饲料限水糊化动力学及其颗粒结构特性的表征
发布时间：2021-06-28 06:41
饲料的糊化作为一种功能特性广泛存在于饲料的热加工中,水分、温度和时间是影响饲料糊化的重要工艺参数。为探究饲料在水热处理过程中的糊化动力学参数及饲料颗粒结构的内在变化,该研究基于均匀板加热法,将25%和30%水分的育肥猪配合饲料,分别在75、80、85、90和95℃温度下,进行0.5、1、3、5、7和10min加热时间的热处理,分析热处理后饲料样品的糊化程度、糊化动力学参数、结晶特性、双折射特性和微观形貌等理化性质。结果显示,水分是饲料糊化的第一限制性因素,25%和30%水分饲料的最大糊化度分别为0.320 6±0.016 2和0.668 8±0.015 0,饲料的糊化过程遵循非线性一级动力学模型,且在热处理时长达到3 min左右时,糊化度趋向糊化终端的渐进值;由Arrhenius公式回归得到的25%和30%水分饲料糊化活化能分别为11 356.58和52 705.59 J/mol,是限制水分条件下的"不完全糊化活化能"。具有不同双折射消失程度的颗粒共存于同一热处理样品体系中,淀粉颗粒双折射性的消失从颗粒中心开始,热处理样品微观结构的变化主要表现为颗粒中心无定形区的优先破坏,中心结构的破...
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【图文】：
饲料样品热处理装置Fig.1Heattreatmentdeviceforfeedsamples
数CoefficientofdeterminationR2752.0716±0.15100.1574±0.00230.9939802.1203±0.22020.1689±0.00340.9878852.2762±0.13860.2104±0.00240.9961902.4498±0.14940.2571±0.00280.996325952.5159±0.32510.3043±0.00700.9841751.3106±0.04260.3063±0.00230.9986801.6000±0.11740.3362±0.00900.9929852.2810±0.10020.4502±0.00370.9980902.6311±0.29660.5109±0.00990.988530953.5191±0.59790.6389±0.01460.9834以1/GT为横坐标，lnk为纵坐标，绘制饲料糊化的Arrhenius图如图3所示，由式（5）可知，Ea为图中直线斜率的绝对值。25%和30%水分饲料样品糊化的Ea值分别为11356.58和52705.56J/mol，远低于天然淀粉糊化活化能83000～920000J/mol的范围[15]。Resio等[15]指出只有水与淀粉的比例大于3∶1时，淀粉在达到糊化温度后才能完全糊化，而本文在限制水分条件下对饲料进行热处理，由于水分不足，饲料中淀粉颗粒未完全糊化，也就是说，在有限水体系中得到的是饲料“不完全糊化活化能”，故其Ea值相对较低。30%水分下的糊化活化能高于25%水分，是由于30%水分下饲料的糊化程度更高，若继续增加饲料水分，则糊化活化能会随着水分的提高而增大，直至达到饲料完全糊化的活化能值。注：G为理想气体常数。Note:Gistheuniversalgasconstant.图3饲料糊化的Arrhenius图Fig.3Arrheniusplotofthefeedgelatinization活化能是淀粉源饲料在糊化转化过程中必须克服的能量势垒，从活化分子与活化能的关系上来看，增加单位体积内活化分子总数可加快反应速率[17]，更高的热处
农业工程学报（http://www.tcsae.org）2020年296理温度和更持久的加热时间能有效激活更多淀粉分子加快反应，但在有限水体系下，饲料中的淀粉糊化机理很大程度上受水分扩散作用的控制。2.2热处理对淀粉颗粒结构的影响双折射特性是由于淀粉颗粒内部高度有序的分子结构引起的，也是淀粉颗粒为晶体的重要标志[25]。原样品和经过热处理的25%水分饲料样品的偏光显微图像如图4所示，饲料中的淀粉颗粒在中心呈现黑色的偏光十字，将颗粒分成四个白色区域，原样品的偏光十字明显，而经过不同温度热处理的样品，其双折射强度不同程度减弱，但即使热处理温度达到95℃，同一热处理样品中仍共存有不同双折射消失程度的颗粒（如图4箭头所示），这表明在有限水分条件下，经过热处理饲料中淀粉颗粒的晶体特性仍有保持，颗粒结构未被完全破坏，且不同颗粒对热处理的敏感性不同。Evans等[26]也报道了在过量水或糖溶液中，马铃薯淀粉同时存在不稳定和更稳定颗粒的两种熔融状态。30%和25%水分条件下淀粉颗粒双折射消失程度基本相同，而在较高热处理温度下，由于30%水分饲料的糊化度更高，其淀粉颗粒的破坏程度明显高于25%水分饲料。在热处理饲料样品中存在部分颗粒，其中心的双折射消失，而边缘仍保持着清晰的双折射性（如图4矩形框所示），这一观察结果与Xing等[27]对玉米淀粉湿热处理和酸解过程中的双折射变化一致。双折射性的损失可能是由于热处理向颗粒输入的热能增加了淀粉分子链的流动性，从而导致结构上的破坏。淀粉颗粒结构的稳定性由低到高依次为无定形区、亚结晶区和结晶区[28]，颗粒中心无定形区淀粉分子链的排列较松弛，而颗粒外围结晶区的排列更为紧密[29]，因此?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于均匀板加热法的饲料糊化参数试验研究[J]. 金楠,方鹏,王红英,段恩泽. 农业机械学报. 2019(10)
[2]梯度恒温水热处理饲料的糊化时间温度特性研究[J]. 金楠,段恩泽,王红英,方鹏,祁忠贤,陈计远. 农业工程学报. 2019(14)
[3]基于本构模型的颗粒饲料成型特性研究[J]. 陈啸,孔丹丹,王红英,方鹏. 农业工程学报. 2017(23)
[4]高压均质对玉米淀粉机械力化学效应研究[J]. 李贵萧,牛凯,侯汉学,张慧,代养勇,董海洲,刘传富. 中国粮油学报. 2017(09)
[5]高含量乳清粉的仔猪配合饲料热特性及调质温度控制[J]. 孔丹丹,方鹏,王红英,陈啸,岳岩,吕芳,金楠. 农业工程学报. 2017(16)
[6]不同原料组分的配合饲料比热模型[J]. 王红英,高蕊,李军国,杨洁,康宏彬. 农业工程学报. 2013(09)
[7]不同前处理对饲料玉米比热的影响[J]. 王红英,李倪薇,高蕊,杨洁,康宏彬. 农业工程学报. 2012(14)
[8]颗粒饲料淀粉糊化度的快速检测方法[J]. 王海东,董致远,吕小文,李军国,秦玉昌. 农业工程学报. 2008(12)
[9]热分析动力学及其在食品研究中的应用[J]. 赵学伟. 粮食加工. 2007(04)
[10]饲料淀粉糊化度(熟化度)的测定[J]. 熊易强. 饲料工业. 2000(03)
本文编号：3253825
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【图文】：
饲料样品热处理装置Fig.1Heattreatmentdeviceforfeedsamples
数CoefficientofdeterminationR2752.0716±0.15100.1574±0.00230.9939802.1203±0.22020.1689±0.00340.9878852.2762±0.13860.2104±0.00240.9961902.4498±0.14940.2571±0.00280.996325952.5159±0.32510.3043±0.00700.9841751.3106±0.04260.3063±0.00230.9986801.6000±0.11740.3362±0.00900.9929852.2810±0.10020.4502±0.00370.9980902.6311±0.29660.5109±0.00990.988530953.5191±0.59790.6389±0.01460.9834以1/GT为横坐标，lnk为纵坐标，绘制饲料糊化的Arrhenius图如图3所示，由式（5）可知，Ea为图中直线斜率的绝对值。25%和30%水分饲料样品糊化的Ea值分别为11356.58和52705.56J/mol，远低于天然淀粉糊化活化能83000～920000J/mol的范围[15]。Resio等[15]指出只有水与淀粉的比例大于3∶1时，淀粉在达到糊化温度后才能完全糊化，而本文在限制水分条件下对饲料进行热处理，由于水分不足，饲料中淀粉颗粒未完全糊化，也就是说，在有限水体系中得到的是饲料“不完全糊化活化能”，故其Ea值相对较低。30%水分下的糊化活化能高于25%水分，是由于30%水分下饲料的糊化程度更高，若继续增加饲料水分，则糊化活化能会随着水分的提高而增大，直至达到饲料完全糊化的活化能值。注：G为理想气体常数。Note:Gistheuniversalgasconstant.图3饲料糊化的Arrhenius图Fig.3Arrheniusplotofthefeedgelatinization活化能是淀粉源饲料在糊化转化过程中必须克服的能量势垒，从活化分子与活化能的关系上来看，增加单位体积内活化分子总数可加快反应速率[17]，更高的热处
农业工程学报（http://www.tcsae.org）2020年296理温度和更持久的加热时间能有效激活更多淀粉分子加快反应，但在有限水体系下，饲料中的淀粉糊化机理很大程度上受水分扩散作用的控制。2.2热处理对淀粉颗粒结构的影响双折射特性是由于淀粉颗粒内部高度有序的分子结构引起的，也是淀粉颗粒为晶体的重要标志[25]。原样品和经过热处理的25%水分饲料样品的偏光显微图像如图4所示，饲料中的淀粉颗粒在中心呈现黑色的偏光十字，将颗粒分成四个白色区域，原样品的偏光十字明显，而经过不同温度热处理的样品，其双折射强度不同程度减弱，但即使热处理温度达到95℃，同一热处理样品中仍共存有不同双折射消失程度的颗粒（如图4箭头所示），这表明在有限水分条件下，经过热处理饲料中淀粉颗粒的晶体特性仍有保持，颗粒结构未被完全破坏，且不同颗粒对热处理的敏感性不同。Evans等[26]也报道了在过量水或糖溶液中，马铃薯淀粉同时存在不稳定和更稳定颗粒的两种熔融状态。30%和25%水分条件下淀粉颗粒双折射消失程度基本相同，而在较高热处理温度下，由于30%水分饲料的糊化度更高，其淀粉颗粒的破坏程度明显高于25%水分饲料。在热处理饲料样品中存在部分颗粒，其中心的双折射消失，而边缘仍保持着清晰的双折射性（如图4矩形框所示），这一观察结果与Xing等[27]对玉米淀粉湿热处理和酸解过程中的双折射变化一致。双折射性的损失可能是由于热处理向颗粒输入的热能增加了淀粉分子链的流动性，从而导致结构上的破坏。淀粉颗粒结构的稳定性由低到高依次为无定形区、亚结晶区和结晶区[28]，颗粒中心无定形区淀粉分子链的排列较松弛，而颗粒外围结晶区的排列更为紧密[29]，因此?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于均匀板加热法的饲料糊化参数试验研究[J]. 金楠,方鹏,王红英,段恩泽. 农业机械学报. 2019(10)
[2]梯度恒温水热处理饲料的糊化时间温度特性研究[J]. 金楠,段恩泽,王红英,方鹏,祁忠贤,陈计远. 农业工程学报. 2019(14)
[3]基于本构模型的颗粒饲料成型特性研究[J]. 陈啸,孔丹丹,王红英,方鹏. 农业工程学报. 2017(23)
[4]高压均质对玉米淀粉机械力化学效应研究[J]. 李贵萧,牛凯,侯汉学,张慧,代养勇,董海洲,刘传富. 中国粮油学报. 2017(09)
[5]高含量乳清粉的仔猪配合饲料热特性及调质温度控制[J]. 孔丹丹,方鹏,王红英,陈啸,岳岩,吕芳,金楠. 农业工程学报. 2017(16)
[6]不同原料组分的配合饲料比热模型[J]. 王红英,高蕊,李军国,杨洁,康宏彬. 农业工程学报. 2013(09)
[7]不同前处理对饲料玉米比热的影响[J]. 王红英,李倪薇,高蕊,杨洁,康宏彬. 农业工程学报. 2012(14)
[8]颗粒饲料淀粉糊化度的快速检测方法[J]. 王海东,董致远,吕小文,李军国,秦玉昌. 农业工程学报. 2008(12)
[9]热分析动力学及其在食品研究中的应用[J]. 赵学伟. 粮食加工. 2007(04)
[10]饲料淀粉糊化度(熟化度)的测定[J]. 熊易强. 饲料工业. 2000(03)
本文编号：3253825
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