（农产品加工及贮藏工程专业论文）碎米制备交联多孔淀粉工艺的研究.pdf

合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确定符合合肥工业大 学硕士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 姓名、工作单位、职称) 抓7 统哆合肥工业大学 教授 委员： 导师： 厉通 转峰警 夏扒 弘锄玲 合肥工业大学 安徽省农科院 教授 副研究 口 贝 合肥工业大学副教授 合肥工业大学副教授 合肥工业大学教授 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得 盒避互些叁堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字： 否磊， 签字日期：沙，年丞月扣 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒理王些太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金罡至些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 乃秀 签字日期：厶i f 年厶月凹日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签 签字日 电话： 邮编： 碎米制备交联多孔淀粉工艺的研究 摘要 稻米在加工中会产生大量的碎米，其主要成份与稻米基本相同，但其价格 却远远低于大米，长期以来碎米只作为饲料原料被利用，而未能获得高效增值 的深加工开发。多孔淀粉是由天然淀粉经酶或酸处理后形成的一种具有蜂窝状 小孔的多孔性淀粉，具有特殊的吸附性能，淀粉成孔以后，颗粒结构变得不稳 定，强度降低，容易崩塌，也影响了其承载物质的能力，为改善这些物理性能 可以通过化学交联方法增强其结构稳定性。 本课题以碎米为原料，制备碎米交联多孔淀粉，为碎米的综合开发利用提 供新的途径。研究包括以下几个方面：分别对酸法和酶法制备碎米多孔淀粉的 工艺进行优化，并通过扫描电子显微镜的检测结果对两种方法制得的多孔淀粉 的颗粒形态进行比较；选取较优的多孔淀粉为原料，对制备碎米交联多孔淀粉 的工艺进行优化；对制得的碎米交联多孔淀粉进行性质测定。主要研究结果如 下： ( 1 ) 酸法制备碎米多孔淀粉的最佳工艺条件为：液料比4 ：1 、盐酸浓度 0 4 m o l l 、酸解温度3 5 、酸解时间6 h 。在此条件下，测得的多孔淀粉吸油率 为6 2 5 。 ( 2 ) 酶法制备碎米多孔淀粉的最佳工艺条件为：液料比4 ：1 、加酶量0 5 、 p h 值7 0 、酶解温度6 0 、酶解时间7 h 。在此条件下，测得的多孔淀粉吸油率 为7 5 8 ，酶法所制多孔淀粉比酸法所制多孔淀粉的吸油率高。根据扫描电子 显微镜观测结果显示：酶法和酸法所制的多孔淀粉均保持了原淀粉的颗粒形态； 前者比后者出孔率高、孔径大、孔穴深。 ( 3 ) 碎米交联多孔淀粉制备的最佳工艺条件为：三偏磷酸钠用量3 5 、p h 值9 0 、交联温度4 0 、交联时间1 2 0 m i n 。在此条件下，所得交联多孔淀粉的 沉降积为1 8 7 m l ，较原多孔淀粉沉降积降低了0 4 3 m l 。 ( 4 ) 碎米交联多孔淀粉性质测定结果：制得的碎米交联多孔淀粉为a 型结 晶，结晶度较多孔淀粉有所提高；吸油率为8 6 1 ，较多孔淀粉有所提高；堆 积密度为0 6 9g c m 3 ，介于原淀粉和多孔淀粉之间；溶解度和膨润力较多孔淀 粉均有所降低；透光率2 3 3 ，远高于原淀粉较低于多孔淀粉；冻融稳定性4 次，得到大幅度增强。 关键词：碎米；多孔淀粉；酸解；酶解；吸油率；交联多孔淀粉；沉降积 s t u d yo nt h ep r e p a r a t i o no f p o r o u sc r o s s - l i n k e ds t a r c hf r o m b r o k e n r i c e a b s t r a c t l a r g en u m b e ro fb r o k e n r i c ew o u l db ep r o d u c e dd u r i n gt h e r i c ep r o d u c t i o n p r o c e s s b r o k e n r i c ew a sn u t r i t i o n a l ，a n di t sp r i c ew a sc h e a p b r o k e n - r i c eu s u a l l y b e e nu s e da st h ef e e di n g r e d i e n t ，t h er e s o u r c ew a s t e ds e r i o u s l y , i tw a su r g e n tt o r e s e a r c ha n dp r o d u c td e e pp r o c e s s i n gp r o d u c t so fb r o k e n 。r i c e p o r o u ss t a r c hw a s m a d ef r o mn a t u r a ls t a r c hb ye n z y m eo ra c i d ，t of o r ms o m eh o n e y c o m b l i k eh o l e s w h i c he x t e n d e dt ot h ec e n t e ro ft h es t a r c h ，t h ep o r o u ss t a r c hh a dt h ea d s o r p t i o n p r o p e r t i e sw i t ht h e s eh o l e s ，w h i l et h e s t a r c hs t r u c t u r eb e c o m i n gu n s t a b l e ，l o w e r i n t e n s i t y ，a n de a s yt oc o l l a p s e ，s o m ep h y s i c a lp r o p e r t i e sw a sa f f e c t e de i t h e r ，b u ti t c a nb ee n h a n c e db yc h e m i c a lc r o s s l i n k i n gm e t h o d p o r o u sc r o s s l i n k e ds t a r c hc a n b ew i d e l vu s e di nf o o d ，m e d i c i n e ，a g r i c u l t u r e ，i n d u s t r ya n do t h e ri n d u s t r i e sa sa n e f f e c t i v e ，n o n t o x i ca n d s a f es o r b e n t t h i sr e s e a r c hu s e db r o k e nr i c e a sr a wm a t e r i a l ，r e s e a r c h e dt h ep o r o u s c r o s s - l i n k e ds t a r c hp r e p a r a t i o n ，i no r d e rt op r o v i d ean e ww a yo fc o m p r e h e n s i v e d e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o no f b r o k e n r i c e t h i ss t u d yi n c l u d e df o l l o w s ：t h ep r o c e s s d r e p a r e d b r o k e n r i c ep o r o u ss t a r c hb ye n z y m e o ra c i dw a so p t i m i z e d ，a n d c o m p a r e dt w om e t h o d sb ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p yr e s u l t s ；t h e b r o k e n 。r l c e c r o s s 1 i n k i n gp o r o u ss t a r c hp r e p a r a t i o np r o c e s sw a so p t i m i z e d ；t h ep r o p e r t i e so f t h e b r o k e n r i c ec r o s s l i n k i n gp o r o u ss t a r c hw e r ed e t e c t e d t h em a i nr e s u l t sw e r e a s f o l l o w s ： ( 1 ) o p t i m u mc o n d i t i o n so f b r o k e n r i c ep o r o u ss t a r c hp r e p a r e db ya c i d ：4 ：1 o f m a t e r i a l 1 i q u i dr a t i o ，c o n c e n t r a t i o no fh y d r o c h l o r i ca c i d0 4 m o l l ，a c i dh y d r o l y s i s t e m p e r a t u r e35 c ，a c i dh y d r o l y s i st i m e6 h u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，o i la b s o r p t i v i t y o fp o r o u ss t a r c hw a s6 2 5 ( 2 ) o p l t i m u mc o n d i t i o n so fb r o k e n r i c ep o r o u ss t a r c hp r e p a r e db ye n z y m e ：4 ：1 o fm a t e r i a l 1 i q u i dr a t i o ，e n z y m ed o s a g e0 5 ，p h7 0 ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e6 0 c ， e n z y m eh y d r o l y s i s t i m e7 h u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，o i la b s o r p t i v i t yw a s7 5 8 ， h i g h e rt h a na c i dh y d r o l y s i s a c c o r d i n gt ot h ee l e c t r o nm i c r o s c o p ys c a n n m g r e s u l t s ， t h ef o r mo fp o r o u ss t a r c hp r e p a r e db ye n z y m ea n da c i ds a m e a so r i g i n a ls t a r c h ；t h e h o l e so nt h es u r f a c eo ft h es t a r c hp r e p a r e db ye n z y m ew e r em o r e ，b i g g e ra n d d e e p e r t h a nb ya c i d ( 3 ) t h eo p t i m a lc o n d i t i o n so f b r o k e n r i c ec r o s s l i n k e dp o r o u ss t a r c h ：( n a p 0 3 ) 3 l v d o s a g e3 5 ，p h9 0 ，c r o s s l i n k e d t e m p e r a t u r e4 0 ，c r o s s l i n k e d t i m e 12 0 m i n u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h es e t t l e m e n to fc r o s s l i n k e dp o r o u ss t a r c hw a s 1 8 7 m l ，s e d i m e n t a t i o nv o l u m ed e c r e a s e d 0 4 3 m lt h a no r i g i n a lp o r o u ss t a r c h ( 4 ) t h ep r o p e r t i e so fb r o k e n r i c ec r o s s 1 i n k e dp o r o u ss t a r c hw e r ed e t e c t e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t ：b r o k e n - r i c ec r o s s 1 i n k e dp o r o u ss t a r c hw a sa t y p ec r y s t a l l i n e p o r o u ss t a r c h ，s t a r c hc r y s t a l l i n i t yw a sh i g h e rt h a no r i g i n a ls t a r c h ；o i la b s o r p t i v i t y w a s8 6 1 ，h i g h e rt h a np o r o u ss t a r c h ；b u l kd e n s i t yw a s0 6 9g c m 3 ，i tw a sb e t w e e n t h eo r i g i n a ls t a r c ha n dp o r o u ss t a r c h ；d i s s o l u t i o na n de x p a n s i o nr a t ew a sl o w e rt h a n t h ep o r o u ss t a r c h ；t r a n s m i t t a n c ew a s2 3 3 ，f a rh i g h e rt h a no r i g i n a ls t a r c ha n d l o w e rt h a np o r o u ss t a r c h ；f r e e z e - t h a ws t a b i l i t yw a s4t i m e s ，i tw a se n h a n c e d g r e a t l y k e y w o r d s ：b r o k e nr i c e ；p o r o u ss t a r c h ；a c i dh y d r o l y s i s ；e n z y m eh y d r o l y s i s ；o i l a b s o r p t i v i t y ；c r o s s l i n k e dp o r o u ss t a r c h ；s e t t l e m e n tp l o t v 致谢 研究生三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲 人们，我的老师和同学们表达我最由衷的谢意。本论文是在我的导师王泽南教 授的悉心指导下完成的。从论文的选题到完成，王老师都倾注了大量的心血和 智慧。三年来，王老师无论在科学研究方面，还是在学习和生活方面都给予了 我无微不至的关心、帮助和殷切的教诲，使我终生难忘；王老师渊博的专业学 识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、 宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力永远是我学习的榜样。 在此，谨向尊敬的王老师表达我最崇高的敬意和深深的感谢! 本论文的顺利完成还要感谢余顺火老师，陈从贵老师、陆剑锋老师、王武 老师、林琳老师、周先汉老师、杨柳老师、马道荣老师、吕顺老师、方红美老 师等在试验过程中给予我的关心和帮助! 真诚的感谢帮助过我的同学刘鹏、张秋子、吴红引；同时还要感谢陶学明、 李洪波、郭俊珍、范建凤、邓伟、姜雨、徐春泽、蒋艳、苟林等师兄、师姐、 师弟和师妹们在试验过程中给予我的帮助和支持；另外感谢庞锐、杨晓军、孙 慧等同学! 最后，感谢生物与食品工程学院的领导和老师三年来对我的培养! 再次感 谢所有关心、帮助我的家人、老师、同学和朋友们! 作者：李莹 2 0 11 年3 月 目录 第一章绪论。1 1 1 碎米综合利用概况1 1 1 1 碎米的营养价值1 1 1 2 碎米淀粉的加工利用2 1 2 多孔淀粉的研究现状3 1 2 1 多孔淀粉概况3 1 2 2 多孔淀粉的研究进展及应用现状一4 1 3 交联淀粉的研究现状5 1 3 1 交联淀粉概况5 1 3 2 交联淀粉的性质5 1 4 立题依据及研究内容6 1 4 1 立题依据6 1 4 2 研究内容6 第二章酸法制备碎米多孔淀粉的工艺研究8 2 1 引言8 2 2 材料与仪器一8 2 2 1 材料与试剂8 2 2 2 仪器与设备一9 2 3 试验方法一9 2 3 1 碎米基本成分的测定9 2 3 2 工艺流程一9 2 3 3 碎米淀粉的制备1 0 2 3 4 酸法制备碎米多孔淀粉的工艺优化1 0 2 3 5 吸油率的测定及计算1 2 2 4 结果与讨论1 2 2 4 1 碎米基本成分的测定1 2 2 4 2 碎米淀粉性质的测定1 2 2 4 3 酸法制备碎米多孔淀粉工艺的优化结果1 3 2 5 本章小结1 6 第三章酶法制备碎米多孔淀粉的工艺研究。1 8 3 1 引言1 8 3 2 材料与仪器1 8 3 2 1 材料与试剂18 v 3 2 2 仪器与设备1 8 3 3 试验方法1 9 3 3 1 工艺流程1 9 3 3 2a 淀粉酶酶活力的测定1 9 3 3 3 酶法制备碎米多孔淀粉的工艺优化1 9 3 3 4 酸法与酶法所制碎米多孔淀粉质量的比较2 1 3 - 3 5 相关指标的测定及计算2 1 3 4 结果与讨论2 1 3 4 1a 一淀粉酶酶活力的测定2 1 3 4 2 酶法制备碎米多孔淀粉工艺的优化结果2 1 3 4 3 酸法与酶法所制碎米多孔淀粉质量的比较一2 5 3 5 本章小结一2 7 第四章制备碎米交联多孔淀粉的工艺研究2 8 4 1 引言2 8 4 2 材料与仪器2 8 4 2 1 材料与试剂2 8 4 2 2 仪器与设备2 8 4 3 试验方法2 9 4 3 1 工艺流程2 9 4 3 2 交联工艺的优化一2 9 4 3 3 相关指标的测定及计算一3 0 4 4 结果与讨论3 0 4 4 1 交联工艺的优化一3 0 4 5 本章小结3 4 第五章碎米交联多孔淀粉的性质测定3 5 5 1 引言3 5 5 2 仪器与设备一3 5 5 3 试验方法3 5 5 3 1 晶体结构的测定3 5 5 3 2 堆积密度的测定3 5 5 3 3 溶解度与膨润力的测定3 6 5 3 4 透光率的测定3 6 5 3 5 冻融稳定性的测定3 6 5 4 结果与讨论3 7 5 4 1 结晶度的测定结果一3 7 v i 5 4 2 堆积密度的测定结果 5 4 3 溶解率和膨润力的测定结果 5 4 4 透光率的测定结果 5 5 本章小结 第六章结论与展望 6 1 结论 6 2 展望 参考文献 攻读硕士学位期问发表的论文 i x 插图清单 图2 1碎米淀粉黏度曲线图1 3 图2 2液料比对出孔效果的影响1 3 图2 3盐酸浓度对出孔效果的影响1 4 图2 4酸解温度对出孔效果的影响1 5 图2 5酸解时间对出孔效果的影响15 图3 1液料比对出孔效果的影响2 2 图3 2加酶量对出孔效果的影响2 2 图3 3 p h 值对出孔效果的影响一2 3 图3 4 酶解温度对出孔效果的影响一2 4 图3 5酶解时间对出孔效果的影响2 4 图3 6 扫描电子显微镜下不同淀粉颗粒形态的照片一2 6 图4 1三偏磷酸钠用量对交联效果的影响3 1 图4 2p h 值对交联效果的影响3 l 图4 3交联温度对交联效果的影响3 2 图4 4 交联时间对交联效果的影响3 2 图5 1不同淀粉的x 射线衍射图谱3 8 图5 2淀粉溶解度测定结果3 9 图5 3淀粉膨润力测定结果3 9 x 表格清单 表2 1碎米基本成分测定结果1 2 表2 2碎米淀粉的性质1 2 表2 3酸法制备多孔淀粉正交试验设计及结果1 6 表3 1酶法制备多孔淀粉正交试验设计及结果2 5 表4 1交联工艺政交试验设计及结果3 3 表5 1淀粉堆积密度测定结果3 8 表5 2 淀粉透光率测定结果一4 0 表5 3冻融稳定性测定结果一4 0 1 1 碎米综合利用概况 第一章绪论 稻米( o r y z as a t i v al ) 属于p o r c e a eg r a m i n e a e 或禾本科，它已经被人类食 用至少有5 0 0 0 年历史了。稻米是我国的第一大农产品和粮食品种，是全人类赖 以生存和发展的基本食物。我国是种植稻米的大国，每年约生产1 8 5 亿吨的 稻谷1 2 j ，其常年播种面积占粮食播种总面积的2 8 左右，产量占粮食总产量的 4 0 左右，在国民经济中占有非常重要的地位【3 j 。近些年来，由于全世界稻米 库存迅速下降，实际交易量逐步下滑，今年世界大米贸易量预计将减少13 0 万吨。 许多稻米的出口国实行了出口限制令，国际粮食价格逐年走高，出现粮食危机 1 4 】。在这种情况下，我国应该更加注重研究和开发稻米的加工技术，加强稻米 副产品的深加工，推动稻米加工产业链的延伸，从而推动稻米加工业的进一步 发展【5 1 。 碎米是稻米加工过程中的副产物，稻米在被碾白的过程中由于受到摩擦力 和碾磨力的作用，结果不仅被碾白了，而且米粒也被碾碎了，这就是白米中含 有大量的碎米的原因【6 j 。随着人民生活水平日益提高，人们对稻米加工精度的 要求也越来越高，随着产品分级整理的逐步加强，稻米在精加工中产生的碎米 也越来越多。限于现有的碾米技术，在加工过程中不可避免的会产生l o 1 5 的碎米。虽然从化学成分上来讲，碎米与整米没有太大区别，但其价格仅为大 米的3 0 , - - - 5 0 。产生的碎米一般只用作副产物处理，经济价值很低，造成了 稻谷资源的巨大浪费，影响了精米加工的经济效益，因此研究开发碎米产品就 显得日益迫切【7 1 。实施碎米的深加工开发，生产碎米制品的新品种，可以使我 国从稻米生产大国向稻米生产强国转变，低效农业向高效农业转变，发展农村 经济和增加农民收入，是促进农业持续发展的有效举措，必将成为我国农业经 济和农村发展新的增长点，在国民经济发展中占重要的地位和作用i s 】。 1 1 1 碎米的营养价值 稻谷是由谷壳和可食部分稻米组成。谷壳包括内颖和外额，他们相互结合 包住稻米。稻米的主要成分是淀粉，其含量高达8 0 8 5 ，其次是蛋白质占7 l l ，还有少量脂肪和灰分【9 1 。稻米是由果皮、种皮、胚乳和胚组成。皮层包 括果皮和种皮，作为保护组织保护着胚乳和胚，它含有大量的纤维素、脂肪、 蛋白质和矿物质等；胚乳是由充满淀粉颗粒( 3 1 0 肛m ) 和球形蛋白体( 0 5 4 9 m ) 混合物的薄壁细胞组成，胚乳作为食用部分淀粉含量最多，达8 0 左右，其次 是蛋白质8 左右，基质蛋白质很少，结晶状蛋白体只能在淀粉粒度较小的糊粉 层和次糊粉层中观察到l l ，而脂肪、灰分和纤维素的含量都很少，胚乳提供了 稻米中9 0 左右的热量；稻米的胚富含蛋白质、脂肪、可溶性糖和维生素，具 有非常丰富的酶系以及各种生物活性物质，营养价值非常高。碎米作为稻米加 工业的副产物，其化学组成与稻米的大致相同，主要成分也是7 5 左右的淀粉、 8 左右的蛋白质、少量的脂类和生理活性物质等。另外，碎米还富含b 族维生 素及钙、磷、钾、铁等矿物质【2 , 1 1 】。 1 1 2 碎米淀粉的加工利用 淀粉是稻米的主要成分。稻米淀粉是已知粮种淀粉中颗粒最小的一种，单 粒淀粉颗粒的大小约3 1 1 m ，形状为不规则多角形。稻米淀粉和其它来源的淀粉 一样，是由单一类型的糖单元( d 吡喃葡萄糖) 组成的多糖，淀粉的分子式 为( c 6 h 1 0 0 5 ) n ，n 为不定数，被称为聚合度( d p ) ，一般为8 0 0 3 0 0 0 t l o 】。淀粉由直 链淀粉和支链淀粉组成，支链淀粉是高度分支的，而直链淀粉分支较少。大米 淀粉的组成中主要的变化是直链淀粉和支链淀粉的相对数量及它们的结构，目 前普遍检测的是直链淀粉结构【l2 。 稻米淀粉具有一些其它淀粉不具备的优势。与其它谷物淀粉颗粒相比，稻 米淀粉颗粒非常小，在3 8 9 m 之间，而且颗粒度比较均匀；米淀粉的致敏性低， 香味柔和；糊化后的米淀粉吸水快，质构柔滑与奶油相似，具有类似脂肪的口 感，而且容易涂抹均匀：蜡质的米淀粉除具有类似脂肪的性质外，还具有极好 的冻融稳定性，可以防止冷冻过程中的脱水收缩 1 3 , 1 4 】。基于米淀粉的这些优势， 它主要被应用于以下几个方面： 1 1 2 1 淀粉基脂肪替代物 稻米淀粉制备脂肪替代物技术，是应用了生物技术等把米淀粉转化成为无 油脂肪的高新技术i l5 。工艺是将稻米淀粉水解，制备成小颗粒淀粉，使其具有 脂肪的感观特性。脂肪替代物适用于加工酸奶和部分替代奶油乳制品，它具有 奶油的外观和口感，可以作为人造奶油生产。淀粉脂肪基替代物没有脂肪酸酯 的副作用，不会因为摄入量过多而引起腹泻和腹部绞痛【l6 1 ，也没有蛋白质的致 敏性，不会使某些过敏体质人群产生过敏反应l l7 】。 1 1 2 2 多孔淀粉 多孔淀粉定义为采用物理( 超声波照射、喷雾、醇变性) 、机械撞击、酸 解以及酶水解等方法使淀粉颗粒由表面至内部形成孔洞的淀粉【螺】。多孔淀粉具 有很大的比表面积，因此具有良好的吸附性能，可以用作功能性物质，如药剂、 香料、色素、风味物质、保健物质的吸附载体，被广泛应用于医药、化工和食 品等领域【1 9 】。 2 1 1 2 3 抗性淀粉 抗性淀粉是指在健康人的小肠中不能被消化吸收的淀粉以及淀粉降解物的 总称i l 引。抗性淀粉不容易被消化，很适合肥胖症和糖尿病患者食用。它不同于 一般的纤维成分，不会吸收大量水分，当添加到水分较低的产品时不会影响食 品口感，也不会改变其风味，可以作为低热量的食物添加剂【2 引。而且研究表明， 添加抗性淀粉的食品比添加传统膳食纤维的食品在外观、质地和口感方面都更 好。抗性淀粉能够改善一些食品的膨胀性和脆性【2 。 1 1 2 4 缓慢消化淀粉 缓慢消化淀粉是指能在小肠中被完全消化吸收，但速度较慢的一类淀粉。 是以稻米淀粉为原料，经过加热和酶处理工序，加工成的1 0 0 延缓消化、5 0 加快消化和5 0 延迟消化等改性米淀粉制品。这类改性米淀粉经过临床证明， 可以有效的改善糖负荷，可以作为一种糖尿病患者的新食品。这一产品的另一 种用途可以作为运动员，尤其是长跑运动员的碳水化合物补充剂，它能够让运 动员在运动的过程中有一个稳定持久的能量释放以保持体力【2 叭。 1 1 2 5 其他用途 由于大米淀粉的颗粒很细( 3 8 p m ) ，具有糊化性能好、冻融稳定性好等特 点，因此可用作化妆品用粉、纤维纺织物上浆剂，纸张及照相纸粉末，因其质 构细腻、白度高以及抗过敏性反应低等特点，因此适用于制药业的糖衣和药片 的赋形剂等。 1 2 多孔淀粉的研究现状 1 2 1 多孔淀粉概况 多孔淀粉( m i c r o p o r o u ss t a r c h ) 又称微孔淀粉，是由天然淀粉经过酶解或 者酸解处理后形成的一种具有蜂窝状小孔的多孔性淀粉。其表面所具有的很多 向中心延伸的微孔，使得淀粉颗粒具备了特殊的吸附功能【2 2 1 。多孔淀粉的微孔 孔径大约在0 5 1 5 t x m ，微孔遍布整个淀粉颗粒的表面并且由表面向中心延伸， 微孔的体积占颗粒总体积的5 0 左右。多孔淀粉因具有大量微孔，因而能够将 物质吸入内壁，且吸附性能较强，不易脱离。多孔淀粉和其它的吸附剂相比， 除了具有良好的吸附性能外还具有以下的优点：( 1 ) 原料的来源很广泛，而且 廉价易得；( 2 ) 具有较大的比孔容；( 3 ) 具有较大的比表面积；( 4 ) 堆积密度、 颗粒密度较低：( 5 ) 吸水、吸油能力良好；( 6 ) 在干燥状态下具有良好的机械强 度；( 7 ) 分散在水及其它溶剂中时能保持明显的结构完整性【2 3 】；( 8 ) 属于纯天 然的物质，安全、无毒，且使用剂量不受限制；( 9 ) 可以被生物降解；( 1 0 ) 生 3 产工艺简单易行；( 1 1 ) 应用十分广泛，适应性很强【1 3 1 。 1 2 2 多孔淀粉的研究进展及应用现状 1 2 2 1 多孔淀粉的研究进展 多孔淀粉的基础研究开始于二十世纪五十年代，日本的二国二郎( 1 9 5 7 ) 用经过高活性q 淀粉酶处理过的玉米淀粉颗粒进行超薄切片后发现，酶能够从 淀粉颗粒的表面一直作用到颗粒的中心，破坏层状结构并将淀粉颗粒开孔；中 村等也研究发现淀粉酶对小颗粒的淀粉是从表面开始进行均匀分解，而对大 颗粒的淀粉则是先从表面开孔，酶从孔进入颗粒内部，把内部分解后，再将外 层支解为碎片，在分解的过程中淀粉颗粒能够保持外观形状和大小的不改变； f u w a l 2 4 】等( 1 9 8 0 ) 针对不同的淀粉酶对生淀粉颗粒的水解情况进行了全面的考 察，发现除了b 淀粉酶对生淀粉没有降解能力外，其它酶或多或少都对生淀粉 具有降解能力。f a 皿o n 【2 5 j 等( 1 9 9 2 ) 经研究发现，淀粉颗粒与酶结合有一定的特 殊位点，这些位点与淀粉颗粒表面的结构有关系。国内的学者对多孔淀粉也进 行了很多研究，姚卫蓉1 2 6 j 等( 2 0 0 1 ) 发现米颗粒的粒径不同，可以直接影响其物 理性能，在相同的酶解条件下，颗粒粉碎得越细，酶作用位点也就越多，且越 容易形成多孔淀粉；刘雄1 2 7 1 ( 2 0 0 3 ) 和j 用盐酸对玉米淀粉进行水解处理后得到生 产多孔淀粉的最佳工艺条件为水解温度4 0 ，时间1 8 h ，盐酸用量1 2 。淀粉水 解率控制在3 8 9 7 。 多孔淀粉是一类新型的变性淀粉，目前多孔淀粉的研究主要集中在日本、 美国的两个研究单位，主要研究人员分别是日本的长谷川信弘先生以及美国的 w h i s t l e r 教授。日本有关多孔淀粉应用研究的报导比较多，目前，在我国除了少 数的研究报告，生产与应用均处于起步阶段1 列j 。 1 2 2 2 多孔淀粉的应用现状 多孔淀粉是一种高效、无毒且安全的吸附剂，可以被应用于食品、医药卫 生、农业、造纸、印刷、化妆品、洗涤剂、胶黏剂等行业【2 9 1 。 在食品工业上，多孔淀粉可以作为油脂、脂溶性维生素、色素和保健物质 等的包埋剂，可以减少其在食品贮藏期间的损失，还可以作为粉末油脂、脂肪 基替代物的原料；在医药上，能够作为片剂的基材材料，将药剂吸附于淀粉微 孔中，可以实现缓慢释放药剂和防止药剂散失，从而提高药剂的使用效果；在 农业上，多孔淀粉可以作为杀虫剂、除草剂的载体，有效控制农药挥发、分解 和释放的速度，并延长农药有效期；在化妆品行业中，多孔淀粉能够吸附化妆 品中各种有效成分( 如保湿剂、表面活性剂等) ，在降低化妆品对皮肤刺激的同 时还可提高产品的涂抹性、潮湿感、平滑度和爽滑感，在涂抹时通过摩擦生热 释放吸附在微孔中功能性成分；在洗涤行业中，多孔淀粉能够吸附香味剂或织 4 物柔软剂，可再用碳水化合物将其包埋，制成颗粒状添加剂添加至洗涤剂中， 达到增香、消除异味、柔软衣物的目的；在胶黏剂行业中，添加多孔淀粉可以 提高胶黏剂的稳定性，延长有效期；在造纸行业中，向涂布料中加入多孔淀粉， 可以增强纸张表面的强度【3 0 - 33 1 。 1 3 交联淀粉的研究现状 1 3 1 交联淀粉概况 淀粉的醇羟基和具有二元或者多元官能团的化学试剂形成二醚键或者二 酯键，使两个或者两个以上的淀粉分子之间“架桥”在一起，呈现多维空间网状 结构的反应，称作交联反应。参加交联反应的多元官能团称作交联剂，淀粉的 交联产物称为交联淀粉1 3 引。凡是具有两个或者多个官能团，且能与淀粉分子中 两个或者多个羟基反应的化学试剂都能用作交联剂。常用于制备交联淀粉的交 联剂有环氧氯丙烷、甲醛、三氯氧磷、三偏( 或三聚) 磷酸钠或六偏磷酸钠等。 交联剂的种类很多，但是在工业生产最普遍应用的为数并不多，主要为环氧氯 丙烷、三偏磷酸钠和三氯氧磷等，这些交联剂没有毒性，本身稳定性不高，在 反应过程中分解成无害的产物，所得的交联淀粉适用于食品【3s - 。淀粉交联后， 平均分子量明显增加，淀粉颗粒中的直链淀粉和支链淀粉分子是由氢键作用而 形成颗粒结构，再加上新的交联化学键，可增强保持颗粒结果的氢键，紧密程 度进一步加强，颗粒的坚韧导致受到化学糊化时颗粒的膨胀受到限制，限制程 度与交联量有关，因此交联剂有时又称为抑制剂，交联淀粉又称为抑制淀粉【3 们。 1 3 2 交联淀粉的性质 交联淀粉的颗粒形状仍然与原淀粉相同，没有发生变化，但其性质却发生 了很大变化。( 1 ) 加强淀粉抗膨胀、抗糊化的能力。淀粉颗粒中淀粉分子间经 由氢键结合成颗粒结构，在热水中受热，氢键强度减弱，颗粒吸水膨胀，黏度 上升，达到最高值，继续受热氢键破裂，颗粒破裂，黏度下降。交联化学键的 强度远高于氢键，增强颗粒结构的强度，抑制颗粒膨胀、破裂和黏度下降【3 7 l 。 随交联程度的增高，淀粉分子问交联化学键数量增加，约1 0 0 个脱水葡萄糖基 有一个交联键，这种抑制作用增强到一定程度能抑制颗粒在沸水中膨胀，不能 糊化。( 2 ) 对于热、酸和剪切力稳定性增高。在食品工业中用作增稠剂、稳定 剂有很多优点。应用热交换器连续加热糊化，罐头食品的高温加热、杀菌都要 求淀粉具有热稳定性。高温快速杀菌，有的温度高达1 4 0 。有的食品是酸性， 需要淀粉具有抗酸稳定性 3 8 - 4 0 1 。( 3 ) 具有较高的冷冻稳定性和冻融稳定性。特 别适于冷冻食品中的应用，在低温下较长时间冷冻或冷冻、融化重复多次，食 品仍能保持原来的组织结构，不发生变化。( 4 ) 随交联程度的增高，膨胀度和 s 水溶解度降低。原淀粉糊化制成薄膜置于沸水中加热，强度不断降低，但通过 交联能减少水溶性，保持膜强度不变，交联淀粉的抗酸、碱和剪切影响的稳定 性随交联化学键的不同存在差别【4 1 1 。 由于淀粉经交联后，耐热、耐酸、耐碱以及耐剪切的稳定性都有所加强， 因此在工业、食品等行业均得到广泛应用。 1 4 立题依据及研究内容 1 4 1 立题依据 2 0 11 年，随着我国进入第十二个五年计划，粮食产业将继续稳健发展，粮 食总产量将逐年提高，但是仍旧落后的稻米加工产业技术依然会造成稻谷的有 效加工转化率低下，产生大量的碎米】。尽管稻谷加工业已由传统的加工方式 向精深加工方向发展，新的工艺、新的技术不断涌现，但不论技术如何完善， 碎米的出现仍然是不可避免的【4 2 , 4 3 】。如果对这些碎米不进行精深加工，将大大 降低粮食的利用率，不利于我国农业的可持续发展。多孔淀粉作为一种新型的 变性淀粉，可用作吸附材料，其高效、无毒、安全且可生物降解等优点，受到 了国内外众多专家学者的关注，其中美国和日本的科学家做了很多工作，而国 内的研究还比较少。已知报道中，多以玉米淀粉、木薯淀粉等为原料制备多孔 淀粉，而以碎米淀粉为原料制备多孔淀粉则鲜有报道，而且淀粉经微孔化后， 颗粒结构受到一定程度的破坏，一些物理性能如糊化温度、冻融稳定性、黏度 稳定性、抗剪切能力、颗粒坚固性等，都低于原淀粉，通过化学交联，可以提 高多孔淀粉颗粒的抗机械破坏、抗溶胀、抗溶解能力，增强其耐热、耐酸、耐 碱以及冻融稳定性，大大提高了多孔淀粉的适用范围。以碎米为原料，制备碎 米交联多孔淀粉，将两种变性淀粉制作工艺结合起来，不仅减少了我国碎米资 源的浪费，为推动粮食产业深加工，提高农产品经济效益创造了有效途径，还 能够推动我国变性淀粉工业的发展，为食品、