颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的制备及性质研究_高群玉
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2007.03.030
食品工业科技
工艺技术
Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．０３，２００７
颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的
制备及性质研究
高群玉１，蔡丽明１，陈惠音１，宫慧慧２
（１．华南理工大学轻工与食品学院，广东广州５１０６４０；
２．通标标准技术服务有限公司上海分公司，上海２００２３３）
摘要：以马铃薯淀粉为原料，研究了常压下颗粒状冷水可溶淀粉
的制备方法和性质特征。实验证明，醇解法所得的颗粒状冷水可溶淀粉的溶解度可以达到１００％。反应的最佳条件为相对加入碱量２８ｍＬ，乙醇浓度８０％，淀粉乳浓度１４％，反应温度４０℃，反应时间５０ｍｉｎ，对应的最佳颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的冷水溶解度为９７．４％（６０ｇ马铃薯淀粉）。经醇解法处理后所得到的不同冷水溶解度的颗粒状淀粉样品，颗粒保持完整，但其表面不再光滑，呈现出凹陷﹑空隙和裂缝等特征；随着冷水溶解度的提高，淀粉样品的偏光十字呈现逐渐减少的趋势，且结晶性逐渐降低直至完全消失。关键词：颗粒状，冷水可溶淀粉，马铃薯淀粉，非晶化
粉糊，为避免这种加热糊化的麻烦，工业上有冷水可溶淀粉的生产，如预糊化淀粉，扩大了淀粉在工业上的应用领域。然而，预糊化淀粉呈现非颗粒状，光泽度差以及对加工条件可变性小等缺点，在一定程度上影响了其应用效果［１］。一直以来，人们都在努力研究一种新型的冷水可溶淀粉———颗粒状冷水可溶淀粉（ＧＣＷＳ）。Ｐｉｔｃｈｏｎ［２］等人使用双流喷嘴喷雾干燥器制备颗粒冷水可溶淀粉，得到的颗粒状冷水可溶淀粉有８０％保持原淀粉颗粒状态，且均匀并完全被糊化。但此种方法具有反应条件严格；需要特制的双流喷嘴，设备造价高；需要高温高压加热蒸汽，耗能大，对设备要求高等缺点。Ｅａｓｔｍａｎ［３］等人采用高温高压醇法生产颗粒状冷水可溶淀粉，可以实现工业化连续生产。Ｒａｊａｇｏｐａｌａｎ［４］等人发明了常压多元醇法来制备颗粒状冷水可溶淀粉，
避免了高压的工艺要求，但
反应温度要求高，耗能大。本文采用醇解法［５，６］制备产品质量易控制等ＧＣＷＳ，具有反应在常压下进行﹑
优点，克服了以往需要高温高压及传热不理想等会影响产品品质的缺点，因此，是制备颗粒状冷水可溶淀粉的理想方法。
与冷水可溶的预糊化淀粉相比，ＧＣＷＳ淀粉具有良好的颗粒状，光泽度好，良好的粘弹性等优点［７，８］，可广泛用于各种方便食品中，食用时省去蒸煮操作，起到增稠、改进口感等作用；同时它在农业［９］，铸造﹑石因此，对油﹑纺织和造纸等工业［１０］中也有广泛的应用。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆｇｒａｎｕｌａｒｃｏｌｄ－ｗａｔｅｒ－ｓｏｌｕｂｌｅｐｏｔａｔｏｓｔａｒｃｈ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅＧＣＷＳｓｔａｒｃｈｐｒｅｐａｒｅｄｂｙａｌｃｏｈｏｌｉｃ－ａｌｋａｌｉｎｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｃａｎ１００％ｄｉｓｓｏｌｖｅｉｎｔｈｅｃｏｌｄｗａｔｅｒ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｒｅａｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅ：ｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆａｌｋａｌｉｎｅ２８ｍＬ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆａｌｃｏｈｏｌ８０％，ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｔａｒｃｈｓｏｌｕｔｉｏｎ１４％，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ４０℃，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｔｉｍｅ５０ｍｉｎ．ＴｈｅｃｏｌｄｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＧＣＷＳｐｏｔａｔｏｓｔａｒｃｈｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｓ９７．４％（ｆｏｒ６０ｇｐｏｔａｔｏｎａｔｉｖｅｓｔａｒｃｈ）．ＴｈｅＧＣＷＳｐｏｔａｔｏｓｔａｒｃｈｓａｍｐｌｅｓｒｅｍａｉｎｔｈｅｇｒａｎｕｌｅ，ｂｕｔｔｈｅｒｅａｒｅｄｉｍｐｌｅｓａｎｄｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｏｎｉｔｓｓｕｒｆａｃｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｃｏｌｄｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｔｙｐｉｃａｌＭａｌｔｅｓｅ－ｃｒｏｓｓｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓａｎｄｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｎｕｌｅ；ｃｏｌｄ－ｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｓｔａｒｃｈ；ｐｏｔａｔｏｓｔａｒｃｈ；
ｎｏｎ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ中图分类号：ＴＳ２３５．２文献标识码：Ｂ文章编号：１００２－０３０６（２００７）０３－０１１７－０４
在食品工业中，淀粉具有良好的粘稠性和成胶性，因此是很好的食品品质改良剂和稳定剂。淀粉的应用，普遍是加热淀粉乳使之糊化，应用所得到的淀
ＧＣＷＳ淀粉的深入研究具有重要的理论价值和现实
意义。
１材料与方法
１．１材料与设备
马铃薯淀粉优级品，荷兰风车牌；９５％乙醇、无盐水乙醇分析纯，天津市化学试剂一厂；氢氧化钠、酸分析纯，广州市东方红化工厂。
２００７年第０３期
收稿日期：２００６－０７－１８
作者简介：高群玉（１９６５－），女，博士，副教授，研究方向：淀粉化学、功
能碳水化合物材料理论技术。
基金项目：广东省科技攻关资助项目（２００３Ｃ３０１０２）。
食品工业科技
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＦｏｏｄＩｎｄｕｓｔｒｙ
超级恒温器ＣＳ５０１型，重庆实验设备厂；酸度计
工艺技术
一定的光亮度，在偏振光下观察和拍摄淀粉颗粒的形貌，并与原淀粉进行比较，即可观察到原淀粉及其冷水可溶性淀粉样品偏光十字的变化情况。
ｐＨＳ－２５型，上海虹益仪器厂；ＯｌｙｍｐｕｓＶａｎｏｘ
ＢＨＳ－２型多功能光学显微镜日本；ＬＥＯ１５３０ＶＰ的
扫描电镜德国ＬＥＯ公司；Ｘ－射线衍射分析仪Ｄ／Ｍａｘ－
１．２．４．２扫描电子显微照片将一定量的待测样品充
分分散于导电双面胶上，通过双面胶将样品固定在载物台上，在真空条件下进行镀金处理，然后将处理好的样品放入扫描电子显微镜中观察，并拍摄样品颗粒形貌，以展示原淀粉及经过醇解法处理后所得的颗粒状冷水可溶淀粉样品的颗粒形貌变化情况。
ⅢＡ型，日本Ｒｉｇａｋｕ公司。
１．２实验方法
１．２．１颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的制备称取马铃
薯淀粉６０ｇ（干基）置于反应罐中，加入适量水和乙醇调成一定浓度淀粉乳，然后将反应罐放入水浴器中保温在设定温度，保持不断搅拌；并将一定量３ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ以４ｍＬ／ｍｉｎ的速度匀速滴加到淀粉乳中，滴加完毕，预留２０￣５０ｍｉｎ使其充分反应。反应完毕后将淀粉乳抽滤，再倒入适量９５％乙醇，用３％（Ｖ／Ｖ）的盐酸乙醇中和至ｐＨ７．０。抽滤，用９５％乙醇洗涤２次，最后再用无水乙醇洗涤１次。在８０℃的温度下干燥、粉碎、过筛即得产品。
水﹑乙醇
１．２．５颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉颗粒结晶结构的
研究当测定淀粉颗粒内晶体的晶面间距和衍射角时采用阶梯扫描法，此法可以足够的预置时间测量脉冲数，能够准确测定峰位。在测定淀粉的结晶度时，需要准确测定衍射曲线中结晶衍射峰与非晶衍射峰的面积，因此采用连续扫描法，该法能够连续记录试样的衍射图形，并根据图形坐标确定衍射峰的面积。操作条件如下：
起始角：５°，终止角：６０°，步长：０．０８，扫描速度：（２θ）／ｍｉｎ，积分时间：０．２ｍｉｎ，靶型：Ｃｕ，管压管流：１２°
ＮａＯＨ↓
↓
马铃薯淀粉→淀粉乳→反应→抽滤→中和→洗涤→干燥→粉碎→过筛→成品
图１
颗粒状冷水可溶淀粉的制备流程图
３０ｋＶ３０ｍＡ，狭缝：ＤＳ，ＳＳ１ＲＳ０．３ｍｍ，滤波片：ｓｍ。
２结果与讨论
２．１颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的冷水溶解度
颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的正交实验结果见表２，极差分析见表３。
表２正交实验结果
实验号
１．２．２制备颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉影响因素分
淀粉乳浓度﹑析根据上述反应步骤，确定乙醇浓度﹑
相对加碱量﹑反应温度和反应时间等五个反应因素，以溶解度作为实验效果指标，正交实验因素水平见表１。
表１颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉制备的正交实验因素水平水平
因素
Ａ１１１１２２２２３３３３４４４４
Ｂ１２３４１２３４１２３４１２３４
Ｃ１２３４２１４３３４１２４３２１
Ｄ１２３４３４１２４３２１２１４３
Ｅ１２３４４３２１２１４３３４１２
溶解度（％）
Ａ乙醇浓度（％）７０８０９０１００
Ｂ淀粉乳Ｃ相对加Ｄ反应Ｅ反应时浓度（％）碱量（ｍＬ）温度（℃）间（ｍｉｎ）
１０１２１４１６
１０１６２２２８
３０３５４０４５
２０３０４０５０
１２３４
１．２．３冷水溶解度的测定在室温的状态下，取
１００ｍＬ蒸馏水与１．０００ｇ颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉
（干基）混合，低速（约５００ｒ／ｍｉｎ）搅拌１５ｓ后，高速（１０００ｒ／ｍｉｎ）搅拌２ｍｉｎ，将淀粉溶液移入２５０ｍＬ离心试管，于３１００ｒ／ｍｉｎ转速下离心１５ｍｉｎ，吸取上层清液
１２３４５６７８９１０１１１２１３１４１５１６２８．４７３．１９６．８１００．０７３．８３２．８９８．６９７．４５５．６８１．２５６．８４０．１３１．１２２．９２０．１１７．１
２５ｍＬ于已称重的称量瓶中于１１０℃下干燥６ｈ后称
重，直至恒重。其冷水溶解度计算公式如下：
溶解度ＣＷＳ（％）＝（２５ｍＬ液体中固体重×４）／样品的总重×１００％
从正交实验结果可看出，实验所得的颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的冷水溶解度（ＣＷＳ％）可达到由极差分析可知，影响颗粒状冷水可溶淀粉形１００％。
成的反应条件中各因素主次为Ａ（乙醇浓度）＞Ｃ（相对加入碱量）＞Ｂ（淀粉乳浓度）＞Ｄ（反应温度）＞Ｅ（反应时间），最好的因素组合为Ａ２Ｂ３Ｃ４Ｄ３Ｅ４，即相对加入碱量为２８ｍＬ，乙醇浓度为８０％，淀粉乳浓度为１４％，反应温度为４０℃，反应时间为５０ｍｉｎ（对于６０ｇ马铃薯淀粉）。根据最好的因素组合所得到的最佳颗粒冷水
１．２．４颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉颗粒形貌的研究１．２．４．１偏光十字照片选择不同溶解度的颗粒状冷
水可溶性淀粉样品，由于淀粉样品溶于冷水，用甘油按一定比例调成淀粉乳，滴于载玻片上，盖上盖玻片，放在显微镜载物台上，选择４００倍的放大倍数及
２００７年第０３期
食品工业科技
工艺技术
Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．０３，２００７
表３实验结果的极差分析
水平Ａ２９８．３３０２．６２３３．７９１．２２１１．４
Ｂ１８８．９２１０．０２７２．３２５４．６８３．４
Ｃ１３５．１２０７．１２７２．７３１０．９１７５．８Ａ＞Ｃ＞Ｂ＞Ｄ＞ＥＡ２Ｂ３Ｃ４Ｄ３Ｅ４
Ｄ１９０．０２５８．４２６８．９２０８．５７８．９
Ｅ２２７．１２４４．４２００．８２５３．５５２．７
ｋ１ｋ２ｋ３ｋ４Ｒ
因素主次较优水平组合
可溶马铃薯淀粉的冷水溶解度为９７．４％。
２．２不同溶解度颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的颗粒
形貌
ａ）马铃薯淀粉（×４００，ＣＷＳ＝０％）ｂ）正交１（×４００，ＣＷＳ＝２８．４％）
ａ）马铃薯淀粉（×３００，ＣＷＳ＝０％）
ｃ）正交９（×４００，ＣＷＳ＝５５．６％）ｄ）正交５（×４００，ＣＷＳ＝７３．８％）
ｂ）正交１（×５００，ＣＷＳ＝２８．４％）
ｅ）正交４（×４００，ＣＷＳ＝１００％）
图２不同溶解度颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的偏光显微照片
从图２可看出，马铃薯淀粉呈现卵形﹑椭圆形，淀粉颗粒粒面上能看到非常明显的以脐点为中心的黑色十字形。经醇解法处理后所得的颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉样品，随着溶解度的增加，淀粉样品的偏光十字呈现逐渐减少的趋势，但仍保持颗粒状态，且大致保持其原来的形状。
从图３可看出，样品淀粉颗粒保持完整，其形状也与原淀粉颗粒基本相似，但其表面不再光滑，呈现出凹陷﹑空隙和裂缝等特征。其原因可能是醇解法处理中，强碱先作用于淀粉颗粒中无定形态的Ｈ质子，使颗粒带有电荷，在碱性作用较强的情况下破坏了微晶束的簇状结构，使微晶束失去了氢键间的结合力，导致支淀粉分子和链淀粉分子之间排列不规则，互相缠绕在一起，从而导致样品颗粒表面粗糙，呈现孔洞和凹陷。
ｃ）正交９（×５００，ＣＷＳ＝５５．６％）
ｄ）正交５（×５００，ＣＷＳ＝７３．８％）
２００７年第０３期
食品工业科技
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＦｏｏｄＩｎｄｕｓｔｒｙ
表４不同溶解度颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的结晶度
样品编号冷水溶解度（％）最大衍射强度（ｃｐｓ）
结晶度（％）
工艺技术
Ｃ５５．６３６６５．３
Ｄ７３．８３４８０
Ｅ１００．０３２４０
Ｆ９７．４３４２０
Ａ０８９８１８．９
Ｂ２８．４６８７１０．８
ｅ）正交４（×５００，ＣＷＳ＝１００％）
图３不同溶解度颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉
的电镜扫描照片
０１０２０
２．３颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的Ｘ－衍射图
图４中Ａ是马铃薯淀粉的衍射图谱，Ｂ到Ｆ对应着冷水溶解度分别为２８．４％﹑５５．６％﹑７３．８％﹑１００％和９７．４％的颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉。其中马铃薯淀粉Ａ的结晶度为１８．９％，Ｂ的结晶度为１０．８％，Ｃ的结晶度则降为５．３％，Ｄ﹑Ｅ及Ｆ的结晶度为０，完全不含有尖峰衍射特征，只有弥散衍射特征，并且在５至３０度的衍射角内呈现无定型体系。总的来看，马铃薯淀粉的尖峰衍射特征随着冷水溶解度的增加而逐渐减弱直至完全消失。结晶度也由原来的１８．９％最后降低至非晶颗粒态冷水可溶性淀粉的０，达到完全非晶化的程度。
３０４０
ＸＡｘｉｓＴｉｔｌｅ
５０６０
图４不同溶解度颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的Ｘ－衍射图谱
（Ａ－马铃薯淀粉－ＣＷＳ＝０％；Ｂ－ＣＷＳ＝２８．４％；Ｃ－ＣＷＳ＝５５．６％；Ｄ－ＣＷＳ＝７３．８％；Ｅ－ＣＷＳ＝１００％；Ｆ－ＣＷＳ＝９７．４％）
［１］宫慧慧，高群玉，等．颗粒状冷水可溶性淀粉研究进展［Ｊ］．粮
食与饲料工业，２００３（１）：４１～４３．
［２］ＰｉｔｃｈｏｎＥ，Ｏ’ＲｏｕｒｋｅＪＤ，ＪｏｓｅｐｈＴＨ．Ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｏｋｉｎｇｏｒｇｅｌａｔｉｎｉｚｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｐ］．ＵＳＰａｔｅｎｔ，１９８１，４，２８０，８５１．
［３］ＥａｓｔｍａｎＪＥ，ＭｏｏｒｅＣＯ．Ｃｏｌｄｗａｔｅｒｓｏｌｕｂｌｅｇｒａｎｕｌａｒｓｔａｒｃｈｆｏｒｇｅｌｌｅｄｆｏｏｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｐ］．ＵＳｐａｔｅｎｔ１９８４，４，４６５，７０２．［４］ＫｕｒａｋａｋｅＭ，ＮｏｇｕｃｈｉＭ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｎｍａｉｚｅｓｔａｒｃｈｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｅａｔ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔｗｉｔｈｗａｔｅｒ－ｅｔｈａｎｏｌｍｉｘｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪＣｅｒｅａｌＳｃｉ，２５（３）：２５３～２６０．
［５］ＪａｎｅＰａｕｌＡＳｅｉｂ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｎｕｌａｒｃｏｌｄｗａｔｅｒｓｗｅｌｌｉｎｇ／ｓｏｌｕｂｌｅｓｔａｒｃｈｅｓｂｙａｌｃｏｈｏｌｉｃ－ａｌｋａｌｉｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ［Ｐ］．ＵＳｐａｔｅｎｔ，１９９１，５，０５７，１５７．
［６］ＪＣｈｅｎ，ＪＪａｎｅ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｎｕｌａｒｃｏｌｄ－ｗａｔｅｒ－ｓｏｌｕｂｌｅｓｔａｒｃｈｅｓｂｙａｌｃｏｈｏｌｉｃ－ａｌｋａｌｉｎｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ１９９４，７１：６１８～６２２．
［７］ＪＪａｎｅ，ＳＡＳＣｒａｉｇ，ＰＡＳｅｉｂ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｇｒａｎｕｌａｒｃｏｌｄ－ｗａｔｅｒ－ｓｏｌｕｂｌｅｓｔａｒｃｈ［Ｊ］．Ｓｔａｒｃｈ／Ｓｔ？ｒｋｅ，１９８６，３８：２５８～２６３．［８］ＪＣｈｅｎ，ＪＪａｎｅ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｎｕｌａｒｃｏｌｄ－ｗａｔｅｒ－ｓｏｌｕｂｌｅｓｔａｒｃｈｅｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙａｌｃｏｈｏｌｉｃ－ａｌｋａｌｉｎｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．ＣｅｒｅａｌＣｈｅｍ，１９９４，７１：６２３～６２６．
［９］Ｌｅｅ，Ｍｅｒｌｉｎ．Ｃｏｌｄ－ｗａｔｅｒ－ｓｗｅｌｌｉｎｇｃｏｒｎｓｔａｒｃｈａｓｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄｅ［Ｐ］．ＵＳｐａｔｅｎｔ，１９９２，５，１１０，８０４．
［１０］张力田．变性淀粉［Ｍ］．广州：华南理工大学出版社，１９９２．
［Ｊ］．ＣｅｒｅａｌＣｈｅｍ，
３结论
实验证明，醇解法所得的颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的冷水溶解度可以达到１００％。反应的最佳因素组合为相对加入碱量２８ｍＬ，乙醇浓度８０％，淀粉乳浓度１４％，反应温度４０℃，反应时间５０ｍｉｎ，对应的最佳颗粒状冷水可溶马铃薯淀粉的冷水溶解度为
９７．４％（６０ｇ马铃薯淀粉）。经醇解法处理后所得到的
不同冷水溶解度的颗粒状冷水可溶淀粉样品，颗粒空隙和保持完整，但其表面不再光滑，呈现出凹陷﹑裂缝等特征；随着冷水溶解度的提高，淀粉样品的偏光十字呈现逐渐减少的趋势，且结晶性逐渐降低直至完全消失。
参考文献：
２００７年第０３期