非晶化玉米淀粉的理化性质

Physicochemical properties of noncrystalline maize starch
2 LIU Tianyi1 ，MA Ying1 ， LI Dehai1，
（ 1. College of Food Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090 ，China，ltyone80@ gmail. com； 2. School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040 ， China）
10 ℃ / min. 相变参数分别用起始温度 （ t o ） 、 峰值 温度（ t p ） 、 最终温度（ t c ） 和焓变（ ΔH ） 表示. 1. 2. 5 糊化性质分析（ RVA） 测试过程的温度采用 Std1 升温程序进行， 具 5］ . RVA 谱特征值用峰值黏度 体步骤参照文献［ （ υ P）、 谷值黏度 （ υ T ） 代表热糊黏度、 最终黏度 （ υ F ） 代表冷糊黏度、 衰减度 （ υ B = υ P － υ T ） 和 回生值 （ υ S = υ 表示. 1. 2. 6
均重复 3 次.
2
2. 1Hale Waihona Puke Baidu
结果与分析
颗粒形态与粒度分布
非晶化玉米淀粉的颗粒形貌、 偏光十字如图 1 所示. 原玉米淀粉颗粒为圆形或多角形， 表面光 滑且有细小的微孔存在， 在偏光显微镜下观察时， 淀粉的双折射现象明显， 可看到淀粉颗粒脐点处 有交叉的偏光十字. 而非晶化玉米淀粉由于受到 机械活化作用， 淀粉颗粒表面破裂、 发生变形、 颗 粒膨胀， 部分颗粒出现层状剥落现象， 双折射现象 几乎完全消失， 观察不到偏光十字的存在， 这种现 象是非晶化淀粉的典型特征之一. Stolt 等人用超 过 550 MPa 超静压力处理大麦淀粉时发现， 淀粉 的双折射现象也完全消失， 证实此时淀粉已经从 ［ 10 ］ 多晶态转变成非晶态 . 非晶化玉米淀粉颗粒的中位径（ D 50 ） 和颗粒 分布情况如表 1 所示. 原玉米淀粉颗粒分布比较 集中， 约 70% 的颗粒都分布在 10 ～ 20 μm 范围 内， 中位径为 13. 81 μm； 而非晶化玉米淀粉颗粒
［ 1 － 2］ . 非晶化淀粉的化 有颗粒性， 但不具有结晶性 ［ 3］ 、 学 物理和生物反应活性明显不同于原淀粉 .
其中球磨研磨法制备的非晶化淀粉最具有可 行性， 既不需添加任何试剂， 且操作便利、 环境污
第4 期
刘天一， 等：非晶化玉米淀粉的理化性质
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染小， 因此， 以球磨研磨法来制备非晶化淀粉. 通 X 射线衍射法、 过扫描电子显微镜、 差式扫描量热 计、 快速黏度分析仪和全自动气体吸附仪等分析 手段讨论其形态、 晶体结构、 热特性、 糊化特性以 及其他性质等的变化.
膨胀度、 浊度和持水能力. 溶 玉米淀粉的溶解度、 ［ 7］ 解度和膨胀度的测定参照 Clement 等 的方法；
［ 8］ 浊度测定参照 singh 等 的方法， 连续观测 17 d； ［ 9］ 持水能力测定参照 singh 等 的方法.
1. 2. 8
数据处理 采用 SPSS 软件进行数据统计分析， 所有数据
比表面积及孔径的测定 将样品在 70 ℃ 下真空脱气处理 24 h 以去除 采 用 Micromertics ASAP 样品 表 面 吸 附 的 空 气，
2000 系统在液氮温度（ 77. 35 K） 下， 以高纯 N2 做 － 吸附质 测 定 样 品 的 吸 附 脱 吸 等 温 线， 由 BET （ Brunauer － Emmett － Teller ） 方程计算比表面积， BHJ （ Barrett － Joyner － Halenda） 法分析孔比表面 积、 孔 容、 孔 径 和 孔 分 布 . N2 的 分 子 截 面 积 为 16. 2［6］. 1. 2. 7 非晶化玉米淀粉特性研究 分别测定非晶化 以原玉米淀粉为对照样品，
F
1
1. 1
试
验
试验材料和仪器 原料：食品级玉米淀粉：长春黄龙食品工业有
－ υ T ） 表示. 粘滞值单位用 cP
限公司. 仪器： QM － DK2 行星式低温球磨机； RVA － Ezi 快速黏度分析仪； DSC － 6 差示扫描量热仪； Autosorb － 1 － c 全自动气体吸附仪；BA300POL 偏 光显微镜；S － 3400N 扫描电镜；Mastersizer S 粒度 分析仪；D － max － 2500 型 X 射线衍射仪； UV － 754 紫外可见分光光度计. 1. 2 实验方法 1. 2. 1 非晶化淀粉的制备 将定量的玉米淀粉和研磨球一起加入到陶瓷 罐中， 选用球数比 Φ20 mm∶ Φ10 mm = 1∶ 2 的陶瓷 球， 控制球磨罐的填料率在 25% 左右， 球磨罐的 球料比即研磨球和淀粉的质 内容积约为 500 mL， 在 10 ～ 20 ℃ 、 球磨机转速约为 量比约为 5. 7 ∶ 1 ， 480 r / min 的条件下干法研磨 2. 35 h， 制得样品密 封保存， 并及时分析. 1. 2. 2 颗粒形貌与粒度分析 扫描电子显微镜 （ SEM ） ： 通过 S － 3400N 型 扫描电镜观察其表面结构， 并拍摄照片记录， 扫描 电镜加速电压为 15 kV. 偏光显微镜 （ PLM ） ： 将质量分数为 1% 的淀 粉乳滴于载玻片上， 于偏振光下观察和拍摄淀粉 颗粒的形貌及偏光十字的变化情况 . 淀粉颗粒分布： 在超声波作用下以乙醇作为 溶剂均匀分散淀粉后， 将其倒入 Mastersizer S 粒 度分析仪的大烧杯中测定粒度分布及粒度大小 . 1. 2. 3 X 射线衍射（ XRD） 分析 4° ～ 37° ；步长， 0. 02° ； 测试条件：衍射角 2 θ ， 8° / min； 积分时间， 0. 2 min； 靶型， Cu； 扫描速度， 40 kV、 30 mA； 狭缝， DS 1° ， SS 1° ， RS 管压、 管流， 0. 3 mm；滤波片， Ni. 淀粉相对结晶度 （ C R ） 的计 4］ 的方法， 使用 MDI Jade 软件进行 算参照文献［ 分析计算， 取 3 次拟合结果平均值. 1. 2. 4 热特性分析（ DSC ） 称取淀粉样品 3. 0 mg （ 干基 ） 于铝盘中， 并 以 1∶ 3 的比例加入去离子水，密封后平衡 24 h， 以水作为参比， 加热范围为 20 ～ 120 ℃ ， 加热速率
摘
X － 射线衍射仪、 要： 为研究球磨法非晶化玉米淀粉的理化性质 ， 采用扫描电镜、 差示扫描量热仪、 快速
黏度分析仪和全自动气体吸附仪等分析手段研究非晶化淀粉的颗粒形貌和理化性质 . 结果表明：非晶化玉米 偏光十字消失， 相对结晶度由原玉米淀粉的 23. 4% 下降到 1. 91% ， 淀粉从多晶态转至无定形 淀粉颗粒破裂， 态；糊化温度、 热焓值均降低， 糊化吸收峰消失；比表面积增大， 粒度分布变宽、 粒径增大， 颗粒平均孔径增大； 溶解度、 膨胀度和持水能力均提高 ；而淀粉糊浊度下降， 特征黏度值均小于原玉米淀粉 ， 非晶化玉米淀粉热糊 稳定性和冷糊力学稳定性均优于原淀粉 . 关键词： 玉米淀粉；非晶化淀粉；理化性质 中图分类号： TS231 文献标志码： A 文章编号： 0367 － 6234 （ 2010 ） 04 － 0602 － 05
Abstract： The physiochemical properties of noncrystalline maize starch made by ball milling were studied in this paper. The granular morphology and physicochemical properties of it were further characterized using scanning electron microscopy，Xray diffractometry，differential scanning calorimetry，rapid visco analyser and specific surface area analyzer. The results show that noncrystalline maize starch granules lose smoothness on surface and become rough，the Maltese crosses of noncrystalline maize starch disappear and its relative crystallinity is decreased from 23. 4% to 1. 91% ，the gelatinization temperature and enthalpy of noncrystalline maize starch decrease and the phase transition peaks disappear gradually during gelatinization. The crystal structure of noncrystalline maize starch is changed from polycrystalline to amorphous. Compared with native starch ，except turbidity，all other property factors of noncrystalline maize starch，such as specific surface area，specific pore volume，particle size，size distribution，the solubility，swelling power and water binding capacity are significantly increased. For noncrystalline maize starch，its turbidity and viscosity are lowered， while its hot paste stability and mechanical stability are better than those of native maize starch. Key words： maize starch； noncrystalline starch； physicochemical properties 淀粉是一种天然多晶化合物， 包含结晶区和 无定形区， 结晶区主要由支淀粉分子以双螺旋结 构形成， 结构较为致密， 不易被外力和化学试剂作 用；无定形区主要由直链淀粉分子以松散的结构
第 42 卷
第4 期
2010 年 4 月
哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Vol. 42
No. 4
Apr. 2010
非晶化玉米淀粉的理化性质
1 刘天一 ， 马 1 1， 2 莺， 李德海
（ 1. 哈尔滨工业大学 食品与工程学院， 哈尔滨 150090 ，ltyone80@ gmail. com； 2. 东北林业大学 林学院， 哈尔滨 150040 ）
收稿日期： 2009 － 03 － 03. “十一五” 基金项目： 黑龙江省 重大攻关项目（ GA06B401 － 4 ） . 作者简介： 刘天一（ 1980 —） ， 女， 博士研究生； 马 莺（ 1961 —） ， 女， 教授， 博士生导师.
形成， 容易受外力和化学试剂作用. 淀粉的非晶化 是采用外力破坏淀粉结晶区的结构， 形成了一种 — — 介于淀粉的多晶颗粒态和糊化态的中间体系 — 非晶化淀粉， 其具有非晶性， 但不具有糊化性； 具