超微細(xì)化大米淀粉的制備及性能研究

作為可再生原材料，淀粉是一個廣泛使用的行業(yè)資源。天然淀粉多是以支鏈淀粉為骨架,包含淀粉晶體的顆粒狀結(jié)構(gòu),淀粉的特性與顆粒的形態(tài)淀粉的潤脹是淀粉顆粒在糊化溫度以上的溫度下吸水、顆粒體積膨大、支鏈淀粉微晶束的溶解、直鏈淀粉晶體雙螺旋結(jié)構(gòu)的打開及溶出等,這些特性與糊化過程中淀粉的顆粒特性密切相關(guān)?？焖兖ざ确治鰞x(RVA)是目前國內(nèi)外通用的快速測定淀粉及淀粉質(zhì)食品的潤漲糊化特性及黏度的儀器。可通過黏度變化較好反映淀粉顆粒的潤漲、崩解及老化,常用以研究淀粉質(zhì)食品特性或評價其品質(zhì)本實(shí)驗(yàn)室以乙醇為介質(zhì),用球磨法得到了粒度為102nm的超微細(xì)化大米淀粉,具有許多特殊性質(zhì)。采用SEM、RVA等技術(shù)研究超微細(xì)化過程中淀粉顆粒形貌和RVA曲線的變化,探討球磨時間與淀粉顆粒形貌及其潤漲特性的關(guān)系,為超微細(xì)化淀粉的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1材料和方法1.1西花廳公司下片型大米,秈型,市售。1.21.2.1大米淀粉的提取大米→0.4%的NaOH溶液浸泡24h(堿溶液的量以淹沒原料為準(zhǔn))→膠體磨粉碎→0.4%的NaOH溶液浸泡24h(堿溶液的量以淹沒原料為準(zhǔn))→HCl中和→水洗5次→4000r/min離心10min取下層淀粉→自然風(fēng)干得大米淀粉。(淀粉含量1.2.2無水乙醇磨球的制備使用南京大學(xué)儀器廠生產(chǎn)的QM-ISP2型行星式球磨機(jī),大米淀粉40g,無水乙醇40g,磨球100g(其中Φ10mm70g,Φ6mm30g),轉(zhuǎn)速500r/min。研磨5、10、20、50、75、100、150、200、300h。1.2.3掃描電鏡觀察取5mg的淀粉放入5mL的玻璃試管中,加入90%的乙醇溶液,超聲波振蕩20min。用微量進(jìn)樣器取8mL含樣品的乙醇溶液滴入邊長為4mm的摻錫氧化銦(ITO)玻璃片上,室溫自然干燥3h。干燥后的ITO玻璃片固定在樣品臺上后噴鉑(增加樣品的導(dǎo)電性),電流設(shè)置為3mA,時間為15min/次。重復(fù)4次,注意每次要間隔5min左右(使樣品冷卻)。噴鉑后即可進(jìn)行電鏡觀察。粒徑的計算采用淀粉的SEM照片中數(shù)出200顆輪廓可辨的顆粒,用刻度尺量出其長徑和短徑,求出平均粒徑,作為顆粒粒徑。1.2.4罐內(nèi)溫度的變化采用澳大利亞NewportScientific儀器公司生產(chǎn)的3D型快速黏度分析儀(RapidViscosityanalysis,RVA)進(jìn)行快速測定,用TCW(ThermalCycleforWindows)配套軟件進(jìn)行分析。根據(jù)美國谷物化學(xué)協(xié)會(AACC)操作規(guī)程,稱取淀粉3g,加入蒸餾水25mL,制備測試樣品。在攪拌過程中,罐內(nèi)溫度變化如下:50℃下保持1min;以12℃/min的速率上升到95℃(3.75min);95℃下保持2.5min;以12℃/min下降到50℃(3.75min);50℃下保持1.4min。攪拌器在起始10s內(nèi)轉(zhuǎn)動速度為960r/min,之后保持在160r/min。RVA譜特征用峰值黏度(peakpaste)、保持黏度(hostpaste)、最終黏度(finalpaste)、降落值(breakdown,峰值黏度與保持黏度之差)、回升值(setback,最終黏度與保持黏度之差)、峰值黏度時間(peaktime)、糊化溫度(pastingtemperature)來表示,黏度單位為cp。2結(jié)果與分析2.1研磨法破碎淀粉不同球磨時間的淀粉的SEM圖見圖1。不同球磨時間的粒徑累計分布圖見圖2。淀粉顆粒的形貌特征及粒度見表1。從圖1中可以看出,原淀粉(圖1a)呈棱角分明的多面型,顆粒表面平整光滑,無裂紋。球磨是介質(zhì)球在淀粉表面滾動、摩擦的過程,淀粉顆粒受磨球的擠壓力和摩擦力的作用而破碎。球磨5h的淀粉(圖1b)表面凸凹不平,有裂紋出現(xiàn),但仍然保持較完整的顆粒形態(tài),淀粉顆粒之間有部分黏連。球磨10h(圖1c)后,部分淀粉顆粒開始從裂紋處分裂并從淀粉母體上脫離下來,淀粉顆粒形貌不規(guī)則,開始呈現(xiàn)扁平黏連結(jié)構(gòu),這一過程與馬鈴薯馬鈴薯淀粉球磨25h得到的淀粉粒徑為21.4μm,球磨100h后可能達(dá)粉碎極限,最小粒徑為12.49μm圖2顯示了不同球磨時間淀粉粒徑的累計概率分布。淀粉粒徑累計概率的上升速度(斜率k)、粒徑范圍、平均粒徑見表1。由圖2可知,原淀粉的粒徑集中在4.0～6.0μm之間,平均粒徑為4.79μm。粒徑累計概率上升速率反映了粒徑分布的寬窄,速率大表明分布窄或和集中。由圖2和表1可知,原淀粉的k2.22.2.1研磨納米淀粉用快速黏度分析儀考察不同球磨時間淀粉在糊化過程中的潤漲特性。在升溫、保溫和降溫過程中,研磨不同時間的淀粉均經(jīng)歷了黏度的上升、降落和回升等過程,以研磨0(原淀粉)、10、20、300h為例,其RVA曲線見圖3。圖3顯示,隨著球磨時間的延長,淀粉的糊化溫度、潤漲過程黏度曲線上升的斜率、峰值黏度、最終黏度、降落值、回升值都隨之降低。由于球磨過程的機(jī)械力導(dǎo)致淀粉顆粒表面產(chǎn)生裂紋甚至破裂,水分子更易于滲入到顆粒內(nèi)部,使顆粒潤脹變得容易,因此糊化溫度降低。球磨時間越長,小顆粒越多,分子量2.2.2磨時間對糊化溫度的影響糊化溫度可以反映淀粉晶體熔融、顆粒脹大、使黏度突然上升的過程。不同球磨時間對淀粉糊化溫度的影響見圖4a。由于球磨100h后的淀粉在常溫下即可糊化,故圖4a中未顯示。由圖4a可知,糊化溫度隨球磨時間呈直線下降趨勢。隨著球磨時間的延長,淀粉的比表面積增大,晶體結(jié)構(gòu)被破壞2.2.3膨脹淀粉顆粒到達(dá)初始糊化溫度后,顆粒不斷吸水膨脹,直鏈淀粉從顆粒中溶出,支鏈淀粉充分伸展,使黏度不斷增大,當(dāng)?shù)矸垲w粒膨脹到最大時,此時達(dá)到峰值黏度。球磨時間對峰值黏度的影響如圖4b所示。由圖4b可知,隨著球磨時間的延長,淀粉的峰值黏度呈下降趨勢。淀粉顆粒在球磨過程中破碎,破碎的淀粉膨脹度小,因此峰值黏度小。2.2.4淀粉顆粒城市熱糊穩(wěn)定性的變化到達(dá)峰值黏度后,組成淀粉顆粒骨架的支鏈淀粉充分伸展,強(qiáng)度減弱,導(dǎo)致潤漲的淀粉顆粒破裂、崩解,使黏度下降。降落值可以用來描述淀粉顆粒的崩解程度,反映淀粉的熱糊穩(wěn)定性。球磨時間對降落值的影響如圖4c所示。隨著球磨時間的延長,淀粉粒度減小,小顆粒淀粉的吸水膨脹小,不易破裂,因此降落值小,熱糊穩(wěn)定性增大。2.2.5淀粉糊質(zhì)黏度上升由于糊的溫度下降,淀粉分子產(chǎn)生聚集,分子間的作用力增強(qiáng),黏度上升?；厣捣从沉说矸酆蜏叵吕匣内厔莼蚶浜姆€(wěn)定性。圖4d為研磨時間對回升值的影響。由圖4d可知,隨著球磨時間的延長,淀粉的回升值減小。由于隨著球磨時間的延長,淀粉分子量減小3研磨時間的延長在球磨過程中,大米淀粉顆粒由天然的多面體結(jié)構(gòu)逐漸形成細(xì)小顆粒,部分黏連,且比表面積