郭培培，占学旺，刘钟栋

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

糯质淀粉分级提取研究

郭培培，占学旺，刘钟栋*

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

将糯质淀粉在3 000 r/min的条件下离心10 min，采用显微镜、激光粒度分析仪、X射线衍射仪等，分析分离得到的不同粒径的淀粉颗粒的粒径特点及其内在结构.研究表明，在本试验选定的分离条件下，糯质小麦淀粉的分离效果最好，其次是糯玉米淀粉，糯米淀粉基本未达到分离目的.激光粒度分析仪测定糯质小麦淀粉大、中、小颗粒平均粒径分别为20.1μm、6.5μm和4.2μm，糯玉米淀粉大、小颗粒平均粒径分别为15.0μm和4.0μm，糯米淀粉的平均粒径为6.0μm.综合分析显微图和激光粒度图后，发现X衍射图能在一定程度上反映粒径的分离效果，并且在测定条件严格一致的情况下，大粒径淀粉表现出比小粒径淀粉更高的衍射强度.

糯质淀粉；形貌结构；粒径分布；X射线衍射

0 引言

淀粉分直链淀粉和支链淀粉，二者都是由大量葡萄糖残基组成的，糯质淀粉几乎不含直链淀粉.糯质淀粉颗粒由于内部和表面存在微孔而表现出密度低于非糯质淀粉颗粒的倾向.糯质淀粉具有不易老化的特点，并且在工业中的应用越来越广泛.现在已培育出糯小麦、糯玉米和糯米等支链淀粉含量高的谷物，且发现糯质小麦淀粉中存在明显的粒径分布特征.自从 1995年日本 Nakamura等[1]首次人工合成六倍体全糯质小麦后，糯质小麦杂交计划已经在加拿大、日本、美国等国家开展，但是商业化培育的糯质小麦仍然没有出现.与此同时，对糯小麦淀粉进行部分理化特性测定和结构分析，如X射线衍射分析、布拉班德黏度仪分析（BVA）、差示扫描量热仪分析（DSC）以及快速黏度仪分析（RVA）的工作是各国淀粉科研人员研究的重点.极少有文献对糯质小麦的粒径特点进行研究，糯玉米和糯米的粒径研究更加少见.国内对于糯质淀粉的研究多集中在对其性质的研究，但是并没有系统地对糯质淀粉做颗粒粒径分布及其结构上的分析，故作者选择糯小麦淀粉、糯玉米淀粉和糯米淀粉作为研究对象，主要从粒径出发研究糯质淀粉的相关信息.

1 材料和方法

1.1 材料

糯小麦淀粉：郑州市农林科学研究所；糯玉米淀粉：山西晋利实业有限公司；糯米粉：市售；十二烷基硫酸钠（AR）、氢氧化钠（AR）：天津市科密欧化学试剂有限公司.

1.2 仪器与设备

XPV—800反透射偏光显微镜：上海长方光学仪器有限公司；S3000激光粒度分析仪：美国Microtrac公司；D8Focus型X射线衍射仪：德国Bruckeraxs公司；TU—1800PC紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限公司.

1.3 方法

1.3.1 淀粉的分离提取

1.3.1.1 糯小麦淀粉的分离提取

称取20.0 g糯小麦淀粉，加入200 mL蒸馏水，磁力搅拌5min后，以3 000 r/min离心10min，倒出上清液.加入100 mL 2%的SDS（十二烷基硫酸钠）溶液将沉淀溶解，磁力搅拌2 h，以3 000 r/min离心10 min，倒出上清液.将沉淀用水溶解，磁力搅拌20 min，以3 000 r/min离心10 min，倒出上清液，如此水洗3次[2].

将沉淀在3 000 r/min下离心10 min，小心地刮下上层淡黄的物质，收集到白色搪瓷盘中，尽量铺平展开，放入电热鼓风干燥箱40℃干燥，烘干后用研钵研磨，过CB42筛保存，待用，即为小麦B淀粉.下层白色物质经40℃电热鼓风干燥，用研钵研磨，过CB42筛保存，待用，即为小麦A淀粉[3].

1.3.1.2 糯玉米淀粉的分离提取

称取糯玉米淀粉20.0 g，加80 mL蒸馏水，磁力搅拌5 min，3 000 r/min下离心10 min，倒出上清液，并除去最上层杂质.取下层沉淀离心管沉淀高度1/5和其余4/5的淀粉分别平铺在表面皿上，置于40℃的烘箱中干燥48 h.然后用研钵研磨，过CB42筛分别保存，待用.

1.3.1.3 糯米淀粉的分离提取

称取20.0 g糯米粉，搅拌加入 3.5倍体积的0.28%的NaOH溶液，然后每隔1 h充分搅拌1次，搅拌4次后，在25～30℃下静置24～30 h，虹吸除去上层浸液.再加入2～3倍量NaOH溶液，进行多次同样的处理，使米粉中蛋白质与碱充分作用而被浸出，镜检和进行蛋白双缩脲试验显色反应后，加入4倍量的蒸馏水搅拌、静置和倾析，反复多次洗出绝大部分的碱，再用少量5.0%HCl溶液调pH到6.5～6.6[4].将滤液在 3 000 r/min下离心 10 min，小心地刮下上层淡黄的物质，收集到白色搪瓷盘中，尽量铺平展开，放人电热鼓风干燥箱40℃干燥，烘干后用研钵研磨，过CB42筛分别保存，待用.下层白色物质经低温烘干，用研钵研磨，过CB42筛分别保存，待用.

1.3.2 支链淀粉含量测定

采用GB/T15683-2008《大米直链淀粉含量的测定》.

1.3.3 不同粒径淀粉的分离方法

淀粉粒的分离方法有差速沉降法[5]和离心沉降法两种.由于离心沉降法能加快沉降速度，减少沉降时间，故本试验采用离心沉降法，离心条件：3 000 r/min下离心10 min[6].

1.3.4 淀粉形貌结构的观测

分别取纯化后的糯质小麦淀粉、糯玉米淀粉和糯米淀粉样品配成溶液，利用显微镜观察其颗粒形态[7].以70%的乙醇溶液为溶剂，将各种淀粉样品配成1%（M/V）的淀粉乳，摇匀后静置 10 min，放在显微镜下进行观察，放大倍数为400倍.

1.3.5 淀粉粒粒度的测定方法

目前，测定淀粉粒大小分布的方法主要有电子扫描显微镜法（SEM）、激光粒度分析仪（LPA）和高效液相色谱法（HPLC）.扫描电子显微镜在观察淀粉粒的形态结构方面具有优势，但是它在测定淀粉粒大小分布方面有缺陷，需要结合数码相片对淀粉粒大小进行数理统计，导致其测定的精度比较低.扫描电子显微镜受切片部位与视野的限制，代表性差.激光粒度仪能从整体上反映淀粉粒大小分布，且精度高、重复性好、操作简单、成本低，但样品测定前的处理较为关键，并且要保证样品有良好的分散度，否则会影响测定的精度[8-9].本试验采用反射显微镜、激光粒度分析对糯质小麦淀粉、糯玉米淀粉和糯米淀粉的粒径特征进行研究.

1.3.6 淀粉的晶体结构分析方法

运用X衍射仪分析糯小麦淀粉、糯玉米淀粉和糯米淀粉及从中分离出来的不同粒径淀粉的X衍射图谱，从中找出它们的特性和可能存在的规律.

2 结果及分析

2.1 糯粉中支链淀粉含量

糯小麦淀粉中支链淀粉含量97.9%，糯玉米淀粉中支链淀粉含量98.2%，糯米淀粉中支链淀粉含量97.1%.

2.2 糯质淀粉形貌观测结果

2.2.1 糯小麦淀粉形貌结构（图1）

图1 糯小麦淀粉

图1中（a）为原糯小麦淀粉，可以看出糯小麦淀粉颗粒的基本形状为椭圆形和圆球形，并存在明显的大小不同的两类粒径的淀粉颗粒.图1中（b）和（c）分别是用离心沉降法分离出来的离心管上层和下层淀粉，可以很明显地看出，上层淀粉颗粒较小，下层淀粉颗粒较大.说明采用离心沉降方法能达到将糯小麦淀粉中大小不同粒径的淀粉分离的目的.但是下层淀粉中仍混有少量小粒径的淀粉颗粒.本试验采用的是3 000 r/min离心10 min，故欲提高下层淀粉中大粒径淀粉的含量，可将上述分离的大、小淀粉粒重复溶解和离心4～5次，获得纯度较高的大、小淀粉粒组分.

2.2.2 糯玉米淀粉形貌结构（图2）

图2 糯玉米淀粉

图2中（a）为原糯米淀粉，可观察到糯玉米淀粉大部分是呈压碎玉状的六角形，但它的角不像稻米淀粉那样尖锐，此外，还有圆形，其表面较为粗糙，也存在着明显的粒径区别.图 2中（b）和（c）分别为离心管上层和下层分离得到的不同粒径的糯玉米淀粉颗粒.和糯小麦淀粉最大的区别是，离心管上层的糯玉米淀粉颗粒粒径远远大于离心管下层的.这一现象也从侧面证明了糯玉米淀粉的特殊微孔结构[11-12].

2.2.3 糯米淀粉形貌结构（图3）

图3 糯米淀粉

从图3中（a）为原糯米淀粉，可观察到糯米淀粉粒径明显比糯质小麦淀粉和糯玉米淀粉小，为多角形，多以复合粒形式存在于粮粒中.图3中（b）和（c）分别为离心管上层和下层分离得到的糯米淀粉颗粒，可以看出，在选定的离心条件下，无法达到分离大小粒径的目的.究其原因，一方面是由于糯米淀粉粒比较小，粒径间大小区别也小，造成其在本试验条件下不可分离；另一方面，则是因为糯米淀粉内部存在大小不同的空腔[13].每粒淀粉壁厚为 1.5～2 μm，空腔直径为 3～4 μm，因此每个淀粉粒都是一个空球体.这使得糯米淀粉的密度更小，进一步增加了分离的难度.故在3 000 r/min离心10 min无法达到将其大小粒径进行分离的目的.

2.3 糯质淀粉粒径分布（图4-图6）

图4 糯小麦淀粉粒径分布

图5 糯玉米淀粉粒径分布

图6 糯米淀粉粒径分布

从图4可看出，糯小麦淀粉中的小颗粒粒径在1～10μm，大颗粒粒径在 10～40 μm，与文献记载基本相符.但是从图4可以明显看到，1～10μm范围内在4.2μm和6.5μm处出现两个峰，即可以认为糯小麦淀粉存在大、中、小3种粒径，其平均粒径分别为 4.2、6.5和 20.1μm.与 Tang[14]发现的普通大麦和糯质大麦胚乳中存在大、中、小3种粒径相似.综合糯玉米淀粉的显微图和粒度图，可以看出，除存在粒径在10μm以下的破损淀粉外，糯玉米淀粉的淀粉颗粒粒径大小区别比较小，不像糯小麦淀粉出现截然不同的大小两种粒径的淀粉颗粒.并且糯玉米淀粉颗粒的平均粒径为15.0μm，和文献记载的完全相符，其粒径主要分布在1～40μm，洪雁等[15]用扫描电子显微镜上的微尺测得糯玉米淀粉粒径为5～20μm.出现这种差异的原因是：本试验所用的糯玉米淀粉样品和洪雁等所用的样品的加工工艺不同，造成出现的破损淀粉的数量和粒径的不同.从图5可看出，经3 000 r/min离心10min后，成功地将糯玉米淀粉中的破损淀粉和原淀粉分离出来.糯玉米淀粉上层的平均粒径为15.0μm，糯玉米淀粉下层的平均粒径为4.0μm.从图6可看出，糯米淀粉粒径在1～20μm，大小两类淀粉颗粒的平均粒径分别为1.7μm和6.0μm.由于糯米淀粉粒径小和糯质淀粉的微孔结构，导致其密度小，在本试验的分离条件下无法达到很好的分离目的.

2.4 不同粒径糯质淀粉X射线衍射比较（图7-图9）

图7 不同粒径糯小麦淀粉X射线衍射图

图8 不同粒径糯玉米淀粉X射线衍射图

图9 不同粒径糯米淀粉X射线衍射图

根据糯质淀粉的X射线衍射结果可以看到，糯小麦淀粉、糯玉米淀粉、糯米淀粉的衍射吸收峰都出现在 15°、17°、18°、23°附近，属于典型的 A 型图谱.从图7—图9分别可以看到大粒径的淀粉颗粒的衍射强度大于小粒径淀粉颗粒衍射强度，而原样淀粉颗粒强度相对稍低，这也许能说明在X射线衍射可测量的一定粒径范围内大粒径衍射强度大于小粒径，且粒径均匀的颗粒衍射强度大于粒度分布不均匀的颗粒.同时根据衍射图谱可以看出，糯小麦、糯玉米、糯米各自的衍射峰宽和峰高基本没有变化，说明不同粒径的淀粉颗粒其晶粒大小并没有发生改变.同种淀粉中其晶粒大小是一定的，与淀粉颗粒大小无关.

图10 3种糯质原淀粉的X射线衍射图

比较3种糯质原淀粉的X射线衍射图，可以看到糯小麦淀粉的衍射强度明显地高于糯玉米和糯米淀粉，虽然衍射峰强和峰宽的主要影响因素是晶粒大小，但是认为粒径和衍射强度也存在着一定的关系，糯小麦淀粉的粒径相对要大，其衍射峰明显高于糯玉米和糯小麦.同时，综合分析淀粉粒的显微图和激光粒度图的结果可以发现，在X衍射图上各个分离样的衍射图谱分离得越明显，其粒径分离效果越好.也就是说，在同样的测定条件下，X衍射图能从一定程度上反映出淀粉大小粒径分离的结果.

3 结论

从显微图片可以看出，采用3 000 r/min离心10 min的离心条件能较好地将糯质小麦淀粉和糯玉米淀粉中不同粒径的淀粉颗粒分离.但是糯玉米淀粉的大颗粒淀粉出现在离心管上层，小颗粒淀粉则出现在下层，糯米淀粉颗粒较小，粒径间大小区别也极小，且糯米淀粉内部和表面同样存在微孔结构，该分离条件无法达到理想的分离效果.

由激光粒径分析仪测得的结果可知，糯质小麦淀粉存在3种不同粒径，其大、中、小粒径淀粉颗粒的平均粒径分别为20.1μm、6.5μm和4.2μm；糯玉米淀粉大、小颗粒平均粒径分别为15.0μm和4.0μm；糯米淀粉颗粒的平均粒径6.0μm.

X衍射结果显示，糯质小麦淀粉、糯玉米淀粉和糯米淀粉都在 15°、17°、18°、23°附近有衍射吸收峰，呈现典型的谷物淀粉X衍射图谱特性.研究发现，X衍射强度和淀粉颗粒粒径的大小密切相关，颗粒粒径越大，衍射强度越大.并且成功地建立了X衍射图谱和粒径分离效果的联系，研究发现衍射图谱分离得越明显说明粒径分离效果越好.

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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

网络出版时间：2012-2-8 08:44:47AM

2011-06-09

国家自然科学基金项目(20672029)

郭培培（1986-），女，河南焦作人，硕士研究生，研究方向为淀粉科学.

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