淀粉结构分为颗粒、壳层、小体、分子四个层次,其中颗粒的构筑单元—小体是结构研究中的难点。将小体从颗粒中分离的方法尚未建立,目前对小体的研究多为原位形貌观察和尺寸估算,对淀粉糊化过程的研究,也仅限于颗粒层面。本课题组在前期研究中,对薯类(红薯、马铃薯、木薯),豆类(豌豆、绿豆),谷类(荞麦、玉米、小麦)淀粉的粒径、直链淀粉含量、热学性质、结晶性质等进行了测试,并观察到用不完全糊化法和酶解法处理后淀粉颗粒显露的小体。但糊化过程中小体的变化尚不清楚。用快速黏度分析仪测定的红薯、马铃薯、木薯、豌豆、绿豆、荞麦、玉米和小麦淀粉的糊化温度依次为:74、70、72、71、72、72、89和93℃。在快速黏度分析仪测定糊化温度的标准程序基础上,通过降低淀粉乳浓度(5%降至1%),改变最高处理温度,设置从95℃分别降低至等于糊化温度,低于糊化温度5、10、15、20、25和30℃的加热程序,每种淀粉经过6-8个程序加热处理后,实现了糊化过程的分解。处理后的淀粉乳在室温下静置1 h,将上层和下层物质分别冻干,然后在扫描电镜下观察,建立了糊化过程中小体形态的观察法。主要研究内容及结果如下:(1)八种淀粉小体膨胀能力存在差异,导致其糊化过程中形态变化不同。膨胀后的小体由球形变成纺锤形且不再单独存在,互相之间连接成串珠状。木薯淀粉小体形变最慢,可以观察到不同状态的小体,52℃加热后,观察到球形小体;62℃加热后,出现大量串珠状小体;72℃加热后,观察到正在融合的小体。绿豆、豌豆和玉米淀粉经过处理后观察到了球形小体和串珠状小体。马铃薯、红薯淀粉经处理后观察到串珠状小体;荞麦和小麦淀粉小体形变最快,仅观察到球形小体。八种淀粉经过95℃加热处理后,形成的凝胶结构也不同。红薯、木薯、绿豆、豌豆、玉米淀粉形成的凝胶可见网络结构,孔洞稀疏,其中木薯淀粉凝胶结构松散,呈线条状网络;马铃薯、荞麦、小麦淀粉形成的凝胶呈片层状,未见清晰的网孔结构,凝胶壁褶皱较多。(2)根据木薯淀粉糊化过程中小体形态变化,首次从小体层面提出的糊化机理如下:小体在颗粒中以球形存在,颗粒在水中加热时吸水膨胀,破裂后释放出内部小体。水分子进入淀粉分子链之间,小体中高度紧凑折叠的分子逐渐伸展,与相邻小体的分子链连接,使得小体被拉长,从球形变成纺锤形,大量小体连接形成串珠状结构。吸水膨胀后的小体之间逐渐发生融合,这一阶段仍有以球形存在的小体。继续加热至高于糊化温度,小体形状消失,淀粉分子链高度伸展,连接形成三维凝胶网络结构。(3)选择糊化程度为7.8%-32.6%的八种淀粉不完全糊化颗粒进行性质测试,并与原淀粉对比。薯类、豆类和荞麦淀粉的处理温度为低于糊化温度15℃,小麦和玉米淀粉处理温度为低于糊化温度30℃。差示扫描量热仪测定的热学特性结果表明,小麦淀粉经处理后吸热峰消失,其余七种淀粉经处理后峰强度降低,即热焓值减小。绿豆淀粉热焓值减小幅度最大,从18.2 J/g减少至5.1 J/g,减小了72.0%。X射线衍射仪测定的结晶性质结果表明,八种淀粉经处理后衍射峰强度降低,即相对结晶度减小,马铃薯淀粉减小幅度最大,相对结晶度从30%降低至8%,减小了73.3%。绿豆与豌豆淀粉的晶型由C型变成A型。傅里叶红外光谱仪测定的有序结构结果表明,八种淀粉经处理后未出现新的吸收峰,即淀粉分子结构没有改变。但代表颗粒结晶区的1047 cm-1处的特征峰与无定形区的1020 cm-1处峰强度比值降低,说明处理后淀粉颗粒内部部分有序结构被破坏。