粒心”或“脐点”。不同淀粉粒根据粒心及轮纹情况可分为“单粒”、“复粒”及“半复粒”。 淀粉颗粒内部存在结晶结构和无定形结构两种不同的结构，在结晶区淀粉分子链是有序排列的，而在无定形区淀粉分子链是无序排列的，这两种结构在密度和折射率上存在差别，产生各向异性现象，当偏振光通过淀粉颗粒时形成偏光十字,材料与主要仪器：,原料： 马铃薯,主要仪器设备：,JSM-6380LV型扫描电子显微镜 XSZ-HP型偏光生物显微镜 D/max 2550型X一衍射仪 1 O 1 A-3ET电热鼓风干燥箱,实验过程,马铃薯淀粉的提取淀粉化学成分测定淀粉的辐照处理扫描电子显微镜观察结晶结构分析,偏光显微分析 X一射线衍射分析结晶度计算,1、马铃薯淀粉的提取：,鲜薯清洗去皮切丝磨浆(按水与马铃薯丝4:1的比例混合，用胶体磨磨浆3次) 筛分(分别用80目和100目过滤筛网过滤两次) 沉淀、洗涤(反复2次) 吊包 45干燥24h 淀粉。,2、淀粉化学成分测定,淀粉水分测定:参照GB/T 12087-2008;淀粉灰分测定:参照GB/T22427.1-2008;淀粉粗脂肪测定:参照GB/T 22427.3-2008;淀粉蛋白质测，:参照GB/T 22427.10-2008,3、淀粉的辐照处理,辐照处理在相关研究所进行。用五个不同的剂量辐照来处理。,4、扫描电子显微镜观察,将不同剂量辐照处理后淀粉样品置于105烘箱中干燥4-5 h，在红外灯下用导电胶将样品固定在样品台上，然后喷金，将处理后的样品保存于干燥器中。将待测样品置于扫描电子显微镜中观察，拍摄具有代表性的淀粉颗粒形貌。,为进一步研究辐照对淀粉内部分子结构的影响，将经不同剂量辐照后的马铃薯淀粉用水浸泡后再进行扫描电镜观察。具体操作过程:称取10g经不同剂量辐照处理的马铃薯淀粉，加入到90mL蒸馏水中，室温下浸泡1h后离心收集沉淀物，室温晾干后按上述步骤进行颗粒形貌分析。,5、结晶分析,目前，研究淀粉结晶结构的常用方法是偏光显微技术和X一射线衍射技术，两者分别用于淀粉结晶结构的定性分析与定量分析。,偏光显微分析 将淀粉样品用甘油和水(两者质量比为1:1)的混合液调成一定浓度的淀粉乳，滴一滴于载玻片上，盖上盖玻片，放入显微镜载物台上，选择适当的放大倍数及光亮度，在偏振光下观察和拍摄淀粉颗粒的形貌，考察各种淀粉偏光十字的变化情况。X一射线衍射分析 采用粉末法测定淀粉的X一射线衍射曲线。测试条件为:特征射线CuKa，石墨单色器，管压40kV，电流300mA，衍射角度2 0 =50-550，步长0.020，扫描速度0.0750/s，连续扫描。结晶度计算在淀粉X一射线衍射曲线上确定淀粉的背底、非晶、微晶和亚微晶衍射区，采用Origin7.5曲线拟合分峰计算法分别求出微晶相、亚微晶相和非晶相的累积衍射强度，计算淀粉微晶相、亚微晶相和晶相的结晶度。,结果与分析,1、淀粉化学成分分析,马铃薯淀粉国家标准(GB/T 8884-2007)中规定:马铃薯淀粉一级品的水分含量,20%，灰分(干基)蕊0.40%，蛋白质(干基)Fo.oi），如原淀粉结晶度为40.33%，经100kGy剂量辐照后结晶度下降至38.97%，下降了3.4%;经400kGy剂量辐照后结晶度下降至33.65%，下降了16.6%。,马铃薯原淀粉结晶度一般为28%左右，而本研究所得结果为40.33%。即使经400kGy辐照处理后，马铃薯淀粉结晶度仍高达33.65%。根据偏光显微分析结果，当辐照剂量达400kGy时，绝大多数淀粉颗粒的偏光十字消失，只剩下部分小颗粒还有模糊的偏光十字，由此推断其结晶度应很小。导致结晶度结果偏高的原因可能与未脱除淀粉内的水分有关。研究表明，因淀粉颗粒中水分也参与结晶，使得淀粉颗粒内存在两种组成及性质不同的结晶结构。一种是淀粉分子链间通过氢键形成的链链结晶结构;另外一种是淀粉分子链和水分子间通过氢键形成的链水结晶结构。因此，样品测试前需进行预处理脱水，如在相对湿度接近零的干燥器中放置5-7d后再进行X一射线衍射分析。,结论,对经50-400kGy辐照剂量处理后马铃薯淀粉的颗粒特性进行了研究，得到的主要结论有:,(1)经辐照剂量处理后马铃薯淀粉，直接在电镜下观察，其颗粒形貌未发生明显变化。辐照处理后淀粉在室温下浸泡1h后再进行电镜观察，发现淀粉颗粒表面从一端开始出现凹坑、洞穴;随着辐照剂量的增加，颗粒破损越严重;经400k伪剂量辐