電導(dǎo)率法淀粉糊化溫度測定及其影響因素的研究

1、 食品安全與檢測電導(dǎo)率法淀粉糊化溫度測定及其影響因素的研究許永偉，魯戰(zhàn)會，程永強，李里特（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京）摘要：改進通電加熱淀粉懸浮液過程中電導(dǎo)率的測定裝置，有效地防止淀粉懸浮液的沉淀及水分散失，提高測量精度，使之可用于淀粉糊化溫度的測定，并將結(jié)果與差示掃描熱量儀（）測量結(jié)果進行了比較。并進一步研究淀粉濃度、濃度和電壓對淀粉懸浮液的電導(dǎo)率、加熱速率及所測得糊化溫度的影響。結(jié)果表明：通電加熱淀粉懸浮液時，隨濃度的增加，所測得的糊化溫度逐漸增大。隨淀粉濃度的升高，所測得的糊化溫度逐漸降低。隨著電壓的增大，淀粉懸浮液的電導(dǎo)率和加熱速率也隨之增大。改進后的裝置可準確測定淀粉的

2、糊化溫度，與結(jié)果相近。關(guān)鍵詞：通電加熱；淀粉；糊化；電導(dǎo)率中圖分類號：文獻標志碼：文章編號：（），（，）：，（），：，：；淀粉由葡萄糖的兩種聚合物組成：直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉是由吡喃葡萄糖基單位通過，糖苷鍵連接而成的線型聚合物，而支鏈淀粉是吡喃葡萄糖基單位通過，或，糖苷鍵連接的高支化聚合物。通用分子式為（）。淀粉收稿日期：基金項目：糊化的本質(zhì)是淀粉水合并發(fā)生膨脹、顆粒崩解的過程。一般采用差示掃描量熱分析（）、定量差示熱分析（）、布拉班德黏度測定（）、快速黏度分析（）、偏光下雙折射現(xiàn)象的馬耳他十字（）的顯微觀察、膨脹性和溶解度測定、通訊作者十一五”國家科技計劃項目（）?！白髡吆喗椋涸S永偉（

3、），男，碩士研究生，主要從事食品通電加熱技術(shù)研究。 食品安全與檢測食品添加劑酶分析、激光光散射法以及核磁共振分析等方法對淀粉糊化過程中的特征溫度值、熱焓、微結(jié)晶結(jié)構(gòu)等進行分析。這些方法一般是基于熱傳導(dǎo)或?qū)α鞯拈g接加熱方式，利用糊化過程中黏度、吸收熱量或淀粉顆粒吸水膨脹特性等進行分析的。李里特等（）提出了利用通電加熱測定淀粉懸浮液的電導(dǎo)率進而確定淀粉糊化溫度的方法，并申請了發(fā)明專利。通電加熱是指當在食品物料的兩端施加電場時，物料中有電流通過，物料表現(xiàn)出電阻特性，使其自身產(chǎn)生熱量的加熱方法。、對淀粉懸浮液進行了通電加熱試驗，通過掃描樣品的糊化能量（）和糊化度（，），然后與電導(dǎo)率曲線進行比較。結(jié)果表

4、明，在曲線和電導(dǎo)率曲線中，淀粉糊化吸熱峰值有著相似的形狀和溫度變化范圍，指出了利用電導(dǎo)率隨溫度的變化曲線確定淀粉糊化溫度的可行性。等人通過對電導(dǎo)率隨溫度的變化曲線進行分析，提出了繪制電導(dǎo)率對溫度的微分（單位：）的變化曲線確定淀粉糊化溫度的方法。淀粉懸浮液中沒有導(dǎo)電粒子，要進行通電加熱實驗，必須加入一定量的。研究表明，對淀粉的糊化性質(zhì)有明顯影響，它降低了淀粉糊的透明度，提高了淀粉的糊化溫度，降低了峰值黏度，增強了冷熱糊穩(wěn)定性，降低了凝膠性，并與壞，影響糊化過程中各種參數(shù)的準確測定。本文提出了一種模擬混合機的原理防止淀粉懸浮液沉淀的方法。即加熱容器本身不停地旋轉(zhuǎn)代替外力攪拌，使容器內(nèi)的淀粉懸浮液形

5、成垂直方向的運動，在器壁內(nèi)反復(fù)地翻動、摻和而得以不斷進行擴散運動，最終混合均勻。容器內(nèi)表面光滑、平整，減少了淀粉對器壁的黏附和摩擦，最大程度地減少了對顆粒的破壞。本文改進了通電加熱淀粉懸浮液測量電導(dǎo)率的裝置，分析了淀粉懸浮液電導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律及其影響因素，探討了利用電導(dǎo)率變化判斷淀粉糊化溫度方法并與測定結(jié)果進行了對比。材料與方法實驗材料和設(shè)備實驗所用淀粉（質(zhì)量等級：一級）均為市售。在烘箱中加熱淀粉測得水分含量。實驗用水為蒸餾水。玉米淀粉：，水分含量，北京京南食品有限公司；、：分析純，北京化學(xué)試劑廠。型差示掃描量熱分析儀：；型電子天平：精度，；型電子天平：精度，上海天平儀器廠；數(shù)據(jù)采集器：接

6、入三個通道，美國惠普公司；磁力攪拌器；變壓器：、，北京華興電源設(shè)備廠；圓筒型加熱槽：長的濃度呈正相關(guān)性。另外，電導(dǎo)率還受物料本身特性、電源條件的影響。因此，的濃度、淀粉濃度和電壓變化等因素對于電導(dǎo)率法測量淀粉糊化溫度的影響應(yīng)加以研究。為了探討淀粉懸浮液在糊化過程中電導(dǎo)率的變化規(guī)律，必須有精確的電導(dǎo)率測量系統(tǒng)。淀粉在常溫下不溶于水，當水溫升高時淀粉溶脹、破裂形成均勻糊狀溶液。在以前的通電加熱研究中，都是利用振動、磁力攪拌或攪拌器攪拌來防止淀粉沉淀的。淀粉糊化過程中顆粒膨脹，對外力特別敏感，這些方法由于施加了外力，均會對淀粉顆粒造成不同程度的破溫度傳感器，自制；方型加熱槽：寬長高，自制；電流傳感器

7、：；溫度傳感器：長。淀粉懸浮液電導(dǎo)率測定裝置的改進本裝置模擬混合機的原理，加熱容器本身不停地旋轉(zhuǎn)防止淀粉沉淀。由于容器的兩個極板要接入交流電，而且要接入傳感器實時地檢測溫度變化，那么必須防止輸電線的纏繞。因此，加熱容器的旋轉(zhuǎn)不溫度傳感器磁力攪拌電動機控制電路數(shù)據(jù)采集器變壓器數(shù)據(jù)采集器變壓器圓筒旋轉(zhuǎn)方式示意圖方槽型通電加熱裝置（磁力攪拌）圓筒型通電加熱裝置（正反旋轉(zhuǎn)）電流傳感器；電柜；電動機。圖通電加熱裝置示意圖 食品安全與檢測能是連續(xù)的圓周運動。本方法采用使容器正轉(zhuǎn)°再反轉(zhuǎn)°的方法使淀粉懸浮液均勻地混合。裝置如圖。圖中為改進的圓筒型通電加熱槽。圓筒夾緊在自制的可旋轉(zhuǎn)鐵架上，

8、由電動機驅(qū)動鐵架的轉(zhuǎn)軸，利用單片機和蕊片來控制電動機的正反轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)淀粉的防沉。程序設(shè)定為先正轉(zhuǎn)用時，停止轉(zhuǎn)動，再反轉(zhuǎn)°用時°加熱均勻。其余同上。以此考察這兩種不同加熱槽形狀對電導(dǎo)率測量造成的影響。電導(dǎo)率法與所測得糊化溫度的比較取一定量的加入蒸餾水中配制成質(zhì)量比為的溶液，再取一定量的淀粉，按淀粉與水的質(zhì)量比為配制成淀粉懸浮液。把配制好的試樣裝入改進的圓筒型加熱槽中，施加、的交流電，進行通電加熱實驗，從室溫加熱到。用的方法讀取糊化峰值溫度。利用差示掃描量熱分析儀（）進行測定。取上述試樣，從室溫加熱到，升溫速率和通電加熱的升溫速率相同，定為。讀取糊化峰值溫度。把升溫速率調(diào)為，

9、其余同上，進行實驗。，依此頻率往復(fù)循環(huán)。圖右為圓筒的旋轉(zhuǎn)方式示意圖。圖左為方形的通電加熱槽，采用磁力攪拌防止淀粉沉淀，作為對照實驗。加熱極板都采用不銹鋼電極，可以防止電極的腐蝕。通過調(diào)壓器改變電壓后對加熱槽施加電壓。由數(shù)據(jù)采集器在線檢測加熱過程中溫度、電壓和電流，采樣間隔設(shè)定為。配制好試樣裝入加熱槽，施加一定電壓的交流電，采集溫度、電壓和電流的數(shù)據(jù)，利用公式（）計算出電導(dǎo)率值。不同條件下淀粉懸浮液電導(dǎo)率測定淀粉濃度對電導(dǎo)率的影響。取一定量的加入蒸餾水中配制成質(zhì)量比為的溶液，再取一定量的淀粉，按淀粉與水的質(zhì)量比分別為、（）式中：為電導(dǎo)率，；、配制成不同比例的淀粉懸浮液。把配制好的試樣裝入改進的圓

10、筒型加熱槽中，施加、為電流，；為兩極板間距離，；為電壓，；為極板有效面積，。電導(dǎo)率法淀粉糊化溫度測量方法通電加熱測得溫度、電壓和電流的數(shù)據(jù)，通過計算得到某一溫度下的電導(dǎo)率，進一步得到電導(dǎo)率的交流電，進行通電加熱實驗，從室溫加熱到。濃度對電導(dǎo)率的影響。取一定量加入蒸餾水中配制成質(zhì)量比分別為、溶液，再分別取一定量的淀粉，按淀粉與水的質(zhì)量比為配制成淀粉懸浮液。加熱方式同上。電壓對電導(dǎo)率的影響。取一定量的加入蒸餾水中配制成質(zhì)量比為的溶液，再取一定量的淀粉，按淀粉與水的質(zhì)量比為配制成淀粉懸浮液。把配制好的試樣裝入改進的圓筒型加熱槽中，施加、的的交流電，分別進行通電加熱實驗。從室溫加熱到。對溫度的微分隨溫

11、度的變化曲線。在這個曲線上確定淀粉糊化溫度的具體步驟為：作出淀粉糊化前和糊化后的值對應(yīng)的兩條常數(shù)線，在峰的起始邊作切線，該切線與糊化前常數(shù)線的交點，即為糊化開始溫度；峰值溫度為曲線在糊化溫度范圍內(nèi)的最低點所對應(yīng)的溫度；在峰的終了邊作切線，該切線與糊化后常數(shù)線的交點，即為糊化終了溫度。結(jié)果與討論改進裝置測量精度較正實驗步驟改進裝置測量精度校正配制的考察圓筒旋轉(zhuǎn)對電導(dǎo)率測定的影響電導(dǎo)率! （）實驗樣品：溶液，放入冰箱冷卻至。把配制好的試樣裝入改進后的圓筒型加熱容器中（加熱過程中使圓筒做°的正反旋轉(zhuǎn)，使加熱均勻），施加、的交流電，進行通電加熱實驗。從加熱到。把相同的溶液放入圓筒型加熱槽中，

12、使圓筒靜置，不旋轉(zhuǎn)進行通電加熱實驗，其余同上。以此考察旋轉(zhuǎn)是否會對電導(dǎo)率測量造成影響。把相同的溶液裝入方槽型加熱槽中，進行通電加熱實驗。加熱過程中一直采用磁力攪拌，使圖旋轉(zhuǎn)靜置溫度旋轉(zhuǎn)與靜置的圓筒加熱槽電導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律（電壓） 食品安全與檢測食品添加劑如圖可見，旋轉(zhuǎn)與靜置兩次實驗曲線完全重合，沒有任何影響。說明此種正反旋轉(zhuǎn)方法不會影響淀粉懸浮液電導(dǎo)率的測定。值溫度。電導(dǎo)率法測得的糊化溫度值在兩次測得的糊化溫度范圍之間，具有很好的代表性。所以，測定電導(dǎo)率的方法得到的曲線，可以用來確標準定淀粉的糊化溫度。改進裝置測定電導(dǎo)率精確性驗證標準值：的溶液在時的電導(dǎo)率是。電導(dǎo)率! （）不同條件下淀粉懸

13、浮液電導(dǎo)率的變化電導(dǎo)率! （）玉米淀粉：" 圓筒型方槽型，" ，" 溫度溫度圖圓筒和方形加熱槽的電導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律圖不同濃度的淀粉懸浮液電導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律（電壓）（電壓）! （）玉米淀粉圖是通電加熱過程中溶液電導(dǎo)率隨溫度變化的曲線。在時，較之標準值，圓筒型測得的電導(dǎo)率誤差是，而方槽型測得的電導(dǎo)率誤差是，是圓筒型的倍。改進后的旋轉(zhuǎn)裝置提高了電導(dǎo)率的測量精度。這可能是因為改進后的裝置是密閉的，沒有水分的散失，而且不會有磁力攪拌、漿葉攪拌等產(chǎn)生的漩渦，減少了氣泡對測定的影響。因此，這樣的電導(dǎo)率測量裝置更便于淀粉的通電加熱研究，既有效地防止了淀粉的沉淀，又使測量精

14、度有了很大的提高。圖：溫度不同濃度的淀粉懸浮液曲線（電壓）溫度的玉米淀粉電導(dǎo)率法與測定糊化溫度的比較! 升溫速率升溫速率溫度電導(dǎo)率! （）! （）熱流量圖不同濃度對淀粉懸浮液電導(dǎo)率的影響（電壓）圖曲線和曲線得出的糊化特性比由圖可知，在濃度為的不同濃度的玉米淀粉溶液，隨濃度的增加，電導(dǎo)率下降，且慢慢出現(xiàn)變曲點。這是因為淀粉濃度越大對導(dǎo)電粒子的阻礙作用越強，電導(dǎo)率就越來越小。由圖電導(dǎo)率對溫度的微分的變化曲線可知，隨著淀粉濃度的增加，曲線的峰谷在向低溫的方向移動。表現(xiàn)為糊化峰值溫度是隨淀粉濃度的增加而降低的。這是因為濃度越高，淀粉顆粒越多，稍有膨脹就會阻礙導(dǎo)電粒子的傳遞，因此電導(dǎo)率的變曲點對應(yīng)的溫度

15、值圖把升溫速率不同的兩條曲線和電導(dǎo)率法測得的曲線放在一起對比?？芍獥l曲線的形狀相似，淀粉懸浮液的升溫速率會影響糊化溫度。用曲線得出的糊化峰值溫度是。在高的升溫速率時，確定的糊化峰值溫度為，略高于電導(dǎo)率得出的糊化峰值溫度；在低的升溫速率時，確定的糊化峰值溫度為，略低于電導(dǎo)率得出的糊化峰 食品安全與檢測的玉米淀粉溫度薯淀粉懸浮液。濃度的淀粉懸浮液的電導(dǎo)率不隨電壓的變化而變化。因此，本實驗中電壓對淀粉懸浮液電導(dǎo)率的影響，可能是因為交流電中除電阻以外的，和頻率有關(guān)的其他因素造成的。比如，介電損耗等。有待于進一步實驗。的玉米淀粉（）溫度圖不同濃度淀粉懸浮液曲線（電壓）電導(dǎo)率! （）的玉米淀粉時間圖不同電

16、壓下淀粉懸浮液溫度隨時間的變化規(guī)律由圖可以看出，隨著電壓由增大到，淀粉懸浮液的加熱速率從升高到了。電壓的大小影響了溶液的電導(dǎo)率，電壓溫度越高，則溶液的電導(dǎo)率也越大，通電加熱速率也隨之增大。圖不同電壓下淀粉懸浮液電導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律會有所降低，表觀上看就是淀粉糊化提前，糊化溫度降低。由圖可知，隨著濃度的增大，電導(dǎo)率的變曲點越來越明顯?？芍叩臐舛扔欣谟猛娂訜岱椒y定淀粉的糊化溫度，但是過多的、結(jié)論根據(jù)以上運用改進的裝置對溶液和對淀粉懸浮液的電導(dǎo)率實驗數(shù)據(jù)進行分析，得出以下結(jié)論：新裝置模擬混合機的原理防止淀粉懸浮液沉淀，使容器正轉(zhuǎn)°再反轉(zhuǎn)°的方法使淀粉懸浮液均勻地混合，實

17、驗效果良好。而且用標準溶液對測量的電導(dǎo)率進行標定，此裝置的電導(dǎo)率測量更加精確。由電導(dǎo)率對溫度的微分曲線可以用來確定淀粉的糊化溫度。隨淀粉濃度的升高，糊化峰值溫度逐漸降低。隨著濃度的增加，糊化峰值溫度逐漸升高。電導(dǎo)率是和電阻性質(zhì)相同的一個量，是物料固有的性質(zhì)，理論上不應(yīng)隨著電壓的變化而變化。實驗中電壓對電導(dǎo)率有影響，可能是因為交流電中除電阻以外的，和頻率有關(guān)的其他因素造成的。比如介電損耗等。應(yīng)該進一步進行實驗。電壓不同，加熱速率不同。加熱速率對淀粉糊化有影響。參考文獻：會影響到淀粉的糊化溫度。要使電導(dǎo)率法更好地應(yīng)用于淀粉的糊化溫度測定中，需要在進一步的實驗中確定的最佳濃度。由圖電導(dǎo)率對溫度的微分

18、的變化曲線可知，隨著濃度的增加，曲線的谷峰在向高溫的方向移動。表現(xiàn)為糊化峰值溫度是隨著濃度的增加而升高的?？赡艿脑蚴堑乃献饔?，減少了淀粉糊化過程中可利用的水，抵制了淀粉顆粒的膨脹，使糊化滯后，糊化溫度升高。由圖知，在淀粉懸浮液濃度下，電導(dǎo)率在糊化時沒有明顯的變曲點，但是電導(dǎo)率隨電壓的升高而升高。這和楊銘鐸等人在對淀粉進行通電加熱時得出的結(jié)果是一樣的。電導(dǎo)率是由公式計算得到的，它是和電阻性質(zhì)相同的一個量，是物料固有的性質(zhì)，不應(yīng)該隨著電壓的變化而變化。因為電壓增大，提高了帶電離子的運動速度，電流也隨之增大，但電流和電壓的比值不應(yīng)發(fā)生變化。李修渠研張璐淀粉的糊化以及測定方式的發(fā)展與探討糧食與飼料

19、工業(yè)，（）：于天峰，夏平馬鈴薯淀粉特性及其利用研究中國農(nóng)學(xué)通報，（）：究的馬鈴薯淀粉懸浮液時發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率是不隨電壓的變化而變化的，但是電導(dǎo)率的變曲點會變，是因為加熱速率太大引起的。但是只做了的馬鈴李里特，李法德，李再貴，等一種測定淀粉糊化溫度的方（下轉(zhuǎn)第頁）食品安全與檢測 食品添加劑 間的影響比較明顯， 而劣質(zhì)蜂蜜的淀粉酶值受放置 天數(shù)的影響不大， 假蜂蜜的淀粉酶值基本沒什么影 響。如果是人造蜂蜜 （樣 品 洋 槐 蜜 ）就 不 含 淀 粉 酶 ， 其淀粉酶值為 。 值 從 下 降 到 ， 從 而 可 以 判 斷 蜂 蜜 的 品 質(zhì) 優(yōu)劣和新鮮度。蜂蜜淀粉酶值是判斷優(yōu)、劣質(zhì)蜂蜜 的一項重要特征

20、指標， 要加強監(jiān)督抽查力度， 嚴把 市場準入門檻 。 參考文獻 ： 結(jié)論 蜂蜜淀粉酶值是檢測蜂產(chǎn)品質(zhì)量的一項重要指 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局 蜂蜜 中華 人民共和國國家標準 ，： 標， 天然蜂蜜中的淀粉酶來源于蜜蜂 ， 淀 粉酶值越 高 ， 蜂 蜜 的 品 質(zhì) 越 好 ； 優(yōu) 級 品 、 的 值 都 是 陳 文 理 ， 張 利 敏 幾 種 蜂 蜜 摻 雜 的 鑒 別 方 法 中 國 藥 業(yè) ， ，（）： 何 仁 ， 李 軍 生 ， 侯 革 非 現(xiàn) 行 國 家 標 準 在 辨 別 蜂 蜜 摻 假 方 面存在的缺陷 食品與發(fā)酵工業(yè) ，（）： ， 而 劣 質(zhì) 品 、 的 值 分 別 為

21、 、 。 通 過 跟蹤測定蜂蜜樣品的淀粉酶值的變化規(guī)律， 優(yōu)質(zhì)品 、 、 的 值 下 降 明 顯 ， 二 級 次 之 而 劣 質(zhì) 品 、 的 值變化不大； 、 樣 品的 值從 下降到 ， 樣品從 下降到 ， 樣品從 下 降 到 ， 樣 品 的 淀 粉 酶 值 沒 有 變 化 ， 樣 品 的 ， ， ， ，（）： 祝 美 云 ， 李 厚 強 純 凈 水 中 微 生 物 的 控 制 食 品 科 技 ， ，（）： ! （上接第 頁 ） 法 中國專利 ： ，（）： 杜 先 鋒 ， 許 時 嬰 ， 王 璋 淀 粉 糊 的 透 明 度 及 其 影 響 因 素 的 研究 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 ，（）： 李里特 食品

22、物性學(xué) 北京 中國農(nóng)業(yè)出版社 ，： ， ，（）： ， ， ， ，（）： 吳雪輝，張加明 板栗淀粉的性質(zhì)研究食品科學(xué) ， （）： ， ， ， 孫 忠 偉 ， 張 燕 萍 芋 頭 淀 粉 糊 的 黏 度 性 質(zhì) 無 錫 輕 工 大 學(xué)學(xué)報 ，（）： 杜先鋒 ， 許時嬰 和糖對葛根淀粉糊化特性的影響 食品科學(xué) ，（）： 楊 銘 鐸 ， 鄧 云 食 品 的 通 電 加 熱 技 術(shù) 研 究 食 品 科 學(xué) ， ，（）： 楊銘鐸 ， 陳霞 ， 李鋼 ， 等 淀粉溶液的通電加熱研究 食品 科學(xué) ，（）： 李 修 渠 食 品 物 料 的 電 特 性 及 其 應(yīng) 用 研 究 博 士 學(xué) 位 論文 ，（） &qu

23、ot;"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""&qu