超微细化大米淀粉的制备及性能研究

超微细化大米淀粉的制备及性能研究

作为可再生原材料，淀粉是一个广泛使用的行业资源。天然淀粉多是以支链淀粉为骨架,包含淀粉晶体的颗粒状结构,淀粉的特性与颗粒的形态淀粉的润胀是淀粉颗粒在糊化温度以上的温度下吸水、颗粒体积膨大、支链淀粉微晶束的溶解、直链淀粉晶体双螺旋结构的打开及溶出等,这些特性与糊化过程中淀粉的颗粒特性密切相关。快速黏度分析仪(RVA)是目前国内外通用的快速测定淀粉及淀粉质食品的润涨糊化特性及黏度的仪器。可通过黏度变化较好反映淀粉颗粒的润涨、崩解及老化,常用以研究淀粉质食品特性或评价其品质本实验室以乙醇为介质,用球磨法得到了粒度为102nm的超微细化大米淀粉,具有许多特殊性质。采用SEM、RVA等技术研究超微细化过程中淀粉颗粒形貌和RVA曲线的变化,探讨球磨时间与淀粉颗粒形貌及其润涨特性的关系,为超微细化淀粉的应用提供基础数据。1材料和方法1.1西花厅公司下片型大米,籼型,市售。1.21.2.1大米淀粉的提取大米→0.4%的NaOH溶液浸泡24h(碱溶液的量以淹没原料为准)→胶体磨粉碎→0.4%的NaOH溶液浸泡24h(碱溶液的量以淹没原料为准)→HCl中和→水洗5次→4000r/min离心10min取下层淀粉→自然风干得大米淀粉。(淀粉含量1.2.2无水乙醇磨球的制备使用南京大学仪器厂生产的QM-ISP2型行星式球磨机,大米淀粉40g,无水乙醇40g,磨球100g(其中Φ10mm70g,Φ6mm30g),转速500r/min。研磨5、10、20、50、75、100、150、200、300h。1.2.3扫描电镜观察取5mg的淀粉放入5mL的玻璃试管中,加入90%的乙醇溶液,超声波振荡20min。用微量进样器取8mL含样品的乙醇溶液滴入边长为4mm的掺锡氧化铟(ITO)玻璃片上,室温自然干燥3h。干燥后的ITO玻璃片固定在样品台上后喷铂(增加样品的导电性),电流设置为3mA,时间为15min/次。重复4次,注意每次要间隔5min左右(使样品冷却)。喷铂后即可进行电镜观察。粒径的计算采用淀粉的SEM照片中数出200颗轮廓可辨的颗粒,用刻度尺量出其长径和短径,求出平均粒径,作为颗粒粒径。1.2.4罐内温度的变化采用澳大利亚NewportScientific仪器公司生产的3D型快速黏度分析仪(RapidViscosityanalysis,RVA)进行快速测定,用TCW(ThermalCycleforWindows)配套软件进行分析。根据美国谷物化学协会(AACC)操作规程,称取淀粉3g,加入蒸馏水25mL,制备测试样品。在搅拌过程中,罐内温度变化如下: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。搅拌器在起始10s内转动速度为960r/min,之后保持在160r/min。RVA谱特征用峰值黏度(peakpaste)、保持黏度(hostpaste)、最终黏度(finalpaste)、降落值(breakdown,峰值黏度与保持黏度之差)、回升值(setback,最终黏度与保持黏度之差)、峰值黏度时间(peaktime)、糊化温度(pastingtemperature)来表示,黏度单位为cp。2结果与分析2.1研磨法破碎淀粉不同球磨时间的淀粉的SEM图见图1。不同球磨时间的粒径累计分布图见图2。淀粉颗粒的形貌特征及粒度见表1。从图1中可以看出,原淀粉(图1a)呈棱角分明的多面型,颗粒表面平整光滑,无裂纹。球磨是介质球在淀粉表面滚动、摩擦的过程,淀粉颗粒受磨球的挤压力和摩擦力的作用而破碎。球磨5h的淀粉(图1b)表面凸凹不平,有裂纹出现,但仍然保持较完整的颗粒形态,淀粉颗粒之间有部分黏连。球磨10h(图1c)后,部分淀粉颗粒开始从裂纹处分裂并从淀粉母体上脱离下来,淀粉颗粒形貌不规则,开始呈现扁平黏连结构,这一过程与马铃薯马铃薯淀粉球磨25h得到的淀粉粒径为21.4μm,球磨100h后可能达粉碎极限,最小粒径为12.49μm图2显示了不同球磨时间淀粉粒径的累计概率分布。淀粉粒径累计概率的上升速度(斜率k)、粒径范围、平均粒径见表1。由图2可知,原淀粉的粒径集中在4.0～6.0μm之间,平均粒径为4.79μm。粒径累计概率上升速率反映了粒径分布的宽窄,速率大表明分布窄或和集中。由图2和表1可知,原淀粉的k2.22.2.1研磨纳米淀粉用快速黏度分析仪考察不同球磨时间淀粉在糊化过程中的润涨特性。在升温、保温和降温过程中,研磨不同时间的淀粉均经历了黏度的上升、降落和回升等过程,以研磨0(原淀粉)、10、20、300h为例,其RVA曲线见图3。图3显示,随着球磨时间的延长,淀粉的糊化温度、润涨过程黏度曲线上升的斜率、峰值黏度、最终黏度、降落值、回升值都随之降低。由于球磨过程的机械力导致淀粉颗粒表面产生裂纹甚至破裂,水分子更易于渗入到颗粒内部,使颗粒润胀变得容易,因此糊化温度降低。球磨时间越长,小颗粒越多,分子量2.2.2磨时间对糊化温度的影响糊化温度可以反映淀粉晶体熔融、颗粒胀大、使黏度突然上升的过程。不同球磨时间对淀粉糊化温度的影响见图4a。由于球磨100h后的淀粉在常温下即可糊化,故图4a中未显示。由图4a可知,糊化温度随球磨时间呈直线下降趋势。随着球磨时间的延长,淀粉的比表面积增大,晶体结构被破坏2.2.3膨胀淀粉颗粒到达初始糊化温度后,颗粒不断吸水膨胀,直链淀粉从颗粒中溶出,支链淀粉充分伸展,使黏度不断增大,当淀粉颗粒膨胀到最大时,此时达到峰值黏度。球磨时间对峰值黏度的影响如图4b所示。由图4b可知,随着球磨时间的延长,淀粉的峰值黏度呈下降趋势。淀粉颗粒在球磨过程中破碎,破碎的淀粉膨胀度小,因此峰值黏度小。2.2.4淀粉颗粒城市热糊稳定性的变化到达峰值黏度后,组成淀粉颗粒骨架的支链淀粉充分伸展,强度减弱,导致润涨的淀粉颗粒破裂、崩解,使黏度下降。降落值可以用来描述淀粉颗粒的崩解程度,反映淀粉的热糊稳定性。球磨时间对降落值的影响如图4c所示。随着球磨时间的延长,淀粉粒度减小,小颗粒淀粉的吸水膨胀小,不易破裂,因此降落值小,热糊稳定性增大。2.2.5淀粉糊质黏度上升由于糊的温度下降,淀粉分子产生聚集,分子间的作用力增强,黏度上升。回升值反映了淀粉糊低温下老化的趋势或冷糊的稳定性。图4d为研磨时间对回升值的影响。由图4d可知,随着球磨时间的延长,淀粉的回升值减小。由于随着球磨时间的延长,淀粉分子量减小3研磨时间的延长在球磨过程中,大米淀粉颗粒由天然的多面体结构逐渐形成细小颗粒,部分黏连,且比表面积