在食品生物领域开展自由体积的相关研究可以从微观结构解释宏观性质的变化。作为典型的多羟基含水原料,淀粉在微波场中具备介电响应增强和界面极化重排的本征优势,微波对淀粉层状结构尺寸的影响已经取得一定成果,然而淀粉自由体积在微波场下的变化规律尚不明确。因此,通过观测微波作用下淀粉自由体积变化,了解自由体积与淀粉亚微结构及宏观性能的相关性,将有助于解析微波加热-淀粉微观结构-淀粉宏观性能的对应关系。本课题研究水分对大米淀粉介电特性、自由体积、玻璃化转变温度的影响;考察微波场中,微波参数、水分含量对自由体积变化的影响;解析微波与传导加热引发自由体积变化的差异;探究微波加热过程自由体积与淀粉结构性能变化关系。首先,采用矢量网络分析技术测定不同水分含量大米淀粉的介电特性和吸波性能,研究发现淀粉介电特性随水分含量变化显著,且介电常数(ε’)和水分含量之间呈线性关系,表明淀粉和水吸收微波的能力互不干扰;水分含量增大,淀粉体系吸波性能增强,表明淀粉对微波的吸收主要遵循偶极极化的加热机制。然后,结合DSC和正电子湮没寿命谱仪(PALS)分别考察水分影响大米淀粉玻璃化转变温度(Tg)和自由体积的规律。结果发现:水分含量由10%增至35%,大米淀粉的Tg从124℃降至23℃,自由体积从77.98?3增大至105.40?3。进一步研究微波功率、处理时间、水分含量对大米淀粉自由体积的影响,并对比微波和传统加热淀粉自由体积变化规律。结果表明:增加功率或延长加热时间,均引发正电子湮没寿命值和强度值降低;微波和传统加热大米淀粉的自由体积,其大小和浓度存在差异。分析微波功率、处理时间对大米淀粉结构和热学宏观性能的影响,并与自由体积的研究结果进行比对分析。结果表明:微波后淀粉相对结晶度的变化并不显著,微波处理没有明显改变淀粉长周期尺寸,但可以使结晶区尺寸轻微变大,无定形区轻微变小,推测无定形区的变化和自由体积减小相对应;淀粉玻璃化转变温度Tg随着微波强度的增加而升高,微波后淀粉相比原淀粉糊化温度升高,而微波处理后淀粉的热稳定性和糊化淀粉冷冻浓缩液的玻璃化转变温度则未呈现显著差异。综上,微波加热淀粉自由体积的减小会影响淀粉分子的活动性进而影响淀粉的玻璃化转变和糊化性能,本研究提供了从自由体积角度解析淀粉性能的新思路。