物理法淀粉改性研究進(jìn)展*

李庭龍，韋金巒，劉振楷，何日梅，藍(lán) 平

（廣西民族大學(xué)a.化學(xué)化工學(xué)院；b.廣西高?；瘜W(xué)與生物轉(zhuǎn)化過程新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西　南寧　530006）

物理法淀粉改性研究進(jìn)展*

李庭龍，韋金巒，劉振楷，何日梅，藍(lán) 平

（廣西民族大學(xué)a.化學(xué)化工學(xué)院；b.廣西高校化學(xué)與生物轉(zhuǎn)化過程新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530006）

原淀粉具有在低溫下易發(fā)生凝沉、不溶于冷水、成膜性差等缺點(diǎn)，經(jīng)過變性處理后可提高其品質(zhì).文章綜述了近年來國內(nèi)外的物理方法（如超高壓處理、微波處理、超聲波處理、電離放射處理、熱液處理、球磨法處理等）對(duì)淀粉改性的作用機(jī)理以及對(duì)淀粉理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)的影響并展望了物理改性淀粉的研究方向，最終為提高以及強(qiáng)化淀粉性能提供重要的理論依據(jù).

物理改性；淀粉；進(jìn)展

0　引言

淀粉是一種來源豐富、價(jià)格低廉、可再生、易降解的天然多糖，通式是（C6H10O5）n.其主要的活性基團(tuán)分別為C－6位上的伯醇羥基和C－2、C－3位上的仲醇羥基.淀粉顆粒內(nèi)部具有結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)，部分羥基被包埋在分子結(jié)晶區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致其活性不高.通過改性可以降低淀粉結(jié)晶度，獲得更佳性能，如低黏度，高黏著力，良好保水性，高糊化溫度，良好柔軟性等，能在食品、造紙、化工、紡織和醫(yī)藥等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.

目前，國內(nèi)外制備變性淀粉的方法主要有物理、化學(xué)、生物和復(fù)合改性法，物理改性法主要利用熱、機(jī)械力、電場、磁場等物理場作用于淀粉，不會(huì)引入新的化學(xué)試劑，安全性較高，對(duì)環(huán)境污染小.由于制備過程綠色環(huán)保，受到了廣泛的關(guān)注，成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一.

文章綜述了近年來國內(nèi)外淀粉物理改性的研究進(jìn)展，詳細(xì)介紹了超高壓處理、微波處理、超聲波處理、電離放射處理、熱液處理、球磨法處理等手段[1－5]作用于淀粉的影響，以及改性淀粉的制備及性質(zhì)變化，為開發(fā)及提高淀粉性能提供重要依據(jù).

1　超高壓處理

超高壓技術(shù)利用加在液體中的100～1000MPa的壓力（一般為靜水壓），通過介質(zhì)傳遞，對(duì)密封在高壓容器內(nèi)的物料在較低溫或常溫下進(jìn)行加壓處理.超高壓處理時(shí)給予物料的能量相對(duì)較低，一般只破壞生物大分子中的非共價(jià)鍵，如離子鍵、氫鍵和疏水鍵，而對(duì)共價(jià)鍵無影響.淀粉在水中的溶解度隨著處理壓力的升高顯著增加.

夏遠(yuǎn)景[6]研究了各類淀粉在超高壓處理下性能的改變，小麥原淀粉溶解度為10.2mg/ml，壓力增至500MPa后，樣品溶解度增至14.0mg/ml，增幅為37.3%.溶液透明度也由4.9%升至9.2%，增幅達(dá)到87.8%，淀粉溶解度與溶液的透明度隨處理壓力的升高而顯著增加.Guo等[7]在100～600MPa的高壓條件下處理蓮子淀粉，使用偏振光顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)淀粉偏光十字部分消失；并采用13CCP/MAS NMR進(jìn)行檢測，結(jié)果表明：淀粉結(jié)晶度隨著壓力的升高有所降低.

2　微波處理

微波是指頻率為300MHz～300GHz的電磁波[8].因其節(jié)能、高效等特殊的加熱性能，微波已開始作為一種方便、快捷的加熱能源廣泛應(yīng)用于食品、化工等行業(yè)中.

羅志剛等[9]采用微波輻射處理水分含量30%的小麥淀粉，結(jié)果表明：微波輻射處理使淀粉顆粒表面出現(xiàn)小孔，增強(qiáng)了對(duì)應(yīng)X射線衍射峰的強(qiáng)度，降低了膨脹度、溶解度、析水率以及焓值.藍(lán)平等[10]利用微波輻射對(duì)木薯淀粉顆粒進(jìn)行處理，結(jié)果表明：微波作用有效破壞了淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使顆粒表面與反應(yīng)試劑的接觸面積增多，從而提高了反應(yīng)活性.Szepes等[11]用微波作用于馬鈴薯和玉米淀粉，并觀察其各項(xiàng)性能的變化.結(jié)果表明，微波作用降低了淀粉的表面吉布斯自由能變，使淀粉十字部分消失.

3　超聲波處理

超聲波是頻率超過20KHz的聲波，其方向性好，穿透能力強(qiáng).超聲波處理主要是利用它的功率特性和空化作用，改變或者加速改變物質(zhì)的某些物理、化學(xué)、生物特性或狀態(tài).

李冬雪[12]研究了超聲波對(duì)木薯淀粉晶態(tài)的影響，結(jié)果顯示：木薯淀粉顆粒偏光十字特征減弱或部分消失，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)有所減弱.陳海明等[13]研究超聲波對(duì)玉米淀粉分子結(jié)構(gòu)的影響.結(jié)果表明：淀粉水解率隨著超聲波時(shí)間延長逐漸增加，支鏈分子量顯著降低.趙奕鈴等[14]考察了超聲波對(duì)木薯淀粉理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的影響.結(jié)果表明：超聲處理使淀粉表觀黏度迅速下降，凝沉性增強(qiáng)，剪切稀化變?nèi)?

由此可見，超聲波作用使淀粉顆粒表面出現(xiàn)凹陷和斷裂，但并沒有改變淀粉原有分子基團(tuán)；此外，超聲波破壞了淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)，引起結(jié)晶度下降；再者，經(jīng)過超聲波處理后的淀粉分子發(fā)生降解，淀粉鏈斷裂，直鏈淀粉含量增加，聚合度降低，淀粉糊化溫度升高.

4　電離放射處理

電離放射線是電場、磁場隨時(shí)間變化而引起空間傳播的波動(dòng)形成的高頻率、高能量輻射線，輻射線有電磁放射線（X射線、γ射線）和粒子射線（高速電子束），其中常見的為60Co－γ射線.輻射時(shí)能量以電磁波的形式穿透物體，物質(zhì)中的分子吸收輻射能時(shí)，會(huì)激活成離子或產(chǎn)生自由基，直接或間接引起化學(xué)鍵的破裂，改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu).輻射化學(xué)中，被輻射物質(zhì)的所有成分中均產(chǎn)生初始的離子化，沒有分子與分子之間的轉(zhuǎn)移反應(yīng)，只有電子與能量的傳遞.

李猛等[15]以60Co－γ射線為輻射源，研究了0～1000kGy間不同輻照劑量對(duì)玉米淀粉物理和化學(xué)性質(zhì)以及降解的影響.結(jié)果顯示：輻射導(dǎo)致淀粉的聚合度下降，其溶解度、酸度隨輻射劑量的增加而上升.宋岑[16]研究了60Co輻照對(duì)米粉及其淀粉性質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：輻照改變了原淀粉顆粒狀態(tài)，使其表面凹陷，一定程度上破壞了淀粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)；粘度隨輻射劑量的增加而降低，溶解隨輻射劑量的增加而增大.

輻射對(duì)淀粉的作用主要以兩種方式進(jìn)行：一是通過射線的輻射直接作用于淀粉分子；二是通過射線電離引發(fā)淀粉分子產(chǎn)生自由基，間接地對(duì)淀粉分子產(chǎn)生作用.作用的結(jié)果使淀粉分子的結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而改變其物理和化學(xué)性質(zhì)[17].

5　熱液處理

熱液處理按照處理時(shí)淀粉乳的水分含量及處理溫度的不同一般分為常壓糊化處理、韌化、濕熱處理和壓熱處理.由于在處理過程中僅涉及水和熱，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何污染，因此，濕熱處理改性淀粉技術(shù)是清潔生產(chǎn)和制造綠色食品的一個(gè)重要手段.

謝碧霞等[18]采用濕熱法處理橡實(shí)淀粉，并與原橡實(shí)淀粉進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明：經(jīng)濕熱處理后，淀粉黏度降低，且溫度越高，降低幅度越.Gunaratne等[19]采用濕熱法處理各項(xiàng)淀粉，探索其對(duì)淀粉、結(jié)晶度、分子量、凝膠化現(xiàn)象等各項(xiàng)性能的影響，結(jié)構(gòu)表明：濕熱處理過程使部分淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，在無定形區(qū)分子鏈出現(xiàn)斷裂、凝膠化溫度升高.羅志剛等[20]研究了濕熱處理對(duì)淀粉分子結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明：濕熱處理后淀粉的分子量降低，分散度減少，淀粉分子大小相對(duì)集中.

6　球磨法處理

球磨微細(xì)化處理是一種機(jī)械力化學(xué)技術(shù)，能夠?qū)υ线M(jìn)行粉碎和混合處理，具有卓越的均質(zhì)特性和良好的工作效率，廣泛應(yīng)用于礦物質(zhì)微粉碎以及化工材料改性等.

李雯雯等[21]研究了球磨處理對(duì)大米淀粉理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明：球磨后的大米淀粉顆粒破壞，大米淀粉分子量以及黏度降低；冷水溶解性以及淀粉糊穩(wěn)定性相對(duì)的提高.陳玲等[22]對(duì)綠豆淀粉進(jìn)行機(jī)械球磨改性.結(jié)果表明：球磨后的綠豆淀粉粒度發(fā)生改變，其淀粉糊表觀黏度下降.

7　其他物理改性方法

除上述幾種物理改性方法外，近年來常用的改性法還有擠壓法，擠壓是以集輸送、混合、加熱、加壓和剪切等多項(xiàng)單元操作于一體的新技術(shù)，單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)是最常見的反應(yīng)擠出設(shè)備.丁霄林等[23]用Creusot－LoireBC－45型同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)加工玉米淀粉，結(jié)果表明：經(jīng)過擠壓，玉米淀粉被降解，其平均分子量降低，應(yīng)力使淀粉聚合物中的部分糖苷鍵被裂解.

除了擠壓法，還有超高壓處理法[24]，超臨界流體處理[25]，離子液體處理[26]等方法.

8　展望

物理改性法為改性淀粉開辟了一條綠色、環(huán)保的道路.改性淀粉是食品、醫(yī)藥、紡織制革等行業(yè)的原輔料，使用物理改性淀粉減少了部分化學(xué)原料的使用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了對(duì)環(huán)境的污染，具有廣泛的應(yīng)用前景.我國是淀粉生產(chǎn)大國，僅次于美國，但由于技術(shù)發(fā)展的限制，我國淀粉改性產(chǎn)品較為單一，銷路不暢.因此，廣大科研工作者應(yīng)當(dāng)利用我國原材料資源豐富的優(yōu)勢，投入人力物力加大研究力度，以縮小與國外淀粉加工業(yè)科研技術(shù)的差距.

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[責(zé)任編輯 黃招揚(yáng)]

[責(zé)任校對(duì) 黃祖賓]

Progress on Physical Modified Starch

LI Ting－long，WEI Jin－luan，LIU Zheng－kai，HE Ri－mei，LAN Ping
（a.School of Chemistry and Chemical Engineering；b.Key Laboratory of Chemical and Biological Transformation Process of Guangχi Higher Education Institutes，Guangχi University for Nationalities，Nanning530006，China）

Raw starch has disadvantage of prone to condensation at low temperature，insoluble in cold water，poor film－forming and so on.The quality of modified starch products were improved after modified treatment.The physical methods used to modified starch in recent years in domestic and overseas was reviewed in this paper，such as ultra－h(huán)igh pressure processing，microwave treatment，ultrasonic treatment，ionizing radiation treatment，hydrothermal process，supercritical fluid handing，ball grinding process，extrusion process，etc.Their modification mechanism and the influence on starch physical and chemical properties as well as structure were illustrated.The long－term potential development of physic－modified starch was prospected.So as to provide important theoretical basis in the study of improving the performance of and function strengthen starch.

physical modification；starch；process

TS23

A

1673－8462（2015）02－0090－04

2015－01－20.

廣西高校人才小高地建設(shè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助計(jì)劃項(xiàng)目（桂教人[2011]47號(hào)）；廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2013GXNSFAA019037）；廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（2013YB072）；廣西研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目；廣西壯族自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201410608048）；廣西民族大學(xué)引進(jìn)人才啟動(dòng)項(xiàng)目（2012QD020）；廣西民族大學(xué)研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目.

李庭龍（1993－），男，廣西樂業(yè)人，廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院本科生；藍(lán)平（1969－），女（瑤族），廣西馬山人，博士，廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授，研究方向：生物基材料制備.