糯質(zhì)淀粉分級(jí)提取研究

郭培培，占學(xué)旺，劉鐘棟

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

糯質(zhì)淀粉分級(jí)提取研究

郭培培，占學(xué)旺，劉鐘棟*

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

將糯質(zhì)淀粉在3 000 r/min的條件下離心10 min，采用顯微鏡、激光粒度分析儀、X射線衍射儀等，分析分離得到的不同粒徑的淀粉顆粒的粒徑特點(diǎn)及其內(nèi)在結(jié)構(gòu).研究表明，在本試驗(yàn)選定的分離條件下，糯質(zhì)小麥淀粉的分離效果最好，其次是糯玉米淀粉，糯米淀粉基本未達(dá)到分離目的.激光粒度分析儀測(cè)定糯質(zhì)小麥淀粉大、中、小顆粒平均粒徑分別為20.1μm、6.5μm和4.2μm，糯玉米淀粉大、小顆粒平均粒徑分別為15.0μm和4.0μm，糯米淀粉的平均粒徑為6.0μm.綜合分析顯微圖和激光粒度圖后，發(fā)現(xiàn)X衍射圖能在一定程度上反映粒徑的分離效果，并且在測(cè)定條件嚴(yán)格一致的情況下，大粒徑淀粉表現(xiàn)出比小粒徑淀粉更高的衍射強(qiáng)度.

糯質(zhì)淀粉；形貌結(jié)構(gòu)；粒徑分布；X射線衍射

0 引言

淀粉分直鏈淀粉和支鏈淀粉，二者都是由大量葡萄糖殘基組成的，糯質(zhì)淀粉幾乎不含直鏈淀粉.糯質(zhì)淀粉顆粒由于內(nèi)部和表面存在微孔而表現(xiàn)出密度低于非糯質(zhì)淀粉顆粒的傾向.糯質(zhì)淀粉具有不易老化的特點(diǎn)，并且在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛.現(xiàn)在已培育出糯小麥、糯玉米和糯米等支鏈淀粉含量高的谷物，且發(fā)現(xiàn)糯質(zhì)小麥淀粉中存在明顯的粒徑分布特征.自從 1995年日本 Nakamura等[1]首次人工合成六倍體全糯質(zhì)小麥后，糯質(zhì)小麥雜交計(jì)劃已經(jīng)在加拿大、日本、美國(guó)等國(guó)家開(kāi)展，但是商業(yè)化培育的糯質(zhì)小麥仍然沒(méi)有出現(xiàn).與此同時(shí)，對(duì)糯小麥淀粉進(jìn)行部分理化特性測(cè)定和結(jié)構(gòu)分析，如X射線衍射分析、布拉班德黏度儀分析（BVA）、差示掃描量熱儀分析（DSC）以及快速黏度儀分析（RVA）的工作是各國(guó)淀粉科研人員研究的重點(diǎn).極少有文獻(xiàn)對(duì)糯質(zhì)小麥的粒徑特點(diǎn)進(jìn)行研究，糯玉米和糯米的粒徑研究更加少見(jiàn).國(guó)內(nèi)對(duì)于糯質(zhì)淀粉的研究多集中在對(duì)其性質(zhì)的研究，但是并沒(méi)有系統(tǒng)地對(duì)糯質(zhì)淀粉做顆粒粒徑分布及其結(jié)構(gòu)上的分析，故作者選擇糯小麥淀粉、糯玉米淀粉和糯米淀粉作為研究對(duì)象，主要從粒徑出發(fā)研究糯質(zhì)淀粉的相關(guān)信息.

1 材料和方法

1.1 材料

糯小麥淀粉：鄭州市農(nóng)林科學(xué)研究所；糯玉米淀粉：山西晉利實(shí)業(yè)有限公司；糯米粉：市售；十二烷基硫酸鈉（AR）、氫氧化鈉（AR）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司.

1.2 儀器與設(shè)備

XPV—800反透射偏光顯微鏡：上海長(zhǎng)方光學(xué)儀器有限公司；S3000激光粒度分析儀：美國(guó)Microtrac公司；D8Focus型X射線衍射儀：德國(guó)Bruckeraxs公司；TU—1800PC紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限公司.

1.3 方法

1.3.1 淀粉的分離提取

1.3.1.1 糯小麥淀粉的分離提取

稱(chēng)取20.0 g糯小麥淀粉，加入200 mL蒸餾水，磁力攪拌5min后，以3 000 r/min離心10min，倒出上清液.加入100 mL 2%的SDS（十二烷基硫酸鈉）溶液將沉淀溶解，磁力攪拌2 h，以3 000 r/min離心10 min，倒出上清液.將沉淀用水溶解，磁力攪拌20 min，以3 000 r/min離心10 min，倒出上清液，如此水洗3次[2].

將沉淀在3 000 r/min下離心10 min，小心地刮下上層淡黃的物質(zhì)，收集到白色搪瓷盤(pán)中，盡量鋪平展開(kāi)，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱40℃干燥，烘干后用研缽研磨，過(guò)CB42篩保存，待用，即為小麥B淀粉.下層白色物質(zhì)經(jīng)40℃電熱鼓風(fēng)干燥，用研缽研磨，過(guò)CB42篩保存，待用，即為小麥A淀粉[3].

1.3.1.2 糯玉米淀粉的分離提取

稱(chēng)取糯玉米淀粉20.0 g，加80 mL蒸餾水，磁力攪拌5 min，3 000 r/min下離心10 min，倒出上清液，并除去最上層雜質(zhì).取下層沉淀離心管沉淀高度1/5和其余4/5的淀粉分別平鋪在表面皿上，置于40℃的烘箱中干燥48 h.然后用研缽研磨，過(guò)CB42篩分別保存，待用.

1.3.1.3 糯米淀粉的分離提取

稱(chēng)取20.0 g糯米粉，攪拌加入 3.5倍體積的0.28%的NaOH溶液，然后每隔1 h充分?jǐn)嚢?次，攪拌4次后，在25～30℃下靜置24～30 h，虹吸除去上層浸液.再加入2～3倍量NaOH溶液，進(jìn)行多次同樣的處理，使米粉中蛋白質(zhì)與堿充分作用而被浸出，鏡檢和進(jìn)行蛋白雙縮脲試驗(yàn)顯色反應(yīng)后，加入4倍量的蒸餾水?dāng)嚢?、靜置和傾析，反復(fù)多次洗出絕大部分的堿，再用少量5.0%HCl溶液調(diào)pH到6.5～6.6[4].將濾液在 3 000 r/min下離心 10 min，小心地刮下上層淡黃的物質(zhì)，收集到白色搪瓷盤(pán)中，盡量鋪平展開(kāi)，放人電熱鼓風(fēng)干燥箱40℃干燥，烘干后用研缽研磨，過(guò)CB42篩分別保存，待用.下層白色物質(zhì)經(jīng)低溫烘干，用研缽研磨，過(guò)CB42篩分別保存，待用.

1.3.2 支鏈淀粉含量測(cè)定

采用GB/T15683-2008《大米直鏈淀粉含量的測(cè)定》.

1.3.3 不同粒徑淀粉的分離方法

淀粉粒的分離方法有差速沉降法[5]和離心沉降法兩種.由于離心沉降法能加快沉降速度，減少沉降時(shí)間，故本試驗(yàn)采用離心沉降法，離心條件：3 000 r/min下離心10 min[6].

1.3.4 淀粉形貌結(jié)構(gòu)的觀測(cè)

分別取純化后的糯質(zhì)小麥淀粉、糯玉米淀粉和糯米淀粉樣品配成溶液，利用顯微鏡觀察其顆粒形態(tài)[7].以70%的乙醇溶液為溶劑，將各種淀粉樣品配成1%（M/V）的淀粉乳，搖勻后靜置 10 min，放在顯微鏡下進(jìn)行觀察，放大倍數(shù)為400倍.

1.3.5 淀粉粒粒度的測(cè)定方法

目前，測(cè)定淀粉粒大小分布的方法主要有電子掃描顯微鏡法（SEM）、激光粒度分析儀（LPA）和高效液相色譜法（HPLC）.掃描電子顯微鏡在觀察淀粉粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)勢(shì)，但是它在測(cè)定淀粉粒大小分布方面有缺陷，需要結(jié)合數(shù)碼相片對(duì)淀粉粒大小進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致其測(cè)定的精度比較低.掃描電子顯微鏡受切片部位與視野的限制，代表性差.激光粒度儀能從整體上反映淀粉粒大小分布，且精度高、重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)單、成本低，但樣品測(cè)定前的處理較為關(guān)鍵，并且要保證樣品有良好的分散度，否則會(huì)影響測(cè)定的精度[8-9].本試驗(yàn)采用反射顯微鏡、激光粒度分析對(duì)糯質(zhì)小麥淀粉、糯玉米淀粉和糯米淀粉的粒徑特征進(jìn)行研究.

1.3.6 淀粉的晶體結(jié)構(gòu)分析方法

運(yùn)用X衍射儀分析糯小麥淀粉、糯玉米淀粉和糯米淀粉及從中分離出來(lái)的不同粒徑淀粉的X衍射圖譜，從中找出它們的特性和可能存在的規(guī)律.

2 結(jié)果及分析

2.1 糯粉中支鏈淀粉含量

糯小麥淀粉中支鏈淀粉含量97.9%，糯玉米淀粉中支鏈淀粉含量98.2%，糯米淀粉中支鏈淀粉含量97.1%.

2.2 糯質(zhì)淀粉形貌觀測(cè)結(jié)果

2.2.1 糯小麥淀粉形貌結(jié)構(gòu)（圖1）

圖1 糯小麥淀粉

圖1中（a）為原糯小麥淀粉，可以看出糯小麥淀粉顆粒的基本形狀為橢圓形和圓球形，并存在明顯的大小不同的兩類(lèi)粒徑的淀粉顆粒.圖1中（b）和（c）分別是用離心沉降法分離出來(lái)的離心管上層和下層淀粉，可以很明顯地看出，上層淀粉顆粒較小，下層淀粉顆粒較大.說(shuō)明采用離心沉降方法能達(dá)到將糯小麥淀粉中大小不同粒徑的淀粉分離的目的.但是下層淀粉中仍混有少量小粒徑的淀粉顆粒.本試驗(yàn)采用的是3 000 r/min離心10 min，故欲提高下層淀粉中大粒徑淀粉的含量，可將上述分離的大、小淀粉粒重復(fù)溶解和離心4～5次，獲得純度較高的大、小淀粉粒組分.

2.2.2 糯玉米淀粉形貌結(jié)構(gòu)（圖2）

圖2 糯玉米淀粉

圖2中（a）為原糯米淀粉，可觀察到糯玉米淀粉大部分是呈壓碎玉狀的六角形，但它的角不像稻米淀粉那樣尖銳，此外，還有圓形，其表面較為粗糙，也存在著明顯的粒徑區(qū)別.圖 2中（b）和（c）分別為離心管上層和下層分離得到的不同粒徑的糯玉米淀粉顆粒.和糯小麥淀粉最大的區(qū)別是，離心管上層的糯玉米淀粉顆粒粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離心管下層的.這一現(xiàn)象也從側(cè)面證明了糯玉米淀粉的特殊微孔結(jié)構(gòu)[11-12].

2.2.3 糯米淀粉形貌結(jié)構(gòu)（圖3）

圖3 糯米淀粉

從圖3中（a）為原糯米淀粉，可觀察到糯米淀粉粒徑明顯比糯質(zhì)小麥淀粉和糯玉米淀粉小，為多角形，多以復(fù)合粒形式存在于糧粒中.圖3中（b）和（c）分別為離心管上層和下層分離得到的糯米淀粉顆粒，可以看出，在選定的離心條件下，無(wú)法達(dá)到分離大小粒徑的目的.究其原因，一方面是由于糯米淀粉粒比較小，粒徑間大小區(qū)別也小，造成其在本試驗(yàn)條件下不可分離；另一方面，則是因?yàn)榕疵椎矸蹆?nèi)部存在大小不同的空腔[13].每粒淀粉壁厚為 1.5～2 μm，空腔直徑為 3～4 μm，因此每個(gè)淀粉粒都是一個(gè)空球體.這使得糯米淀粉的密度更小，進(jìn)一步增加了分離的難度.故在3 000 r/min離心10 min無(wú)法達(dá)到將其大小粒徑進(jìn)行分離的目的.

2.3 糯質(zhì)淀粉粒徑分布（圖4-圖6）

圖4 糯小麥淀粉粒徑分布

圖5 糯玉米淀粉粒徑分布

圖6 糯米淀粉粒徑分布

從圖4可看出，糯小麥淀粉中的小顆粒粒徑在1～10μm，大顆粒粒徑在 10～40 μm，與文獻(xiàn)記載基本相符.但是從圖4可以明顯看到，1～10μm范圍內(nèi)在4.2μm和6.5μm處出現(xiàn)兩個(gè)峰，即可以認(rèn)為糯小麥淀粉存在大、中、小3種粒徑，其平均粒徑分別為 4.2、6.5和 20.1μm.與 Tang[14]發(fā)現(xiàn)的普通大麥和糯質(zhì)大麥胚乳中存在大、中、小3種粒徑相似.綜合糯玉米淀粉的顯微圖和粒度圖，可以看出，除存在粒徑在10μm以下的破損淀粉外，糯玉米淀粉的淀粉顆粒粒徑大小區(qū)別比較小，不像糯小麥淀粉出現(xiàn)截然不同的大小兩種粒徑的淀粉顆粒.并且糯玉米淀粉顆粒的平均粒徑為15.0μm，和文獻(xiàn)記載的完全相符，其粒徑主要分布在1～40μm，洪雁等[15]用掃描電子顯微鏡上的微尺測(cè)得糯玉米淀粉粒徑為5～20μm.出現(xiàn)這種差異的原因是：本試驗(yàn)所用的糯玉米淀粉樣品和洪雁等所用的樣品的加工工藝不同，造成出現(xiàn)的破損淀粉的數(shù)量和粒徑的不同.從圖5可看出，經(jīng)3 000 r/min離心10min后，成功地將糯玉米淀粉中的破損淀粉和原淀粉分離出來(lái).糯玉米淀粉上層的平均粒徑為15.0μm，糯玉米淀粉下層的平均粒徑為4.0μm.從圖6可看出，糯米淀粉粒徑在1～20μm，大小兩類(lèi)淀粉顆粒的平均粒徑分別為1.7μm和6.0μm.由于糯米淀粉粒徑小和糯質(zhì)淀粉的微孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其密度小，在本試驗(yàn)的分離條件下無(wú)法達(dá)到很好的分離目的.

2.4 不同粒徑糯質(zhì)淀粉X射線衍射比較（圖7-圖9）

圖7 不同粒徑糯小麥淀粉X射線衍射圖

圖8 不同粒徑糯玉米淀粉X射線衍射圖

圖9 不同粒徑糯米淀粉X射線衍射圖

根據(jù)糯質(zhì)淀粉的X射線衍射結(jié)果可以看到，糯小麥淀粉、糯玉米淀粉、糯米淀粉的衍射吸收峰都出現(xiàn)在 15°、17°、18°、23°附近，屬于典型的 A 型圖譜.從圖7—圖9分別可以看到大粒徑的淀粉顆粒的衍射強(qiáng)度大于小粒徑淀粉顆粒衍射強(qiáng)度，而原樣淀粉顆粒強(qiáng)度相對(duì)稍低，這也許能說(shuō)明在X射線衍射可測(cè)量的一定粒徑范圍內(nèi)大粒徑衍射強(qiáng)度大于小粒徑，且粒徑均勻的顆粒衍射強(qiáng)度大于粒度分布不均勻的顆粒.同時(shí)根據(jù)衍射圖譜可以看出，糯小麥、糯玉米、糯米各自的衍射峰寬和峰高基本沒(méi)有變化，說(shuō)明不同粒徑的淀粉顆粒其晶粒大小并沒(méi)有發(fā)生改變.同種淀粉中其晶粒大小是一定的，與淀粉顆粒大小無(wú)關(guān).

圖10 3種糯質(zhì)原淀粉的X射線衍射圖

比較3種糯質(zhì)原淀粉的X射線衍射圖，可以看到糯小麥淀粉的衍射強(qiáng)度明顯地高于糯玉米和糯米淀粉，雖然衍射峰強(qiáng)和峰寬的主要影響因素是晶粒大小，但是認(rèn)為粒徑和衍射強(qiáng)度也存在著一定的關(guān)系，糯小麥淀粉的粒徑相對(duì)要大，其衍射峰明顯高于糯玉米和糯小麥.同時(shí)，綜合分析淀粉粒的顯微圖和激光粒度圖的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在X衍射圖上各個(gè)分離樣的衍射圖譜分離得越明顯，其粒徑分離效果越好.也就是說(shuō)，在同樣的測(cè)定條件下，X衍射圖能從一定程度上反映出淀粉大小粒徑分離的結(jié)果.

3 結(jié)論

從顯微圖片可以看出，采用3 000 r/min離心10 min的離心條件能較好地將糯質(zhì)小麥淀粉和糯玉米淀粉中不同粒徑的淀粉顆粒分離.但是糯玉米淀粉的大顆粒淀粉出現(xiàn)在離心管上層，小顆粒淀粉則出現(xiàn)在下層，糯米淀粉顆粒較小，粒徑間大小區(qū)別也極小，且糯米淀粉內(nèi)部和表面同樣存在微孔結(jié)構(gòu)，該分離條件無(wú)法達(dá)到理想的分離效果.

由激光粒徑分析儀測(cè)得的結(jié)果可知，糯質(zhì)小麥淀粉存在3種不同粒徑，其大、中、小粒徑淀粉顆粒的平均粒徑分別為20.1μm、6.5μm和4.2μm；糯玉米淀粉大、小顆粒平均粒徑分別為15.0μm和4.0μm；糯米淀粉顆粒的平均粒徑6.0μm.

X衍射結(jié)果顯示，糯質(zhì)小麥淀粉、糯玉米淀粉和糯米淀粉都在 15°、17°、18°、23°附近有衍射吸收峰，呈現(xiàn)典型的谷物淀粉X衍射圖譜特性.研究發(fā)現(xiàn)，X衍射強(qiáng)度和淀粉顆粒粒徑的大小密切相關(guān)，顆粒粒徑越大，衍射強(qiáng)度越大.并且成功地建立了X衍射圖譜和粒徑分離效果的聯(lián)系，研究發(fā)現(xiàn)衍射圖譜分離得越明顯說(shuō)明粒徑分離效果越好.

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STUDY ON SEQUENTIAL EXTRACTION OFWAXY STARCH

GUO Pei-pei,ZHAN Xue-wang,LIU Zhong-dong
（School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China）

In this paper,we studied the particle size characteristics and the internal structure of starch particles w ith different particle sizes by using m icroscope,laser particle size analyzer,X-ray diffractometer and the like after centrifuging the waxy starch at 3 000 r/m in for 10 m inutes.The results showed that the waxy wheat starch had the better separation effect than the waxy corn starch under the selected separation conditions,and the waxy rice starch was not separated substantially.The average particle sizes of large,intermediate and small waxy wheat starch particles were respectively 20.1μm,6.5μm and 4.2μm;the average particle sizes of large and small waxy corn starch particles were respectively 15.0 μm and 4.0 μm;and the average particle size of waxy rice starch was 6.0μm.The comprehensive analysis ofm icroscopic images and laser particle size images showed that the X-ray diffraction images could reflect the separation effect to some extent,and the large-particle-size starch showed higher diffraction strength than the small-particle-size starch under the strictly same determ ination conditions.

waxy starch； morphology； particle size distribution； X-ray diffraction

TS 210.1

B

CNKI:41-1378/N.20120208.0844.004

1673-2383（2012）01-0017-05

http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20120208.0844.004.html

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2012-2-8 08:44:47AM

2011-06-09

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20672029)

郭培培（1986-），女，河南焦作人，碩士研究生，研究方向?yàn)榈矸劭茖W(xué).

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