玉米抗性淀粉物理特性的研究

第５期（总第２８０期）　农产品加工。学刊　２０１２年５月　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ　ｏｆ　Ｆａｒｍ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｎｏ．５　

Ｍａｙ　

文章编号：１６７１—９６４６（２０１２）０５—００３４—０３　

玉米抗性淀粉物理特性的研究　

徐丹鸿　，许瑞　（１．黑龙江生态工程职业学院生物技术系，黑龙江哈尔滨１５００２５；　２．河北科技师范学院食品科技学院，河北秦皇岛０６６６００）　

摘要：以压热法制备的抗性淀粉为原料，研究抗性淀粉常见的物理特性。膨胀率的测定表明，抗性淀粉的膨胀率随　着温度的上升而提高，光学显微镜观察发现，提纯后的玉米抗性淀粉颗粒为不规则形状；Ｘ一射线图谱表明，抗性淀　粉中晶体的存在；ＤＳＣ曲线进一步证明了抗性淀粉主要是由耐热性较高的直链淀粉晶体构成。　关键词：抗性淀粉；膨胀率；差示量热仪；Ｘ一射线　中图分类号：ＴＳ２３４　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ．１６７１—９６４６（Ｘ）．２０１２．０５．０１０　

Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｃｏｒｎ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　Ｓｔａｒｃｈ　ＸＵ　Ｄａｎ－ｈｏｎｇ　，ＸＵ　Ｒｕｉ２　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｅｃｏｌｏｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　１５００２５，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｈｅｂｅｉ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ，Ｈｅｂｅｉ　０６６６００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｃｌａｖｉｎｇ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｓｔａｒｃｈ（ＲＳ）ａｓ　ｒａｗ　ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃｏｒｎ　ＲＳ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｓｔａｒｃｈ　ｓｗｅｌｌｉｎｇ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ａｓ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｇｒａｎｕｌｅｓ　ｉｓ　ｉｒｒｅｇｕｌａｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｎａｔｉｖｅ　ｓｔａｒｃｈ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ，Ｘ－ｒａｙ　ｍａｐｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ　ｏｆ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｓｔａｒｃｈ　ｃｒｙｓｔａｌ，　ｔｈｅ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ＤＳＣ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ　ｔｅｒｍｏｓｔａｂｌｅ　ａｍｙｌｏｓｅ　ｃｒｙｓｔａｌｓ　ｉｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ＲＳ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｓｔａｒｃｈ；ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｒａｔｅ；Ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ；Ｘ－ｒａｙ　

０引言　１材料与方法　抗性淀粉（ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｓｔａｒｃｈ，ＲＳ）是近年来发展　起来的新概念，是食品工业中新发现的一种特殊的　碳水化合物。抗性淀粉不仅具有良好的生理功能，　广泛应用于开发功能性食品，同时由于其具有不溶　于水、黏度稳定性好、低持水性、流变学性质好等　特殊的物理性质，已在焙烤食品、挤压食品的加工　中得到应用ｌｌｌ，还可作为食品增稠剂使用。抗性淀粉　作为天然、安全和“药食两用”的食品资源［２１，具有　重要的工业应用价值和广阔的市场发展前景。对抗　性淀粉营养学特性、生理学特性、加工特性和物理　化学性质的深入研究，必将对人类健康产生深远　影响。　本文以压热法制备的抗性淀粉为原料，通过ｘ一　衍射、光学显微镜、示差扫描量热仪分析测试等方　式，研究抗性淀粉常见的物理特性，以期为抗性淀　粉在食品中的应用奠定理论基础。　１．１材料　普通玉米淀粉，市售；ＬＤ４—２型离心机，北京　医用离心机厂产品，ＸＲＤ－－６０００Ｘ型岛津射线衍射　仪，日本岛津公司提供；ＰＥ　Ｐｖｒｉｓ　６型差示量热仪　（美国产），ＯＬＹＰＵＳ牌多功能显微照相机（日本产）。　１．２试验方法　１．２．１膨胀率的测定　准确称取一定量的淀粉放入水中，搅拌加热至　所需温度，并在该温度下保持３０　ｍｉｎ，离心（转速　３　０００　ｒ／ｍｉｎ）１５　ｍｉｎ，小心弃去上清夜，将淀粉沉　淀，称质量。膨胀率为湿淀粉质量与起始淀粉质量　的比值嘲。　１．２．２颗粒形貌的观察　将原玉米淀粉处理后，得到淀粉样品，经充分　研磨后，配成质量分数６％的悬浊液，以０．３％的碘　液显色后，置于载波片上，在光显微镜下观察，比　较原淀粉颗粒与经处理后重结晶形成的淀粉颗粒的　形貌特征　。　

收稿日期：２０１１－１２—１６　作者简介：徐丹鸿（１９７９一），女，黑龙江人，硕士，讲师，研究方向：Ｅｍａｉｌ：３３１５９６８８４＠ｑｑ．ｃｏｍ。　２０１２年第５期　徐丹鸿，等：玉米抗性淀粉物理特性的研究　・３５・　１．２．３抗性淀粉热特性的研究　采用差示量热仪（Ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ，ＤＳＣ）对原玉米淀粉及抗性淀粉的糊化　温度进行测定。称取１　ｇ的样品，加适量的水混合于　小烧杯中，得到质量分数约３０％的淀粉乳，取　１５～２０　ｍｇ的淀粉乳放人铝质样品池中，立即将样品　池压紧密封，放人仪器内的样品座，用空的参比池　作为参比物。起始温度３０℃，并恒温５　ｍｉｎ，终止　温度为１５０　ｃＩ＝，升温速率为１Ｏ℃／ｍｉｎ，测温精度　为±０．１　ｏＣ。用差示扫描量热仪自带的专门软件Ｐｖｒｉｓ　Ｍａｎａｇｅｒ进行数据记录和处理，得到ＤＳＣ曲线。　１．２．４晶体结构测定　将样品充分研磨，过２００目筛。采用ｘ一衍射仪对　原淀粉及ＲＳ含量不同的淀粉样品的结晶性质进行对　比。ｘ一衍射的测定条件为：电压４０　ｋＶ，电流３０　ｍＡ，　扫描速度６。／ｍｉｎ，时间常数１　ｓ，起始角度５。，终止　角度４０。，数据由配套软件分析处理。　２结果与分析　２．１膨胀率的测定　膨胀性反应淀粉与水之间相互作用的大小，膨　胀率的大小将在一定程度上影响产品的质构特性。　淀粉及抗性淀粉在不同温度下的膨胀率见图ｌ。　温度　℃　十一原玉米淀粉；十一抗性淀粉　图１不同温度下膨胀率的变化　由图１可以看出，随着温度的升高，原玉米淀　粉与抗性淀粉的膨胀率均增加。原玉米淀粉的糊化　温度在６２～７２℃，在低于淀粉糊化温度时，两者膨　胀率相差不大，而在高于玉米淀粉的糊化温度时，　水分子进入淀粉粒的内部，与一部分淀粉分子相结　合，淀粉粒不可逆地吸收大量水分，颗粒膨胀；而　抗性淀粉的糊化温度在１２０～１６５℃，抗性淀粉颗粒　只吸收少量的水分，产生有限的膨胀，因此原玉米　淀粉的膨胀率明显高于抗性淀粉。由抗性淀粉的可　膨胀性可知，将其添加到食品中，只要充分分散，　就不会形成沉淀，也不会有沙粒感。　２．２颗粒形貌的观察　淀粉样品经碘染色后在电子显微镜下观察原淀　粉与经处理后的淀粉形貌特征。　淀粉颗粒形貌见图２。　

图２淀粉颗粒形貌　从图２可以看出，在光学显微镜下原玉米淀粉呈　透明状球形、颗粒完整；而经热处理后的淀粉已完全　糊化，看不出淀粉颗粒的形状，颗粒结构消失，在随　后的干燥过程中，结成坚硬而致密的团块；提纯后的　抗『生淀粉经低温冷冻干燥后，为不规则的形状。　２．３　ＲＳ糊化特陛的研究　淀粉乳加热到一定温度，淀粉颗粒开始膨胀，　温度继续上升，淀粉颗粒继续膨胀，可达到原体积　的几倍至几十倍。由于颗粒的膨胀，晶体结构消失，　体积胀大，互相接触，变成半透明黏稠状液体，这　种现象称为糊化。各种淀粉因其颗粒结构强度及晶　体结构不同，其糊化温度也不同，所以通过对抗性　淀粉糊化温度的研究，可以分析抗性淀粉的结晶性　质。ＤＳＣ是用来进行高分子聚合物物态转化及热效　应分析的常用技术手段，它可以用于测定高聚物的　晶体熔点、结晶度、物态转变的热效应等。　原玉米淀粉和抗性淀粉的ＤＳＣ图谱见图３。　

粉与抗性淀粉的ＤＳＣ图谱　农产品加工・学刊　２０１２年第５期　从图３可以看出，原玉米淀粉在３０～１５０℃出　现２个吸热峰，在７０℃出现１个小峰，１２０℃又出　现了１个较强的尖峰。淀粉颗粒是由结晶区和非结　晶区组成，其中，支链淀粉构成结晶区，这种晶体　粒度小，没有直链淀粉晶体牢固，容易被破坏；而　非结晶区主要由直链淀粉构成，直链淀粉晶体颗粒　大、紧密而且牢固不易被破坏［５１。原玉米淀粉在升温　过程中，随着淀粉样品的糊化，支链晶体结构首先　被破坏，发生相变而产生吸热现象，当温度继续升　高时，直链晶体结构被破坏。由于这２种不同性质　晶体的存在，原玉米淀粉的ＤＳＣ曲线上出现２个吸　热峰。　２．４晶体结构测定　淀粉是由许多形状、大小不一的淀粉颗粒组成，　淀粉颗粒不是分子的无规则集合体，而是一种天然　结晶高聚物，淀粉的颗粒结构中包含着结晶相和非　晶相两大组成部分。ｘ一射线衍射技术是研究晶体结　构的一个重要手段。根据ｘ一射线衍射的结果，可以　判别淀粉的结晶类型和品种以及淀粉在物理化学处　理过程中对晶型的影响。　１９３７年，Ｋａｔｚ等人从完整的淀粉粒所呈现的　３种特征性ｘ衍射图谱上分辨出３种不同的晶体结　构类型，即Ａ型、Ｂ型和Ｃ型，大多数禾谷类淀粉　具有Ａ型图谱；根茎和球状根茎类的淀粉大多数显　示Ｂ型图谱；竹芋、甘薯等块根、某些豆类淀粉呈　现Ｃ型图谱。　３种晶体的ｘ衍射特征峰见表１。　

表１　３种晶体的Ｘ衍射特征峰嘲　

鹱　接　耀　＆　暖　摇　粒　衍射角度２０／（。）　（ａ）　衍射角度２０／（。１　（ｃ）　量　陋　接　ｊ皋　

＆　疆　杂　控　

０　５　１０ｌ５　２Ｏ２５　３Ｏ３５　４Ｏ４５　衍射角度２０／（。）　ｆｂ）　

衍射角度２０／（。）　（ｄ）　

（ａ）原玉米淀粉ｘ射线图谱（Ｒｓ为０．９５％）；　（ｂ）压热处理后玉　米淀粉ｘ射线图谱ｆＲｓ为１０．２ｌ％）；　（ｅ）普鲁兰酶处理的玉米淀粉ｘ　射线图谱（Ｒｓ为１７．１３％）；　（ｄ）耐热ａ一淀粉酶和普鲁兰酶处理的玉　米淀粉ｘ射线图谱（Ｒｓ为２２．３７％）　图４原淀粉及各抗性淀粉样品的×衍射图谱　

（２）通过光学显微镜观查发现原玉米淀粉颗粒　完整，呈球形，提纯后的玉米抗性淀粉颗粒为不规　则的形状。　（３）原玉米淀粉在３０～１５０　ｃＣ出现２个吸热峰，　在７Ｏ℃出现１个小峰，１２０℃又出现了１个较强的　尖峰。由于直链淀粉晶体与支链淀粉晶体这２种不　同性质晶体的存在，原玉米淀粉ＤＳＣ曲线上出现　２个吸热峰，而抗眭淀粉的ＤＳＣ吸热曲线在３０—１５０℃　仅出现１个尖峰，进一步证明了抗性淀粉主要是由　耐热性较高的直链淀粉晶体构成。　（４）ｘ一射线图谱证明了抗性淀粉样品中晶体的　存在，同时参数分析表明，原玉米淀粉呈Ａ型结晶　结构，随着ＲＳ含量的变化，玉米淀粉衍射图谱的峰　强度及位置发生了一些变化，随着抗性淀粉含量的　增加，衍射峰强度增加。