納米淀粉的研究及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

陳啟杰

鄭學(xué)銘

周麗玲

董徐芳

王建輝

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410076)

納米淀粉的研究及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

陳啟杰

鄭學(xué)銘

周麗玲

董徐芳

王建輝

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410076)

納米淀粉具有來(lái)源豐富、安全無(wú)毒、可再生、可生物降解、生物相容性好等優(yōu)良性質(zhì)，同時(shí)具有納米粒子的小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等納米特性，在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛。文章主要介紹了納米淀粉的制備方法、性質(zhì)及改性方法，闡述了納米淀粉在食品領(lǐng)域的應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行展望。

納米淀粉；制備；性質(zhì)；食品；應(yīng)用

淀粉是自然界中除纖維素外的第二大可再生原料，因其來(lái)源廣泛、可完全降解、可再生及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)引起廣泛關(guān)注。納米淀粉是由天然原淀粉通過(guò)物理、化學(xué)等方法制備出的結(jié)晶度較高、粒徑較小的淀粉納米晶粒，納米淀粉粒徑1～1 000 nm，比表面積大，具有安全無(wú)毒、可生物降解、生物相容性好等優(yōu)良性質(zhì)，同時(shí)具有納米粒子的特殊特性。本文綜述了納米淀粉的制備方法、性質(zhì)、改性方法及其在食品工業(yè)的應(yīng)用，并對(duì)納粹淀粉研究方向進(jìn)行展望。

1 淀粉的結(jié)構(gòu)

淀粉是由α-D-吡喃葡萄糖殘基通過(guò)糖苷鍵連接而成的高聚物，分子式(C6H10O5)n，按葡萄糖殘基間糖苷鍵連接方式的不同可將其分為直鏈淀粉與支鏈淀粉。不同來(lái)源的淀粉，兩種組分的比例不同，形狀各異，但淀粉存在共性：① 淀粉都具有年輪一樣的環(huán)層洋蔥狀結(jié)構(gòu)； ② 直鏈淀粉與支鏈淀粉的排列方式使淀粉都具有半結(jié)晶特性。淀粉顆粒結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2 納米淀粉的制備

納米淀粉可分為淀粉納米晶(starch nanocrystal, SNC)和淀粉納米顆粒(starch nanoparticle, SNP)。SNC和SNP在粒徑大小、來(lái)源等方面類似，但在制備方法、表面形態(tài)及結(jié)晶度等方面存在較大區(qū)別。SNC指的是淀粉顆粒無(wú)定形區(qū)水解后得到的結(jié)晶部分，結(jié)晶度高，圖2為蠟質(zhì)玉米淀粉水解6周后得到的SNC的透射電鏡形態(tài)[2]，SNC是大豆蛋白、熱塑淀粉、甲殼素、殼聚糖等納米復(fù)合材料的增強(qiáng)填料。SNP具有淀粉顆粒內(nèi)部無(wú)定形區(qū)與結(jié)晶區(qū)交替排列結(jié)構(gòu)，不同工藝制備的SNP性質(zhì)不同、結(jié)晶度和形態(tài)結(jié)構(gòu)各異[3]，SNP在生物醫(yī)藥、食品、化工、造紙、化妝品等領(lǐng)域應(yīng)用廣闊。

圖2 淀粉納米晶的透射電鏡圖[2]

2.1 水解法

水解法主要用于制備淀粉納米晶，包括酸水解和生物酶水解。淀粉顆粒的酸水解過(guò)程一般分為兩步：無(wú)定型區(qū)快速水解和結(jié)晶區(qū)的緩慢水解[4]；也有分為三步即快速、緩慢和極緩慢水解，因結(jié)晶區(qū)中糖苷鍵的水解要求從椅式變成半椅式構(gòu)象，結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)限制構(gòu)象的轉(zhuǎn)變而使水解過(guò)程很緩慢[5]。生物酶水解過(guò)程相似，首先作用于淀粉顆粒內(nèi)部較易水解的無(wú)定型區(qū)，然后作用結(jié)晶區(qū)，且酶具有專一性。

Dufresne等[5]和Angellier等[6]分別研究用鹽酸和硫酸水解制得SNC，鹽酸水解制備直徑為幾十納米的SNC，得率僅為0.5%，用硫酸制備的SNC，得率提高到15%，且較穩(wěn)定；Kim等[7]用α-淀粉酶水解淀粉顆粒3 h后得到平均粒徑約為500 nm的納米淀粉顆粒，淀粉酶選擇性地水解淀粉中的無(wú)定型區(qū)，使淀粉顆粒破碎分離后得到SNC；LeCorre等[8]采用酶促水解和酸水解聯(lián)合制備SNC，用葡糖淀粉酶預(yù)處理2 h后淀粉結(jié)晶區(qū)部分被破壞，產(chǎn)生的孔道使得后續(xù)的酸水解更易于進(jìn)行，在相同的酸水解程度下，酶預(yù)處理過(guò)的淀粉，制備的SNC粒徑145 nm左右，得率約15%，耗時(shí)從5 d減少至45 h左右。水解法制備納米淀粉存在耗時(shí)較長(zhǎng)，得率和產(chǎn)量低等缺點(diǎn)。

2.2 物理法

2.2.1 研磨高壓均質(zhì)法 主要依靠研磨介質(zhì)對(duì)淀粉顆粒擠壓碰撞，然后通過(guò)高壓均質(zhì)腔在增壓機(jī)構(gòu)的作用下，同時(shí)受到高頻震蕩、高速剪切、對(duì)流撞擊等機(jī)械力和熱效應(yīng)作用，使淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化而達(dá)到均質(zhì)效果，制備粒徑分布均勻的淀粉納米顆粒[9]。Liu等[10]采用高壓均質(zhì)使淀粉內(nèi)部氫鍵斷裂，5%濃度淀粉懸浮液在207 MPa高壓均質(zhì)超過(guò)10次后，淀粉粒徑從3～6 μm減小到100 nm以下，提高循環(huán)次數(shù)可進(jìn)一步減小粒徑并使分布變窄。

2.2.2 超聲波法 超聲波經(jīng)過(guò)放大后可產(chǎn)生高能量震動(dòng)，直接與流體接觸傳輸能量，在水中產(chǎn)生空穴現(xiàn)象并伴隨有強(qiáng)烈的剪切作用，將淀粉顆粒聚合鏈切斷。Bel等[11]將1.5%的蠟質(zhì)玉米淀粉溶液超聲波處理75 min，SEM表明淀粉顆粒從表面開(kāi)始逐漸被破環(huán)，粒徑可降至30～100 nm，超聲波法易調(diào)控且無(wú)需額外化學(xué)藥品即可快速地制得納米淀粉，但超聲波嚴(yán)重破壞淀粉的晶體結(jié)構(gòu)使得納米淀粉結(jié)晶度較低。用酸水解和酶促水解預(yù)先去除淀粉的大部分非結(jié)晶區(qū)后，再經(jīng)超聲波處理可以縮短制備時(shí)間并提高產(chǎn)量，Kim等[12]在4 ℃酸水解6 d后，再進(jìn)行超聲波處理，制備出高結(jié)晶度的納米淀粉，且得率高。

2.2.3 螺桿擠壓法 螺桿擠壓法依靠擠出機(jī)內(nèi)的溫度、壓力、剪切力、扭矩使淀粉物料在其中充分進(jìn)行塑化、均勻混合及交聯(lián)等，熱能和機(jī)械擠壓使淀粉顆粒的氫鍵斷裂，淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，制備納米級(jí)的淀粉粒子[13]。Gizen等[14]用螺桿擠壓法制備出粒徑小于400 nm的納米淀粉，其高溫和螺桿扭矩使得淀粉粒軟化和部分熔融，添加合適的交聯(lián)劑后可將納米淀粉的粒徑減小至160 nm，反應(yīng)擠出制備的納米淀粉結(jié)晶度較低，其溶液黏度也比糊化淀粉低很多；Song等[15]采用雙螺桿擠壓法制備納米淀粉，探討了螺桿擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、扭矩和交聯(lián)劑用量等對(duì)納米淀粉粒徑的影響；陳啟杰等[16]采用雙螺桿擠壓塑化和交聯(lián)技術(shù)，將原淀粉、增塑劑、聚乙烯醇、增溶劑等在高速攪拌機(jī)混合均勻，通過(guò)雙螺桿擠壓機(jī)擠壓，在后段筒體處以液體噴槍注入交聯(lián)劑，制得平均粒徑50～250 nm的納米淀粉，納米顆粒表面光滑平整，黏度低、流動(dòng)性好、成膜性好，黏結(jié)力強(qiáng)。

2.3 化學(xué)法

2.3.1 乳化-交聯(lián)法 將低濃度的淀粉和交聯(lián)劑的水溶液在乳化劑作用下，通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)，使淀粉分子相互交聯(lián)，得到細(xì)小的納米微球。Zhou等[17]用離子液體1-辛基-3-甲基咪唑醋酸酯/油型微乳化體系代替水/油乳化，可獲得平均粒徑96.9 nm的納米淀粉；Shi等[18]研究高壓均質(zhì)乳化-交聯(lián)法制備納米淀粉，探討了表面活性劑用量、水/油比例、淀粉濃度、攪拌速度、均質(zhì)壓力和循環(huán)次數(shù)等對(duì)納米淀粉大小的影響。

2.3.2 化學(xué)沉淀法 淀粉溶液中連續(xù)加入聚合物沉淀劑稀釋液，通過(guò)降低淀粉在溶液中的溶解度，得到納米級(jí)粒徑沉淀，且納米級(jí)顆粒分布較集中。Tan等[19]在丙酮的醋酸蠟質(zhì)玉米淀粉分散液中慢慢加入蒸餾水，丙酮從水懸浮液中揮發(fā)，淀粉顆粒形成納米球型，淀粉納米粒的大小隨著濃度變化而變化，當(dāng)?shù)矸蹪舛葟? mg/L上升到20 mg/L時(shí)，納米淀粉平均粒徑從249 nm增加到720 nm；Ma等[20]在玉米淀粉糊液中逐滴加入乙醇，使得淀粉凝膠沉淀生成納米淀粉，凝膠破壞了原淀粉的A型晶體結(jié)構(gòu)，納米淀粉粒徑50～100 nm。化學(xué)沉淀法工序簡(jiǎn)單，納米產(chǎn)物粒徑較易控制，但對(duì)淀粉液的濃度要求高。

3 納米淀粉的性質(zhì)

3.1 晶體結(jié)構(gòu)

納米淀粉在制備過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，納米淀粉的晶體結(jié)構(gòu)可分為[21]：A型，晶體結(jié)構(gòu)緊密，水分子位于每個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)間；B型，晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，水分子位于6個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)圍成的空腔中央；C型，可看做A和B型結(jié)構(gòu)的混合物；V型，晶體是直鏈淀粉與碘、脂肪酸、乳化劑、丁醇等乳化交聯(lián)形成的納米淀粉結(jié)構(gòu)。A型其XRD衍射圖分別在15°，17°，18°，23°處有強(qiáng)吸收峰；B型其XRD衍射圖在5.6°，17°，22°，24°處有較強(qiáng)的衍射峰；C型顯示了A型和B型的綜合；V型的峰主要出現(xiàn)在12.5°，19.5°。納米淀粉的結(jié)晶度在15%～45%，支鏈淀粉含量是決定納米淀粉結(jié)晶度的重要影響參數(shù)，不同植物源的支鏈含量相似的淀粉制備的納米淀粉結(jié)晶度相似[22]。不同制備方法對(duì)納米淀粉的結(jié)晶度和晶體結(jié)構(gòu)影響不同，酸水解可基本保留淀粉的結(jié)晶度；物理法會(huì)顯著破壞淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度下降，且難以通過(guò)調(diào)控過(guò)程參數(shù)減少晶體結(jié)構(gòu)的破壞；化學(xué)法破壞了淀粉的晶型結(jié)構(gòu)，但通過(guò)參數(shù)調(diào)控可產(chǎn)生新的晶型結(jié)構(gòu)。

3.2 黏度和流變性

納米淀粉水溶液的流變性和黏度是納米淀粉的一個(gè)重要性質(zhì)，對(duì)其應(yīng)用性能影響大。LeCorre等[22]制備不同濃度的蠟質(zhì)玉米納米淀粉懸浮液，發(fā)現(xiàn)納米淀粉溶液存在剪切稀化的現(xiàn)象，其黏度隨著剪切速率的增加而顯著降低；Ma等[20]研究了納米淀粉和原淀粉流變性和黏度的差異，原淀粉在水中加熱，淀粉顆粒在凝膠溫度范圍內(nèi)膨脹導(dǎo)致黏度升高，納米淀粉易溶于水，其水溶液黏度遠(yuǎn)比原淀粉低，原淀粉和納米淀粉在剪切力的作用下，其剪切稀化曲線與原淀粉不同；Song等[15]研究了不同粒徑的納米淀粉在不同的剪切速率下的流變性，納米淀粉懸浮液黏度隨著顆粒的減小逐漸增加，當(dāng)粒徑降低到600 nm或更低時(shí)，納米淀粉溶液隨著剪切力的增加，剪切稀化不明顯。

3.3 形態(tài)結(jié)構(gòu)

淀粉是植物經(jīng)過(guò)光合作用形成的，不同植物來(lái)源的淀粉形態(tài)和大小都不同，納米淀粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)取決于原淀粉的植物來(lái)源及其制備工藝。LeCorre等[22]研究發(fā)現(xiàn)5種原淀粉(臘質(zhì)玉米、高直鏈玉米、玉米、馬鈴薯、小麥)制備的納米淀粉與原淀粉的晶體類型有關(guān)，含有A型晶體的淀粉(玉米，臘質(zhì)玉米，小麥)制成的納米淀粉呈方塊狀，而含B型晶體的淀粉(高直鏈玉米，馬鈴薯)制成的納米淀粉呈圓盤(pán)狀(圖3)；Kim等[23]研究發(fā)現(xiàn)酸水解制備納米淀粉，B和C型晶體結(jié)構(gòu)的淀粉對(duì)酸水解的抗性要比A型強(qiáng)，制備的納米淀粉粒徑比A型大，且直鏈含量越多，制備的納米淀粉粒徑越大，納米淀粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)其增強(qiáng)納米化合物的機(jī)械性能影響大；Wei等[24]研究發(fā)現(xiàn)pH值影響納米淀粉的形態(tài)結(jié)構(gòu)，當(dāng)納米淀粉分散液pH從2.07升到11.96時(shí)，堿性提高了顆粒間的排斥力，使納米淀粉的形態(tài)由平行六邊行塊狀變成單分散球狀。

圖3 不同來(lái)源原淀粉制備的納米淀粉形態(tài)結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖[22]

3.4 熱穩(wěn)定性

納米淀粉的熱性質(zhì)主要包括納米淀粉的分解溫度和相變焓，一般通過(guò)熱重分析(TG)和差示掃描量熱法(DSC)進(jìn)行表征。熱性質(zhì)由植物源淀粉及其制備方法、過(guò)程參數(shù)等決定，改變過(guò)程參數(shù)或原淀粉種類，可控制納米淀粉熱轉(zhuǎn)化特性。與原淀粉相比，納米淀粉的熱融分解轉(zhuǎn)化溫度的峰值范圍較寬，A型納米淀粉在很寬的溫度范圍內(nèi)觀察到熱融吸熱現(xiàn)象，B型、C型的納米淀粉沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的吸熱峰[25]。水解法制備的納米淀粉通過(guò)改變水解的溫度和時(shí)間，可制備具有不同熱解特性的納米淀粉，經(jīng)過(guò)6 d硫酸水解并超聲處理，4，40 ℃制備的納米淀粉熱解溫度峰值分別為73.3，97.7 ℃，高溫水解反應(yīng)去除了淀粉的部分非結(jié)晶區(qū)及高能量的物理處理使得淀粉鏈的結(jié)構(gòu)排列發(fā)生改變，而導(dǎo)致熱解溫度上升[12]。納米淀粉的熱性質(zhì)是其應(yīng)用過(guò)程中需考慮的因素之一，如用納米淀粉和聚合基合成化合物時(shí)就必須考慮到其中的熱反應(yīng)過(guò)程。

4 納米淀粉的改性

4.1 接枝改性

納米淀粉粒徑小、比表面積大，表面含有大量的活性羥基，為化學(xué)改性提供了基礎(chǔ)。SNC 表面可參與反應(yīng)的羥基數(shù)量約為總羥基數(shù)的14%，約為 0.002 5 mol/g SNC[26]，納米淀粉的接枝改性可分為：① 小分子接枝的化學(xué)反應(yīng)改性；② 將聚合物接枝到羥基上，但受到空間位阻效應(yīng)影響且產(chǎn)物黏度高；③ 將單體嫁接到羥基上，反應(yīng)迅速，無(wú)空間位阻效應(yīng)且產(chǎn)物黏度低，但接枝聚合物不完全可控。Angellier等[27]在有機(jī)溶劑中將烯基琥珀酸酐和異氰酸苯酯接枝到蠟質(zhì)玉米納米淀粉，使納米淀粉表面修飾了更多的疏水基團(tuán)，化學(xué)改性改變了納米顆粒的形態(tài)，但對(duì)顆粒的結(jié)晶度沒(méi)有影響；Xu等[28]研究制備不同取代度的乙?；又{米淀粉，提高其在有機(jī)溶劑中的溶解度；Song等[29]通過(guò)自由基共聚反應(yīng)制備改性納米淀粉，將苯乙烯接枝共聚在納米淀粉主鏈上引入疏水基團(tuán)，得到具有疏水性的苯乙烯改性納米淀粉粒，與天然橡膠有良好的相容性，可提高橡膠的強(qiáng)度和熱性能；王才等[30]通過(guò)異氰酸酯與端羥基聚己內(nèi)酯反應(yīng)制備端異氰酸酯基預(yù)聚體，再接枝到淀粉納米晶表面，制備了端基分子量可控的聚己內(nèi)酯接枝淀粉納米晶，該接枝改性納米淀粉疏水性和熔融溫度提高，可用于改善可降解聚酯類高分子材料的力學(xué)性能和生物降解性能；Namazi等[31]用開(kāi)環(huán)聚合和微波法在納米淀粉羥基上接枝聚己內(nèi)酯，提高納米淀粉的疏水性能，改性后的納米淀粉晶型結(jié)構(gòu)仍保留原形態(tài)，但熱分解溫度范圍變寬。

4.2 交聯(lián)改性

納米淀粉表面能處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，容易產(chǎn)生團(tuán)聚。為抑制納米淀粉的自團(tuán)聚，交聯(lián)改性是常用的方法之一，可改善和提高納米淀粉的分散穩(wěn)定性并賦予其一定的疏水性。Ren等[32]為了提高酸水解制備的臘質(zhì)玉米納米淀粉的重分散性，將臘質(zhì)玉米納米淀粉的懸浮液在40 ℃下用超聲波稀釋分散30 min，加入六聚偏磷酸鹽交聯(lián)劑對(duì)其進(jìn)行交聯(lián)改性，得到的交聯(lián)納米淀粉晶體結(jié)構(gòu)未被破壞，顯著提高了臘質(zhì)玉米納米淀粉的分散穩(wěn)定性，且交聯(lián)改性提高了納米淀粉的熱穩(wěn)定性。

4.3 醚化改性

醚化改性是納米淀粉分子中的羥基與反應(yīng)活性物質(zhì)發(fā)生醚化反應(yīng)生成取代基醚，包括羧甲基納米淀粉、陽(yáng)離子納米淀粉等，納米淀粉的醚化改性提高了納米淀粉的黏度穩(wěn)定性，并賦予納米淀粉一些獨(dú)特的性能。陳啟杰等[33]采用雙螺桿擠壓技術(shù)，以環(huán)氧丙基三甲基氯化銨為陽(yáng)離子醚化劑，加入增塑劑、堿化劑等在高速攪拌機(jī)混合均勻，通過(guò)雙螺桿擠壓機(jī)擠壓，在后段加入交聯(lián)劑乙二醛，制備出陽(yáng)離子取代度為0.01～0.28，平均粒徑100～400 nm的納米陽(yáng)離子淀粉，黏結(jié)強(qiáng)度高、成膜性好；以原淀粉為原料，加入增塑劑、一氯乙酸、堿化劑，通過(guò)雙螺桿擠壓機(jī)擠壓，進(jìn)行塑化、醚化和交聯(lián)，制得取代度0.05～0.60，平均粒徑80～350 nm的納米羧甲基淀粉，可應(yīng)用在造紙、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域[34]；以陽(yáng)離子醚化劑、堿化劑、陰離子化試劑改性原淀粉，通過(guò)雙螺桿擠壓、塑化、陽(yáng)離子化、羧甲基化和交聯(lián)反應(yīng)，得到陽(yáng)離子取代度為0.01～0.15，陰離子取代度0.01～0.10，平均粒徑100～400 nm的納米兩性淀粉[35]。

5 納米淀粉在食品工業(yè)的應(yīng)用

5.1 食品包裝

納米淀粉表面羥基豐富，分子間和分子內(nèi)的氫鍵作用強(qiáng)、結(jié)晶度高、成膜性好，且膜的機(jī)械強(qiáng)度和阻隔性能好。納米淀粉獨(dú)特的納米特性，具有顯著的增強(qiáng)效果，納米淀粉復(fù)合薄膜性能優(yōu)良[36]，其機(jī)械強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、吸濕性、阻氧性等都有顯著改善，使得納米淀粉在可食食品包裝中應(yīng)用前景廣闊。González等[37]研究發(fā)現(xiàn)大豆分離蛋白和淀粉納米晶混合制備納米淀粉基膜的透明度、均勻性、機(jī)械強(qiáng)度和阻水性能均有很大改善，隨著納米淀粉晶含量的增加，膜的阻水性能更好，納米淀粉晶優(yōu)化的淀粉基膜能有效地應(yīng)用于新鮮食材的包裝；Angellier等[38]采用水解法制備蠟質(zhì)玉米納米淀粉晶，并通過(guò)添加納米淀粉晶提高了熱塑性淀粉基膜的強(qiáng)度和阻隔性能，有利于淀粉基膜用于食品包裝。

5.2 功能性食品

食物的營(yíng)養(yǎng)與人們的健康密切相關(guān)，在食物中加入膳食纖維，可以改善食物的營(yíng)養(yǎng)與功能，控制糖尿病、肥胖癥等的發(fā)病率，納米抗性淀粉是一種新興的膳食纖維，具有粒徑小、不溶于水、賦形性能強(qiáng)、顏色淺和口感舒適等性質(zhì)，同時(shí)能夠改善人體腸道功能、調(diào)節(jié)血糖血脂、預(yù)防結(jié)腸癌等生理功能。將納米淀粉作為食品膳食纖維的功能成分，可適量添加在食品中，制成各具特色的功能和風(fēng)味食品[39]。展望未來(lái)食品領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，納米淀粉作為一種環(huán)保、健康、綠色、可食用的產(chǎn)品，可應(yīng)用到保健食品、肉制品、食品保鮮等領(lǐng)域，推動(dòng)食品行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步。

5.3 食品添加劑

納米淀粉比表面積大，表面羥基豐富，具有典型流變學(xué)等性質(zhì)，可作為食品添加劑應(yīng)用于食品行業(yè)，用于改善食品性質(zhì)和功能。Rayner等[40]發(fā)現(xiàn)奎藜籽納米淀粉穩(wěn)定的皮克林乳液在食品領(lǐng)域有較大的應(yīng)用潛力，可作為乳化劑和穩(wěn)定劑，用于肉制品、蛋糕、布丁、人造黃油等食品領(lǐng)域。

5.4 食品醫(yī)藥載體

納米淀粉無(wú)毒、可生物降解，生物相容性好，是一種新型的生物醫(yī)藥載體，具有藥物緩釋和定向釋放性能。Xiao等[41]研制出一種新型的藥物載體雙醛淀粉納米顆粒(DASNP)，加載和釋放5-氟尿嘧啶(5-FU)的抗腫瘤藥物，雙醛淀粉納米顆粒平均粒徑90 nm，5-氟尿嘧啶與納米淀粉的醛基結(jié)合，5-FU-DASNP更易被乳腺癌細(xì)胞吸收，具有顯著的抑瘤效果，腫瘤抑制率為61%，而游離5-FU僅42%；吳聰[42]研究了納米大米淀粉對(duì)阿霉素的吸附性能和體外釋放效果，對(duì)阿霉素原料藥和載有阿霉素的納米淀粉做了體外釋放比較研究，結(jié)果表明納米大米淀粉作為藥物載體對(duì)藥物有明顯的緩釋作用。

6 展望

納米淀粉具有可再生、來(lái)源廣、環(huán)境友好、生物可降解性等特點(diǎn)。充分利用水解法、物理法、化學(xué)法等制備納米淀粉的各自優(yōu)勢(shì)，采用兩者或三者相結(jié)合的方法制備高得率、高效率、穩(wěn)定可控、節(jié)能環(huán)保的納米淀粉是未來(lái)制備納米淀粉的方向。納米淀粉粒徑小、比表面積大、表面羥基豐富、結(jié)晶度高、楊氏模量高，使其具有優(yōu)良的機(jī)械性能、活潑的化學(xué)反應(yīng)活性以及剪切稀變的流變學(xué)特性，可與多糖、蛋白質(zhì)等結(jié)合制備高強(qiáng)度可食膜和復(fù)合材料，也可作為增稠劑和穩(wěn)定劑添加到飲料、果凍、酸奶等食品中，在食品工業(yè)上具有很大潛在的應(yīng)用價(jià)值。納米淀粉容易自團(tuán)聚，提高納米淀粉在溶液和基質(zhì)中的分散穩(wěn)定性是研究的重點(diǎn)，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)單元上的羥基進(jìn)行修飾和改性，以增加其穩(wěn)定性和功能性，拓寬納米淀粉在食品領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

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Study on the nano-starch and its application in food industry

CHENQi-jie

ZHENGXue-ming

ZHOULi-ling

DONGXu-fang

WANGJian-hui

(SchoolofChemistryandBiologicalEngineering,ChangshaUniversityofScienceandTechnology,Changsha,Hunan410076,China)

Nano-starch has many excellent properties such as rich source, non-toxic, renewable, biodegradable and good biocompatibility, but also has the nano characteristics showing effects of the small and quantum size, surface and interface, and macroscopic quantum tunneling, which was widely used in food industry. The main aim of this review was to introduce preparation and modification methods, and physicochemical properties of nano-starch. Meantime, the application of nano-starch in food industry was also reviewed and prospected.

nano-starch; preparation; property; food; application

國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：31500495)；湖南省自然科學(xué)基金(編號(hào)：14JJ3085)

陳啟杰，男，長(zhǎng)沙理工大學(xué)副教授，博士。

王建輝(1980-)，男，長(zhǎng)沙理工大學(xué)教授，博士。 E-mail:wangjh0909@163.com

2017—03—21

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.07.045