馬鈴薯淀粉輻照效應

1、馬鈴薯淀粉γ-射線輻照效應,背景介紹,西吉縣是寧夏農業(yè)人口第一大縣，種植土豆已有300多年的歷史。2002年全縣土豆種植面積不足30萬畝，2005年已發(fā)展到73萬畝，2006年土豆面積達到113.4萬畝，躍居全國土豆種植第一縣。西吉土豆種植面積已分別占到全區(qū)和固原市的30%和40%。2006年，西吉縣土豆產值達4億元，全縣農民人均收入三分之一來源于土豆。 　　西吉縣現(xiàn)有旱地110906.2公頃，占耕地總面積的94.77%。當地一份“水

2、平梯田防旱抗旱產量調查結果表”證明，土豆的水分生產效率為5.70，在當地農作物中屬最抗旱的一種，而且土豆種植時間在四五月份，剛躲過春寒，后期蓄水又與降雨量非常吻合。如果說南部山區(qū)選擇種植土豆是源于一種傳統(tǒng)認識的話，那么西吉縣后來將土豆產業(yè)做大做強，則絕對依靠的是人的聰明才智。 　　近年來，西吉縣專項投資1200多萬元建立起“西吉縣馬鈴薯良種脫毒繁育基地”和“西吉縣馬鈴薯高新科技示范園區(qū)”，解決長期困擾土豆產業(yè)發(fā)展的種薯退化、病毒、單產

3、低及貯藏等難題。僅脫毒技術一項革命就使土豆畝產增加30%至50%。,馬鈴薯（學名：Solanum tuberosum，英文：Potato），多年生草本，但作一年生或一年兩季栽培。地下塊莖呈圓、卵、橢圓等形，有芽眼，皮紅、黃、白或紫色。地上莖呈棱形，有毛。奇數羽狀復葉。聚傘花序頂生，花白、紅或紫色。漿果球形，綠或紫褐色。種子腎形，黃色。多用塊莖繁殖。 可入藥。根據營養(yǎng)專家黎黍勻分析，馬鈴薯生命力指數為8.6，證明對生命力的提高有效；防病指

4、數為126.67，屬于高指數范圍。,中文學名：馬鈴薯 拉丁學名：Solanum tuberosum別稱：土豆、洋芋、饃饃蛋等 界：植物界 門：被子植物門 Magnoliophyta 綱：雙子葉植物綱 Magnoliopsida 目：茄目 Solanales

5、 科：茄科 Solanaceae屬：茄屬 Solanum 種：馬鈴薯 S. tuberosum,馬鈴薯,馬鈴薯的形態(tài)特征：,普通栽培種馬鈴薯由塊莖繁殖生長，形態(tài)因品種而異。株高約 50～80 厘米。莖分地上莖和地下莖兩部分。塊莖圓、卵圓或長圓形。薯皮的顏色為白、黃、粉紅、紅、紫色和黑色；薯肉為白、淡黃、黃色、黑色、紫色及黑紫色。由種子長成的植株形成細長的主根和分枝的側根；而由塊

6、莖繁殖的植株則無主根，只形成須根系。初生葉為單葉，全緣。隨植株的生長，逐漸形成羽狀復葉。聚傘花序頂生，有白、淡藍、紫和淡紅等色。漿果。,馬鈴薯的營養(yǎng)成分,馬鈴薯具有很高的營養(yǎng)價值和藥用價值.一般新鮮薯中所含成分： 淀粉9～20%，蛋白質1.5～2.3%，脂肪0.1～1.1%，粗纖維0.6～0.8%。100g馬鈴薯中所含的營養(yǎng)成分：熱量66～113J，鈣11～60mg，磷15～68mg，鐵0.4mg～4.8mg，硫胺素0

7、.03～0.07mg，核黃素0.03～0.11mg，尼克酸0.4～1.1mg 。除此以外，馬鈴薯塊莖還含有禾谷類糧食所沒有的胡蘿卜素和抗壞血酸。從營養(yǎng)角度來看，它比大米、面粉具有更多的優(yōu)點，能供給人體大量的熱能，可稱為“十全十美的食物”。人只靠馬鈴薯和全脂牛奶就足以維持生命和健康。因為馬鈴薯的營養(yǎng)成分非常全面，營養(yǎng)結構也較合理，只是蛋白質、鈣和維生素A的量稍低；而這正好用全脂牛奶來補充。馬鈴薯塊莖水分多、脂肪少、單位體積的熱量相當低，所

8、含的維生素C是蘋果的10倍，B族維生素是蘋果的4倍，各種礦物質是蘋果的幾倍至幾十倍不等，土豆是降血壓食物。膳食中某種營養(yǎng)多了或缺了可致病，同樣道理，調整膳食，也就可以“吃”掉相應疾病。 馬鈴薯薯含有一些有毒的生物堿，主要是茄堿和毛殼霉堿，但一般經過170℃的高溫烹調，有毒物質就會分解。野生的馬鈴薯毒性較高，茄堿中毒會導致頭痛、腹瀉、抽搐，昏迷，甚至會導致死亡。但一般栽培的馬鈴薯毒性很低，很少有馬鈴薯中毒事

9、件發(fā)生。栽培馬鈴薯一般含生物堿低于0.2毫克/克，一般超過200毫克才會導致中毒現(xiàn)象，相當于一次吃掉1.4公斤生馬鈴薯。馬鈴薯儲存時如果暴露在光線下，會變綠，同時有毒物質會增加；發(fā)芽馬鈴薯芽眼部分變紫也會使有毒物質積累，容易發(fā)生中毒事件，食用時要注意。,淀粉,淀粉存在于許多植物的種子、莖和塊根中，它是無色無味的顆粒，沒有還原性，不溶于一般有機溶劑，其分子式為（C6H10O5)n。用酸處理淀粉使之水解，首先生成相對分子質量較小的糊精，繼續(xù)

10、水解得到麥芽糖和異麥芽糖，水解的最終產物是D-（+）-葡萄糖,（C6H10O5）n,,H2O,H+,(C6H10O5)m,,H2O,H+,C12H22O11,,H2O,H+,C6H12O6,淀粉是植物體中貯存的養(yǎng)分，貯存在種子和塊莖中，各類植物中的淀粉含量都較高，大米中含淀粉62%～86%，麥子中含淀粉57%～75%，玉蜀黍中含淀粉65%～72%，馬鈴薯中則含淀粉超過90%。淀粉是食物的重要組成部分，咀嚼米飯等時感到有些甜味，這是因為唾

11、液中的淀粉酶將淀粉水解成了二糖--麥芽糖。食物進入胃腸后，還能被胰臟分泌出來的唾液淀粉酶水解，形成的葡萄糖被小腸壁吸收，成為人體組織的營養(yǎng)物。支鏈淀粉部分水解可產生稱為糊精的混合物。糊精主要用作食品添加劑、膠水、漿糊，并用于紙張和紡織品的制造(精整)等。,淀粉的分子量：,直鏈淀粉：分子量較小，約在50000左右。,支鏈淀粉：分子量比直鏈淀粉大，約在60000左右。,淀粉的種類與用途：,烹調用的淀粉，主要有綠豆淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、紅

12、薯淀粉、馬鈴薯淀粉、麥類淀粉、菱角淀粉、藕淀粉、玉米淀粉等。淀粉不溶于水，在和水加熱至60℃左右時（淀粉種類不同，糊化溫度不一樣），則糊化成膠體溶液。勾芡就是利用淀粉的這種特性。,輻照對淀粉的作用概述：,輻照技術是利用高能射線使物質的物理性質或化學組成發(fā)生某些變化，從而適合人們需要的一種工藝技術。輻照技術采用的輻射線有電磁放射線(x一射線、Y-射線)和粒子射線(高能電子束)，其中Y一射線是放射性同位素核衰變過程中釋放的光子流，它的穿透能

13、力最強，應用最廣。,Y一射線通過物質時，通過光電效應、康普頓散射和電子對效應三種形式把自身的能量傳遞給物質(沈志強，2008)。物質中的分子吸收輻射能后，會產生許多反應活性極強的過渡態(tài)活性粒子如離子、自由基、水合電子等，這些活性粒子具有化合、分解傾向，引起各種化學反應。在輻射能的作用下，有的聚合物以降解為主，有的聚合物則以交聯(lián)為主。,大分子鏈上C原子周圍有氫(H)原子存在的聚合物如聚乙烯、聚丙烯等，以交聯(lián)反應為主;大分子鏈上C原子周圍無

14、氫(H)原子存在的聚合物如聚氯乙烯、纖維素和淀粉等，則以降解為主,輻照條件：,輻照劑量、劑量率、溫度和輻照堆碼方式等等。,一般淀粉吸收劑量越高，被降解程度越大，這點已被大量試驗證實(Roushdi,、1983; De kerf, 2001; Chung, 2009; Baik, 2010)。但應注意交聯(lián)反應可能在輻照劑量較高時發(fā)生較多(Chapiro, 1962)。,淀粉的降解程度還與劑量率有關。結果表明，劑量率越低，輻照后淀粉中梭基含

15、量越低;劑量率越低，淀粉結晶度和糊化燴值越高，膨脹度越低;劑量率對淀粉直鏈淀粉含量、支鏈淀粉分子量分布、糊化溫度和峰值粘度時間影響不大，但劑量率越低，淀粉糊的破損值、回生值和最終粘度下降越多。,溫度直接影響化學反應速率，因此，溫度對淀粉輻照降解效果的影響不容忽視。降低輻照溫度，輻照降解程度會降低，這一點已在輻照降解污水中苯酚的試驗中得到證實(謝芳，2008)。,輻照室的堆碼方式對輻照的不勻度有影響(王曉廣，2005)，因此，淀粉輻照前的

16、堆碼方式也應給予考慮。,Y一射線輻照對馬鈴薯淀粉影響,,研究Y一射線輻照對馬鈴薯淀粉顆粒性質的影響,研究Y一射線輻照對馬鈴薯淀粉分子結構的影響,研究Y一射線輻照對馬鈴薯淀粉理化性質的影響,研究Y一射線輻照對馬鈴薯淀粉流變特性的影響,研究Y一射線輻照對馬鈴薯淀粉酒精發(fā)酵的影響,γ-射線輻照對馬鈴薯淀粉顆粒性質的影響,淀粉的顆粒性質： 主要包括淀粉顆粒的形態(tài)、大小、輪紋、偏關十字和晶體結構等。,1、淀粉顆粒的形狀和大?。?

17、 淀粉顆粒的形狀和大小與淀粉的來源有關。淀粉顆粒的形狀可大致分為圓形（球形）、橢圓形（卵圓形）和多角形等。不同的淀粉顆粒大小不同，比如馬鈴薯淀粉顆粒為卵圓形，顆粒較大，平均為33微米。玉米淀粉大多為圓形或多角形，平均為15微米。,2、淀粉顆粒的結晶結構：淀粉顆粒具有結晶性結構，呈現(xiàn)一定的X光衍射圖樣。,3、淀粉顆粒的輪紋和偏光+字結構： 輪紋是由淀粉的結晶區(qū)和非結晶區(qū)交替產生的，又稱層狀結構。各輪紋層圍繞的

18、一點叫“粒心”或“臍點”。不同淀粉粒根據粒心及輪紋情況可分為“單粒”、“復粒”及“半復?！薄?淀粉顆粒內部存在結晶結構和無定形結構兩種不同的結構，在結晶區(qū)淀粉分子鏈是有序排列的，而在無定形區(qū)淀粉分子鏈是無序排列的，這兩種結構在密度和折射率上存在差別，產生各向異性現(xiàn)象，當偏振光通過淀粉顆粒時形成偏光十字,材料與主要儀器：,原料： 馬鈴薯,主要儀器設備：,JSM-6380LV型掃描電子顯微鏡 XS

19、Z-HP型偏光生物顯微鏡 D/max 2550型X一衍射儀 1 O 1 A-3ET電熱鼓風干燥箱,實驗過程,,馬鈴薯淀粉的提取淀粉化學成分測定淀粉的輻照處理掃描電子顯微鏡觀察結晶結構分析,,偏光顯微分析 X一射線衍射分析結晶度計算,1、馬鈴薯淀粉的提取：,鮮薯→清洗→去皮→切絲→磨漿(按水與馬鈴薯絲4:1的比例混合，用膠體磨磨漿3次) →篩分(分別用80目和100目過濾篩網過濾兩次) →沉淀、洗滌(反復2次)

20、 →吊包→ 45℃干燥24h →淀粉。,2、淀粉化學成分測定,淀粉水分測定:參照GB/T 12087-2008;淀粉灰分測定:參照GB/T22427.1-2008;淀粉粗脂肪測定:參照GB/T 22427.3-2008;淀粉蛋白質測，:參照GB/T 22427.10-2008,3、淀粉的輻照處理,輻照處理在相關研究所進行。用五個不同的劑量輻照來處理。,4、掃描電子顯微鏡觀察,將不同劑量輻照處理后淀粉樣品置于105℃烘箱中干燥4-5 h，

21、在紅外燈下用導電膠將樣品固定在樣品臺上，然后噴金，將處理后的樣品保存于干燥器中。將待測樣品置于掃描電子顯微鏡中觀察，拍攝具有代表性的淀粉顆粒形貌。,為進一步研究輻照對淀粉內部分子結構的影響，將經不同劑量輻照后的馬鈴薯淀粉用水浸泡后再進行掃描電鏡觀察。具體操作過程:稱取10g經不同劑量輻照處理的馬鈴薯淀粉，加入到90mL蒸餾水中，室溫下浸泡1h后離心收集沉淀物，室溫晾干后按上述步驟進行顆粒形貌分析。,5、結晶分析,目前，研究淀粉結晶結構的

22、常用方法是偏光顯微技術和X一射線衍射技術，兩者分別用于淀粉結晶結構的定性分析與定量分析。,偏光顯微分析 將淀粉樣品用甘油和水(兩者質量比為1:1)的混合液調成一定濃度的淀粉乳，滴一滴于載玻片上，蓋上蓋玻片，放入顯微鏡載物臺上，選擇適當的放大倍數及光亮度，在偏振光下觀察和拍攝淀粉顆粒的形貌，考察各種淀粉偏光十字的變化情況。X一射線衍射分析 采用粉末法測定淀粉的X一射線衍射曲線。測試條件為:特征射線CuKa

23、，石墨單色器，管壓40kV，電流300mA，衍射角度2 0 =50-550，步長0.020，掃描速度0.0750/s，連續(xù)掃描。結晶度計算在淀粉X一射線衍射曲線上確定淀粉的背底、非晶、微晶和亞微晶衍射區(qū)，采用Origin7.5曲線擬合分峰計算法分別求出微晶相、亞微晶相和非晶相的累積衍射強度，計算淀粉微晶相、亞微晶相和晶相的結晶度。,結果與分析,1、淀粉化學成分分析,馬鈴薯淀粉國家標準(GB/T 8884-2007)中規(guī)定:馬鈴薯淀粉

24、一級品的水分含量,<20%，灰分(干基)蕊0.40%，蛋白質(干基)<-0.15。在室溫25度，相對濕度60%的穩(wěn)定條件下，實驗室自制馬鈴薯淀粉的成分分析結果如下表：,從表中可看出，馬鈴薯淀粉中含有少量雜質，如蛋白質、脂肪、灰分等，但這些指標均符合馬鈴薯淀粉國家標準中一級品的要求，表明所提取的馬鈴薯淀粉的純度較高。,2、輻照劑量對馬鈴薯淀粉顆粒形貌的影響,用掃描電鏡直接觀察經0-v 400kGy輻照劑量處理后馬鈴薯淀粉的顆粒

25、形貌，其結果如第一幅圖所示。經50-400kGy劑量輻照處理的馬鈴薯淀粉用水浸泡1h后的顆粒形貌見第二幅圖。,由圖1可知，馬鈴薯原淀粉顆粒呈橢球形，顆粒表面相對平滑，顆粒完整。經50---400kGy輻照劑量處理后，馬鈴薯淀粉顆粒形狀未觀察到明顯的變化，外部結構保持完整，在顆粒表面也未見明顯的裂痕。 從圖2可看出，經輻照處理的馬鈴薯淀粉與水作用后，有些顆粒表面出現(xiàn)凹坑。隨著輻照劑量的增加，顆粒破損越嚴重，有洞穴的顆粒不斷

26、增多，產生了許多小顆粒淀粉;有些顆粒出現(xiàn)斷裂，露出內部層狀結構。當輻照劑量達400kGy時，整個視野中己無完整淀粉顆粒存在，可以很清楚地看到內部層狀結構。說明淀粉經輻照處理后，外部顆粒形貌雖保持完整，但內部分子結構己遭到破壞。,3、輻照劑量對馬鈴薯淀粉顆粒偏光性的影響,淀粉顆粒是由直鏈淀粉和支鏈淀粉分子有序集合而成的，從高分子化合物的多晶體系的角度來看，屬于球晶體系，具備球晶的一般特性，即淀粉顆粒在偏光顯微鏡下具有雙折射性，在淀粉顆粒上

27、可以看到偏光十字。這種偏光十字是因為淀粉顆粒內部存在著兩種不同的結構即結晶結構和無定形結構的緣故。,圖2-3a為馬鈴薯原淀粉的偏光顯微照片，可以清楚地看到，馬鈴薯淀粉顆粒呈現(xiàn)很強的雙折射性，其顆粒都有清晰的偏光十字，這說明淀粉顆粒內部的結晶結構完好。一般情況下馬鈴薯淀粉顆粒的偏光十字交叉中心接近于顆粒的一端，個別較小的馬鈴薯淀粉顆粒的偏光十字交叉處于顆粒的中心位置。圖2-3b, c. d,e顯示，經50-v200kGy輻照劑量處理后的馬

28、鈴薯淀粉，也可以清楚地看到偏光十字，只是數量在逐漸減少，且以較小的顆粒居多。這是因為淀粉顆粒的結晶部分是由呈束狀的支鏈分子組成，各分子間和分子內側鏈之間的相互作用使得淀粉顆粒結構緊密，抵抗輻射作用的能力相對較強。小顆粒淀粉內部結構緊密，分子間締合程度大，拆散分子間的聚合、拆開微晶束要消耗更多的能量。當輻照劑量達400kGy時，絕大多數淀粉顆粒的偏光十字已消失，只剩下部分小顆粒還有模糊的偏光十字。,4、輻照劑量對馬鈴薯淀粉結晶度的影響,如

29、圖可知50 ^-400kGy劑量輻照處理的馬鈴薯淀粉與原淀粉的X一衍射圖譜曲線形狀相同，并沒有增加新的衍射峰，說明50^-----400kGy的輻照劑量處理不會改變馬鈴薯淀粉的晶體類型。另外，隨著輻照劑量的增加，X一衍射圖譜曲線逐漸變得平坦。,從上表中數據可知，隨著輻照劑量的增加，馬鈴薯淀粉衍射圖譜的特征峰位置發(fā)生了一些變化，20角度值范圍分別為16.72-17, 21.76^22.06;特征峰的強度均隨著輻照劑量的增加而降低。馬鈴薯淀

30、粉結晶度則隨輻照劑量的增加而顯著降低(F=61.7 >Fo.oi），如原淀粉結晶度為40.33%，經100kGy劑量輻照后結晶度下降至38.97%，下降了3.4%;經400kGy劑量輻照后結晶度下降至33.65%，下降了16.6%。,馬鈴薯原淀粉結晶度一般為28%左右，而本研究所得結果為40.33%。即使經400kGy輻照處理后，馬鈴薯淀粉結晶度仍高達33.65%。根據偏光顯微分析結果，當輻照劑量達400kGy時，絕大多數淀粉顆粒

31、的偏光十字消失，只剩下部分小顆粒還有模糊的偏光十字，由此推斷其結晶度應很小。導致結晶度結果偏高的原因可能與未脫除淀粉內的水分有關。研究表明，因淀粉顆粒中水分也參與結晶，使得淀粉顆粒內存在兩種組成及性質不同的結晶結構。一種是淀粉分子鏈間通過氫鍵形成的鏈鏈結晶結構;另外一種是淀粉分子鏈和水分子間通過氫鍵形成的鏈水結晶結構。因此，樣品測試前需進行預處理脫水，如在相對濕度接近零的干燥器中放置5-7d后再進行X一射線衍射分析。,結論,對經50-4

32、00kGy輻照劑量處理后馬鈴薯淀粉的顆粒特性進行了研究，得到的主要結論有:,(1)經輻照劑量處理后馬鈴薯淀粉，直接在電鏡下觀察，其顆粒形貌未發(fā)生明顯變化。輻照處理后淀粉在室溫下浸泡1h后再進行電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)淀粉顆粒表面從一端開始出現(xiàn)凹坑、洞穴;隨著輻照劑量的增加，顆粒破損越嚴重;經400k偽劑量輻照處理后，淀粉顆粒完全破裂，可很清楚看到內部層狀結構。說明馬鈴薯淀粉經輻照處理后，外部結構雖保持完整，但內部分子結構己從一端開始遭到破壞。,(

33、2)偏光顯微分析結果表明，隨著輻照劑量的增加，馬鈴薯淀粉的偏光十字數量逐漸減少。當輻照劑量達400kGy時，絕大多數淀粉顆粒的偏光十字己消失，只剩下部分小顆粒還有模糊的偏光十字。定性地說明輻照處理破壞了淀粉顆粒的結晶結構。,(3) X一射線衍射分析結果表明，隨著輻照劑量的增加，馬鈴薯淀粉的特征衍射峰逐漸變弱，結晶度顯著下降(F=61.7 > Fo.oi )。定量地說明輻照處理破壞了淀粉顆粒的結晶結構。,謝謝……,送馬鈴薯給大家……