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為特殊的微觀結(jié)構(gòu)所導致（詳細情形見第三期文章），材料的微觀結(jié)構(gòu)對宏觀的光學性能巨大的改變。由于大部分讀者在上期投票中選擇【B選項：1元/斤的大米和10元/斤的大米在顯微鏡下有何區(qū)別。】

??? 那么今天筆者帶領(lǐng)大家來一起探索優(yōu)質(zhì)大米（吃起來勁道的新米）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：韌性強的金屬材料會發(fā)生韌性斷裂，在斷口的斷面會觀察到有典型“韌窩”特征的韌性斷裂區(qū)；脆性大的金屬會發(fā)生脆性斷裂，在斷口的斷面會觀察到有典型“臺階”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：是否可以通過顯微形貌分析來判斷生長周期不一樣、或者營養(yǎng)成分/化學物質(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粒形貌

本期選擇同種大米的兩個不同時期（新米10元/斤、存放半年的陳米6元/斤）的樣本進行微觀形貌的拍攝，來研究放置時間長的大米除了靠氣味和口感上的差異來區(qū)分外，是否可以通過材料顯微分析的手段來進行辨別。

?

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的淀粉微粒棱角分明。圖D是大米內(nèi)部淀粉復粒組成的，大米復粒表面比較光滑，復粒淀粉之間的交界面都很平滑，且復粒內(nèi)不光有淀粉微粒，微粒之間還會有蛋白質(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粒淀粉粒所組成，當斷裂部位是沿復粒淀粉截面擴展時，斷口呈現(xiàn)平滑的沿晶裂紋特征；當斷裂部位穿過復粒淀粉而擴展時，斷口呈現(xiàn)穿晶斷裂。

??? 不同大米由于生長周期及成分都有差別，導致了淀粉微粒、淀粉復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. 復粒淀粉沿晶/穿晶斷口形貌分析

復粒淀粉穿晶斷裂（左）和沿晶斷裂（右）形貌差異對比

?

上圖左是復粒淀粉斷裂時的斷口形貌，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)，一個個淀粉微粒是由蛋白質(zhì)連接起來的，其中畫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有，而在陳舊大米內(nèi)部有很多，推測該脂質(zhì)的析出導致了連接淀粉微粒的蛋白質(zhì)發(fā)生了變化，導致大米復粒內(nèi)部黏合力發(fā)生改變。

上圖右是大米淀粉復粒表明斷口圖，可以看出斷口處非常平滑，正常情況下淀粉復粒間的結(jié)合能是遠低于淀粉粒間內(nèi)部結(jié)合能的，所以斷裂一般都發(fā)生在淀粉復粒平滑處。

?

3.? 新米與陳米斷口微觀形貌結(jié)構(gòu)對比

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，斷裂面穿過了大米復粒淀粉。而新米大部分斷口為“沿晶”解理，斷裂面沿淀粉復粒擴展。

拍攝結(jié)果表明正常新米內(nèi)部的結(jié)合是復粒淀粉內(nèi)部大于復粒淀粉邊界的。隨著大米放置時間的增長，米粒內(nèi)部的化學物質(zhì)發(fā)生了變化，導致復粒淀粉內(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粒淀粉邊界擴展變?yōu)閺膹土５矸鄞┻^后斷裂。

?

四、后 記

?

“天空沒有翅膀的痕跡，但是鳥兒卻飛過”。不同于鳥兒在天空飛過沒留下痕跡，任何材料的生產(chǎn)和合成所經(jīng)過的工藝都會在材料內(nèi)部留下顯微痕跡，通過顯微技術(shù)來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)開始利用顯微鏡來鑒別區(qū)分不同植物、動物的品種，從而為原材料把控、溯源、生產(chǎn)過程質(zhì)控提供了重要指導依據(jù)。

?

下期主題（動物）三選一：

?

A、蝴蝶翅膀在陽光下產(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、過期變質(zhì)食物中的細菌。