一、前期回顧
上期我們發(fā)現(xiàn)紙幣防偽條之所以呈現(xiàn)不同色彩和形貌是因?yàn)樘厥獾奈⒂^結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致(詳細(xì)情形見(jiàn)第三期文章)，材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀的光學(xué)性能巨大的改變。由于大部分讀者在上期投票中選擇【B選項(xiàng)：1元/斤的大米和10元/斤的大米在顯微鏡下有何區(qū)別?！?/p>
那么今天筆者帶領(lǐng)大家來(lái)一起探索優(yōu)質(zhì)大米(吃起來(lái)勁道的新米)和劣質(zhì)大米(口感較差的陳米)在顯微結(jié)構(gòu)上有什么不一樣。
二、序 言
金屬的強(qiáng)度、韌性、脆性與它的微觀組織結(jié)構(gòu)有很大的聯(lián)系：韌性強(qiáng)的金屬材料會(huì)發(fā)生韌性斷裂，在斷口的斷面會(huì)觀察到有典型“韌窩”特征的韌性斷裂區(qū);脆性大的金屬會(huì)發(fā)生脆性斷裂，在斷口的斷面會(huì)觀察到有典型“臺(tái)階”特征的解理斷裂區(qū)。這些不同的斷口形貌是由微小的熱處理工藝或材料成分的微小差別所引起的，不同的微觀組織形貌代表了不同的金屬材料生產(chǎn)工藝。
那么我們猜想：是否可以通過(guò)顯微形貌分析來(lái)判斷生長(zhǎng)周期不一樣、或者營(yíng)養(yǎng)成分/化學(xué)物質(zhì)不一樣的農(nóng)作物呢?
三、大米斷面顯微形貌分析，大米淀粉形貌及淀粉復(fù)粒形貌
本期選擇同種大米的兩個(gè)不同時(shí)期(新米10元/斤、存放半年的陳米6元/斤)的樣本進(jìn)行微觀形貌的拍攝，來(lái)研究放置時(shí)間長(zhǎng)的大米除了靠氣味和口感上的差異來(lái)區(qū)分外，是否可以通過(guò)材料顯微分析的手段來(lái)進(jìn)行辨別。
1. 大米斷口分析
大米斷口顯微形貌圖
如上圖A所示，我們把大米粒掰斷后可以看到大米粒斷口是有形貌特征的。放大到100倍下如圖B我們可以看到有類似金屬沿晶斷口及窩韌形貌特征的存在。圖C是窩韌特征的細(xì)節(jié)放大圖，可以發(fā)現(xiàn)是由10μm左右的一粒粒大米淀粉微粒組成的、斷口高低起伏且小一點(diǎn)的淀粉微粒棱角分明。圖D是大米內(nèi)部淀粉復(fù)粒組成的，大米復(fù)粒表面比較光滑，復(fù)粒淀粉之間的交界面都很平滑，且復(fù)粒內(nèi)不光有淀粉微粒，微粒之間還會(huì)有蛋白質(zhì)存在(表面黑色條紋部位)。
從上圖我們可以看出大米顆粒是由一粒粒淀粉微粒所組成的復(fù)粒淀粉粒所組成，當(dāng)斷裂部位是沿復(fù)粒淀粉截面擴(kuò)展時(shí)，斷口呈現(xiàn)平滑的沿晶裂紋特征;當(dāng)斷裂部位穿過(guò)復(fù)粒淀粉而擴(kuò)展時(shí)，斷口呈現(xiàn)穿晶斷裂。
不同大米由于生長(zhǎng)周期及成分都有差別，導(dǎo)致了淀粉微粒、淀粉復(fù)粒的形貌及它們之間的結(jié)合力各不相同，因此不同大米的斷口形貌也完全不一樣。
2. 復(fù)粒淀粉沿晶/穿晶斷口形貌分析
復(fù)粒淀粉穿晶斷裂(左)和沿晶斷裂(右)形貌差異對(duì)比
上圖左是復(fù)粒淀粉斷裂時(shí)的斷口形貌，可以發(fā)現(xiàn)中間的淀粉微粒周圍暗色的部分是大米內(nèi)部的蛋白質(zhì)，一個(gè)個(gè)淀粉微粒是由蛋白質(zhì)連接起來(lái)的，其中畫(huà)紅圈的部分是大米內(nèi)部的脂質(zhì)顆粒，該顆粒在新大米斷口處幾乎沒(méi)有，而在陳舊大米內(nèi)部有很多，推測(cè)該脂質(zhì)的析出導(dǎo)致了連接淀粉微粒的蛋白質(zhì)發(fā)生了變化，導(dǎo)致大米復(fù)粒內(nèi)部黏合力發(fā)生改變。
上圖右是大米淀粉復(fù)粒表明斷口圖，可以看出斷口處非常平滑，正常情況下淀粉復(fù)粒間的結(jié)合能是遠(yuǎn)低于淀粉粒間內(nèi)部結(jié)合能的，所以斷裂一般都發(fā)生在淀粉復(fù)粒平滑處。
3. 新米與陳米斷口微觀形貌結(jié)構(gòu)對(duì)比
陳米(左)與新米(右)斷口顯微形貌差別
在顯微鏡下我們可以看到陳米斷口(上圖左)相較于新米斷口(上圖右)呈現(xiàn)更多的“窩韌”形貌特征，斷裂面穿過(guò)了大米復(fù)粒淀粉。而新米大部分?jǐn)嗫跒?ldquo;沿晶”解理，斷裂面沿淀粉復(fù)粒擴(kuò)展。
拍攝結(jié)果表明正常新米內(nèi)部的結(jié)合是復(fù)粒淀粉內(nèi)部大于復(fù)粒淀粉邊界的。隨著大米放置時(shí)間的增長(zhǎng)，米粒內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生了變化，導(dǎo)致復(fù)粒淀粉內(nèi)部的微粒間鍵合減弱結(jié)合力變差，斷裂裂紋面主要由從復(fù)粒淀粉邊界擴(kuò)展變?yōu)閺膹?fù)粒淀粉穿過(guò)后斷裂。
四、后 記
“天空沒(méi)有翅膀的痕跡，但是鳥(niǎo)兒卻飛過(guò)”。不同于鳥(niǎo)兒在天空飛過(guò)沒(méi)留下痕跡，任何材料的生產(chǎn)和合成所經(jīng)過(guò)的工藝都會(huì)在材料內(nèi)部留下顯微痕跡，通過(guò)顯微技術(shù)來(lái)辨別材料的顯微形貌/結(jié)構(gòu)的特征，可以輕易的判斷出材料的生產(chǎn)工藝及歷程。例如現(xiàn)階段人們已經(jīng)開(kāi)始利用顯微鏡來(lái)鑒別區(qū)分不同植物、動(dòng)物的品種，從而為原材料把控、溯源、生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)控提供了重要指導(dǎo)依據(jù)。
下期主題(動(dòng)物)三選一：
A、蝴蝶翅膀在陽(yáng)光下產(chǎn)生絢麗顏色的原因。
B、年輕人及老年人頭發(fā)表面及斷面的形貌差異。
C、過(guò)期變質(zhì)食物中的細(xì)菌。
