發(fā)布時間：2020-06-28 15:18

【摘要】：作為自然界第二豐富的天然高分子原料,淀粉及其衍生物已廣泛應用在食品、醫(yī)藥、紡織和化工等領(lǐng)域。相變是淀粉體系中組分形態(tài)、超分子結(jié)構(gòu)、多組分構(gòu)效關(guān)系和行為響應的直觀表達,可為新產(chǎn)品的研發(fā)及品質(zhì)改善提供預測和理論指導。熱臺-偏光顯微鏡觀察法是一種對淀粉相變行為進行在線研究的重要方法。然而傳統(tǒng)的研究手段主要是通過在線數(shù)據(jù)采集和線下人工處理的方法對相變進程中淀粉的顆粒形態(tài)、溶脹能力、糊化特性等變化進行定量分析,存在時間消耗長、主觀判定誤差大等缺陷,而且無法對關(guān)鍵轉(zhuǎn)變點進行在線即時界定和精準評估。如何使用更多元化的定量分析指標與智能化分析手段相結(jié)合的方式,實現(xiàn)對淀粉結(jié)構(gòu)和相變行為的深入表征及調(diào)控已成為國內(nèi)外研究的熱點及突破口。本文在傳統(tǒng)的顯微鏡觀察和表征技術(shù)基礎(chǔ)上,開發(fā)和設(shè)計出基于淀粉特征變化的人工智能算法模型(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、邊緣檢測和數(shù)學形態(tài)學處理),通過研究相變過程中淀粉形態(tài)結(jié)構(gòu)和光學結(jié)構(gòu)特征的變化,構(gòu)建出可對淀粉相變行為進行在線檢測和結(jié)果評估的新型研究方法和體系,進而實現(xiàn)反應過程中淀粉形態(tài)結(jié)構(gòu)和反應行為精準調(diào)控,主要研究結(jié)果如下:1.機器學習在淀粉溶脹特性研究中的應用:由于淀粉在正常光下呈現(xiàn)獨特的透明、不規(guī)則顆粒形態(tài),傳統(tǒng)圖像處理技術(shù)和軟件無法對淀粉的顆粒形態(tài)和溶脹特性進行定量分析。本文采用Canny邊緣檢測和形態(tài)學處理兩種機器學習算法聯(lián)用的方式,對淀粉外部輪廓進行精準識別,并通過檢測整體顆粒面積變化,建立了淀粉溶脹進程的智能化評估體系。2.淀粉糊化特性智能檢測體系的建立:基于淀粉糊化過程中雙折射特征的變化,將熱臺-偏光顯微觀察技術(shù)與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合,開發(fā)出可對雙折射特征在線檢測、定位和分類的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型Starch-SSD,利用該算法模型對淀粉的轉(zhuǎn)變溫度及糊化度等指標進行人工智能檢測,相關(guān)評估可在4 s內(nèi)完成。3、淀粉相變過程中在線調(diào)控體系的設(shè)計及構(gòu)建:在淀粉溶脹進程智能化分析體系和新型淀粉糊化行為評估方法Starch-SSD的研究基礎(chǔ)上,結(jié)合模糊邏輯控制器理論將傳統(tǒng)的熱臺溫度控制系統(tǒng)改進和優(yōu)化,開發(fā)出可對淀粉糊化程度(Degree of gelatinizaiton,縮寫DG)進行在線調(diào)控的DG控制體系,并對不同反應程度淀粉的顆粒形態(tài)、相變特性對比分析。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS231;O652.9
【圖文】：

當?shù)庥龅街辨湹矸蹠r，就會進入其獨特的螺旋空腔，形成直鏈淀粉-碘復合物，該復合物呈現(xiàn)深藍色并且在 620-680nm 處存在最大吸收峰。盡管藍色受多種因素的影響，包括溫度、pH 值和機械混合，但淀粉-碘的呈色反應已廣泛應用于測定直鏈淀粉的含量[18,19]。支鏈淀粉實際上是一種高度分支化的生物聚合物，它的分支鏈上的 α-D-（1，4）葡聚糖經(jīng)由α-D-（1，6）糖苷鍵（占糖苷鍵總量的 5%）連接（如圖 1-2），并且所含葡萄糖單元數(shù)遠遠高于直鏈淀粉，相對分子質(zhì)量約為 1.0 107-6.0 109，在物理和生物性能上與直鏈分子有顯著差異。與直鏈淀粉相比，支鏈淀粉分子每個分支的平均長度短，所以絡(luò)合碘分子的數(shù)量少。支鏈淀粉分子與碘結(jié)合形成的復合物為呈現(xiàn)紫紅色，最大的光吸收峰位于 530-550nm 處。支鏈淀粉分子含有還原端的主鏈（C 鏈），主鏈具有許多側(cè)鏈（B 鏈），B 鏈又具有側(cè)鏈，與其他的 B 鏈和外鏈（A 鏈）相連，由于支鏈淀粉分子量大，所以基本不顯示還原性[20]。

華南理工大學碩士畢業(yè)論文形成的。無定型區(qū)主要為直鏈淀粉，同時包含少量的支鏈淀粉；而結(jié)晶區(qū)主要包含支鏈淀粉，支鏈之間彼此纏繞形成螺旋結(jié)構(gòu)，再締合成束狀[14]。螺旋結(jié)構(gòu)中含有空隙，可以容納直鏈淀粉。為了進一步描述淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)，Badenhuizenzan 在 1934 年首次提出了由不連續(xù)的結(jié)晶片層和非結(jié)晶片層交錯排列形成的淀粉顆粒 blocklet 結(jié)構(gòu)模型（圖 1-3e）。此后，研究者通過實驗證明了 blocklet 結(jié)構(gòu)的存在[21, 25]。目前，淀粉顆粒比較公認的理論模型如圖 1-3 所示。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李志偉;鐘雨越;吳權(quán)明;王文斌;高杰;劉香香;康慧敏;郭東偉;薛吉全;;高直鏈玉米淀粉的理化特性研究[J];西北農(nóng)林科技大學學報(自然科學版);2014年07期

2 廖麗莎;劉宏生;劉興訓;陳玲;余龍;陳佩;;淀粉的微觀結(jié)構(gòu)與加工過程中相變研究進展[J];高分子學報;2014年06期

3 高群玉;謝欽;;淀粉糊化過程的數(shù)字圖像分析技術(shù)動態(tài)監(jiān)測[J];華南理工大學學報(自然科學版);2011年12期

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本文編號：2733167