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第２４卷第１期　

２００８年　１月　

农业工程学报　

Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＳＡＥ　

ｖｏｌＪ２４　ＮＯ．１　

Ｊａｎ．２００８　

纳米级大米淀粉的制备及性质　

涂宗财，任维，刘成梅，王振兴，李敏，郭逍遥，林德荣，张博　

（南昌大学食品科学教育部重点实验室，南昌３３００４７）　

摘要：为了探索纳米淀粉的新型制各方法及可行性，采用超高压均质和超微粉碎制各了纳米级大米淀粉，并研究了其　

颗粒粒度、吸湿性能、溶解度和膨胀率等理化性质。结果表明，超高压均质和超微粉碎能明显减小大米淀粉的颗粒粒度，　

成功制得纳米级大米淀粉，且随着大米淀粉粒度的减小，其吸湿性能、溶解度和膨胀率明显增加，说明纳米级大米淀粉　

的水合能力增强，体现了纳米级大米淀粉的表面效应和小尺寸效应。　

关键词：纳米；　大米淀粉；　超高压均质；　超微粉碎　

中图分类号：ＴＳ２３４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—６８１９（２００８）一卜０２５０—０４　

涂宗财，任维，刘成梅，等．纳米级大米淀粉的制备及性质［Ｊ］农业工程学报，２００８．２４（１）：２５０－－２５３．　

Ｔｕ　Ｚｏｎｇｃａｉ，Ｒｅｎ　Ｗｅｉ，Ｌｉｕ　Ｃｈｅｎｇｍｅｉ，ｅｔ　ａ１．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｎｄ　ａｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ｒｉｃｅ　ｓｔｒｃｈ［ａＪ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＳＡＥ，　

２００７，２３（１１）：２５０－－２５３．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）　

０引言　１　材料与方法　

１．１试验材料与仪器　

１　８７９年Ｂｒｏｗｎ和Ｈｅｒｏｎ首先发现淀粉用机械方法破碎　

导致淀粉颗粒结构发生改变，从而使淀粉易于被酶作　

用［１】。此后，淀粉颗粒大小及其性质越来越受到重视。纳　

米级大米淀粉具有独特的理化特性，如良好的分散性、　

吸附性、溶解性，易被人体吸收消化等，可用于化妆品　

扑粉、照相纸粉末、造纸施胶、糖果糖衣和药片赋形剂　

大米：江西产。　

Ａｎｋｅ　ＴＤＬ一５一Ａ型高速离心机（上海安亭科学仪器　

厂）；ＮＣＪＪ一０．２／１５０型纳米超高压均质机（中国廊坊通用　

机械有限公司）；Ｍ一７００型微射流均质机（美国　

Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ公司）；ＨＭＢ一７０１８超微粉碎机（北京环亚　

等［２】。糊化后的纳米级大米淀粉吸水快，质构柔滑似奶油，　

具有口感细腻、热量低、成本低等优点，是目前市场上　

最佳的奶油和黄油代用品，可以用于无奶油奶酪、低脂　

冰淇淋、无脂人造奶油、沙司和色拉调味料的生产。其　

应用前景广阔，经济效益可观。　

天元机械有限公司）；Ｎｉｃｏｍｐ　３８０　ＺＬＳ激光纳米粒度测　

定仪（美￣Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｓｉｚｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ公司）；８５—２Ａ型恒温　

磁力加热搅拌器（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公　

司）；ＢＳ３２３Ｓ型电子分析天平（北京赛多利斯仪器系统　

有限公司）　

１．２试验方法　

目前纳米淀粉的制备方法主要有反相乳液聚合法　

【　，钔

、

Ｗ／Ｏ型微乳法【　等，但物理粉碎方法如超高压均质　

１．２．１大米淀粉的制备　

大米用０．３％～０．５％的Ｎａ０Ｈ溶液室温浸泡２４　ｈ，之　

后去掉浸泡液，加入新的碱液磨碎，　过胶体磨，再浸泡　

制备纳米淀粉研究很少。超高压均质是一个通过压力能　

的释放和高速运动使物料粉碎的过程［６】。在超高压均质过　

程中，剧烈的处理条件如液体高速撞击、高剪切、空穴　

爆炸、高速振荡等作用可能会导致大分子结构的变化【　。　

本文率先通过超高压均质技术和超微粉碎制备了纳米级　

２４　ｈ，过１００目筛，离心分离，洗涤数次，在最后水洗　

之前，可用盐酸将浆液ｐＨ值调到６．５～７．０再进行水　洗　

【１　ｏ１

。　

大米淀粉，并测定了其颗粒粒度、吸湿性能、溶解度和　

膨胀率的变化，为以后纳米淀粉的制备提供了一条新途　

径。　

１．２．２超高压均质处理　

采用纳米超高压均质机和微射流均质机对大米淀粉　

浆液进行不同压力的均质处理，压力分别为４０、８０、１２０、　

１６０　ＭＰａ，然后将淀粉浆液喷雾干燥后得大米淀粉样　

收稿日期：２００７—０卜０８　修订日期：２００７—１卜２３　

”

。　

基金项目：教育部长江学者和创新团队发展计划项目（ＩＲＴ０５４０）；国家科技　

部农业科技成果转化资金项目（０２ＥＦＮ２１３６００３２１）　

１．２．３超微粉碎　

作者简介：涂宗财（１９６５一），男，教授，研究方向：食品科学。南昌市南京　

东路２３５号

＿

将各压力均质处理的淀粉样品分别放入超微粉碎机　

南昌大学中德食品工程中心，３３００４７。　

中，以２１００　ｒ／ｍｉｎ的速度粉碎１　ｈ，得超微粉碎淀粉样品待　

测。　

Ｅｍａｉｌ．．ｔｕｚｃ　　．．

ｍａｉｌ＠ｙａｈｏｏ　ｃｏｒｎ　ｃｎ　

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第１期　涂宗财等：纳米级大米淀粉的制备及性质　２５１　

１．２．４大米淀粉颗粒粒度分析　

用乙醇作分散剂，用激光纳米粒度测定仪测定大米　

淀粉颗粒的微分粒度分布和颗粒分布的平均直径。　

１．２．５　大米淀粉吸湿性能的测定　

准确称取适量的大米淀粉，置于称量瓶中使之平铺　

均匀，然后放入底部含有无水乙醇的干燥器中　密闭后　

转移到３５￣Ｃ的恒温培养箱，５０　ｈ后取出样品再次称量，　

计算增重比。　

１．２．６大米淀粉溶解度、膨胀率的测定　

配制质量分数为２％的淀粉乳，取５０　ｍＬ在３０℃下　

搅拌加热３０　ｍｉｎ，于离心管中以３０００　ｒ／ｍｉｎ离心２０　ｍｉｎ，　

将上层清液置于９０￣Ｃ水浴蒸干，烘干至恒重，得被溶解　

淀粉量Ａ（ｇ）；离心管中膨胀淀粉质量表示为Ｐ（ｇ），按　

下列公式计算其溶解度（　）和膨胀率（Ｂ）：　

Ａ

：一

×１００％　

Ｂ：　×１００％　

Ｗ（ＩＯ０一　、　

式中　——淀粉样品质量，ｇ，以干基计　】。　

２结果与分析　

２．１　不同压力均质大米淀粉的颗粒粒度分析　

表１所示的是不同压力均质得到的大米淀粉颗粒的　

微分粒度分布。　

表１均质压力对大米淀粉颗粒粒度的影响　

Ｔａｂｌｅ　１　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｎ　ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ　

ｏｆ　ｒｉｃｅ　ｓｔａｒｅ　／ｎｍ　

注：　＿２　５）、　．５）、　ｌ７　５）、　．９）、　９】分别表示在粒径累积分布曲线上　

２５％、５０％、７５％、９０％、９９％颗粒直径小于此值。　

表１中数据表明，未均质大米淀粉９０％的颗粒粒度　

小于３９１８．６　ｎｌｎ，５０　分布在１７６５．３￣２９１３．６　ｎｍ之间。　

经过４０　ＭＰａ超高压均质后，大米淀粉颗粒减小，９０％小　

于２０５９－３　ｎｌｎ，５０％分布在８４１．７～１５３６．７　ｎｌｎ。８０　ＭＰａ超　

高压均质处理开始使大米淀粉颗粒的粒度发生很大变　

化，更多的大颗粒转变为小颗粒，９０％的颗粒小于　

１２４７＿３　ｎｍ，７５％颗粒已在７２６．７　ｎｌｎ以下。１２０　ＭＰａ超高　

压均质后，大米淀粉颗粒粒度急剧减小，１０００　ｎｍ以上的　

大米淀粉颗粒已极少存在，９０％的颗粒粒度小于　

９４６．６　ｎｍ，５０％颗粒的粒度向２２０￣５５０　ｎｍ的区问转移。　

大米淀粉经１６０　ＭＰａ超高压均质后，颗粒的粒度相比　

１２０　ＭＰａ均质样品更为细小，但减小趋势减缓，５０％颗粒　

的粒度分布在１２０￣４４０　ｎｍ之间，可以看出超高压均质　

对大米淀粉的微细化达到了很好的效果，这一阶段已趋　

于粉碎的平衡区。　

根据上述粒度分布的特征，可以认为４０　ＭＰａ均质处　

理对大米淀粉颗粒粒度影响不大，８０　ＭＰａ超高压均质处　

理开始对大米淀粉颗粒粒度产生较大影响，１２０　ＭＰａ和　

１　６０　ＭＰａ均质处理使颗粒粒度进一步减小，但减小趋势减　

缓。超高压均质粉碎过程大致上可分为：缓慢变化区一　

急剧变化区一缓慢变化区一粉碎平衡区４个阶段。颗粒　

粒度平均直径的变化规律同时也证明了这一变化过程。　

２．２　超高压均质后再超微粉碎大米淀粉的颗粒粒度分　

析　

考虑到喷雾干燥处理可能会使淀粉微细颗粒产生团　

聚现象，从而影响超高压均质处理对大米淀粉颗粒的粉　

碎效果。为得到更为细小的大米淀粉颗粒，因此经过不　

同压力超高压均质的大米淀粉喷雾干燥后再经超微粉碎　

处理，颗粒粒度列于表２。从表２可以看出，超微粉碎进　

一

步使大米淀粉中的大颗粒转变为小颗粒，微细化效果　

明显。　

如表２所示，未均质大米淀粉超微粉碎后，９０％小　

于１６６８．６　ｎｍ，５０％小于９１３．７　ｎｍ。４０　ＭＰａ均质处理大　

米淀粉超微粉碎后，５０％的颗粒粒度分布区域转移到　

２４０￣７００　ｎｍ。８０　ＭＰａ均质处理大米淀粉超微粉碎后，平　

均粒径减小到了１６８．６　ｎｍ，９０％小于２１６．９　ｎｍ。１２０　ＭＰａ　

均质处理大米淀粉超微粉碎后颗粒粒度达到最小值，平　

均粒径达到了７４．８　ｎｍ，５０％分布在５０～１６０　ｎｍ。１６０　ＭＰａ　

均质处理的大米淀粉超微粉碎后，颗粒粒度理应更为细　

小，但实测平均粒径达到了１２８－３　ｎｍ，９０　小于２１６．６ｎｌＴｌ，　

比１２０　ＭＰａ均质后超微粉碎的样品来说，粒度不减反增，　

可能是静电作用使超微粉体间产生了团聚现象。　

表２均质后超微粉碎对大米淀粉颗粒粒度的影响　

Ｔａｂｌｅ　２　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒ—ｍｉｃｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｆｔｅｒ　ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ　

ｏｎ　ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ　ｏｆ　ｒｉｃｅ　ｓｔａｒｃｈ　／ｒｕｎ　

２．３大米淀粉吸湿性能的分析　

纳米级大米淀粉的粒度减小，比表面积增大，因此　

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２５２　农业工程学报　２００８笠　

有较好的吸附能力。选择经超高压均质和超微粉碎处理　

后的不同粒径的淀粉样品，以无水乙醇为吸附质，测定　

了它们的吸湿性能，结果如图１所示。　

由图１可知，随着大米淀粉粒度的减小，其吸湿性　

能快速上升。平均粒径２８００　ｎ／ｎ的大米淀粉５０　ｈ后吸湿　

增重比为２５．９％，而平均粒径７５　ｎ／ｎ的纳米级大米淀粉吸　

湿增重比则达到８７．８％，增加了两倍多。这是因为，淀粉　

经超高压均质和超微粉碎处理，颗粒不断被微细化，其　

比表面积和表面能也不断增大，淀粉活性增加，故吸附　

能力不断增强。可见，大米淀粉粒度的减小能增大淀粉　

样品的吸湿能力。　

１００　

８０　

萎６０　

霎４０　

２０　

０　

７５　１７０　４２０　６７０　１４００　２８００　

平均粒径／ｎｍ　

图１　大米淀粉的吸湿性能　

Ｆｉｇ．１　Ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆｆｉｃｅ　ｓｔａｒｃｈ　

２．４大米淀粉溶解度、膨胀率的分析　

淀粉颗粒的溶解度与膨胀率是淀粉的一项基本性　

质，它反映了淀粉样品的水合能力［１３］。选择超高压均质　

和超微粉碎处理后的不同粒径的淀粉样品，考察它们的　

溶解与膨胀性能，结果如图２、３所示。　

１．２　

１．０　

０．８　

蠢　

蓑叫　

０．２　

０　

７５　１７０　４２０　６７０　１４００　２８ｏｏ　

平均粒径／ｎｍ　

图２大米淀粉的溶解度　

Ｆｉｇ．２　Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ　ｏｆｆｉｃｅ　ｓｔａｒｃｈ　

２．７　

２．６　

董２・５　

褥２．４　

２．１　

２．０　

７５　１７０　４２０　６７０　１４００　２８００　

平均粒径／ｒｉｍ　

图３大米淀粉的膨胀率　

Ｆｉｇ．３　Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆｆｉｃｅ　ｓｔａｒｃｈ　

从图２可见，大米淀粉随着粒径的减小，溶解度逐　

渐增大，说明大米淀粉纳米化能大大促进淀粉颗粒的溶　

解。图３的曲线说明，随着淀粉颗粒粒度的减小，膨胀　

率也逐渐增大。这是因为超高压均质和超微粉碎能使淀　

粉颗粒的形貌发生很大变化，逐步粉碎成无数个粒度较　

小的颗粒，导致表面能增加，比表面积增大，活性点增　

多。同时粉碎过程也破坏了淀粉的晶格结构，解离了淀　

粉的双螺旋结构，这些机械力化学效应极大地促进了水　

分子和大米淀粉分子游离羟基的结合，所以溶解度和膨　

胀率大大增加。　

３结论　

１）超高压均质技术能有效地减小大米淀粉的颗粒粒　

度，将平均粒径由２８００　ｎ／ｎ减小到３５０　ｎ／ｎ，粉碎过程大　

致上可分为：缓慢变化区一急剧变化区一缓慢变化区一　

粉碎平衡区４个阶段。　

２）超高压均质后再超微粉碎能进一步减小大米淀粉　

的颗粒粒度，最小的平均粒度达到了７４．８　ｎ／ｎ。超高压均　

质压力应在最适压力范围内，若压力过高则导致粒度不　

减反增，如１６０　ＭＰａ超高压均质后再超微粉碎效果不如　

１２０ＭＰａ效果好。　

３）随着粒度的减小，淀粉与水的结合能力增强，吸　

湿性能、溶解度和膨胀率明显提高，体现了纳米级大米　

淀粉的表面效应和小尺寸效应。　

４）利用纳米级大米淀粉的溶解性好、粒度小等性能，　

可能替代奶油用于低脂冰淇淋、低脂人造奶油及化装品、　

造纸等生产中［Ｍ　。　

［参考文献】　

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第１期　涂宗财等：纳米级大米淀粉的制备及性质　２５３　

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Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ｒｉｃｅ　ｓｔａｒｃｈ　

Ｔｕ　Ｚｏｎｇｃａｉ　ｆ　Ｒｅｎ　Ｗｅｉ　ｆ　Ｌｉｕ　Ｃｈｅｎｇｍｅｉ　ｆ　Ｗａｎｇ　Ｚｈｅｎｘｉｎｇ　ｆ　Ｌｉ　Ｍｉｎ　ｆ　Ｇｕｏ　Ｘｉａｏｙａｏ　ｆ　Ｌｉｎ　Ｄｅｒｏｎｇ　ｆ　Ｚｈａｎｇ　Ｂｏ　

（Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅ　ｏｆＭｉｎｓｉｔｙ　ｒｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００４７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ｒｉｃｅ　ｓｔａｒｃｈ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｓｕｐｅｒ　ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｕｐｅｒ－ｍｉｃｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｔｏ　

ｅｘｐｌｏｒｅ　ａ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｐｒｅｐａｒｉｎｇ　ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ｓｔａｒｃｈ　ａｎｄ　ｔｏ　ｐｒｏｖｅ　ｉｔｓ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ，　

ｈｙｇｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｄｅｇｒｅｅ，ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ｒｉｃｅ　ｓｔａｒｃｈ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　

ｓｕｐｅｒ　ｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｕｐｅｒ－ｍｉｃｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ｃｏｕｌｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｍｉｎｉｓｈ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ｉｒｃｅ　ｓｔａｒｃｈ　ａｎｄ　

ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｇａｉｎ　ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ｒｉｃｅ　ｓｔａｒｃｈ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｃｅ　ｒ

ｓｔａｒｃｈ，ｉｔｓ　ｈｙｇｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｄｅｇｒｅｅ，ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．Ｉｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ａｂｉｌｉｔｙ　

ｏｆ　ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ｒｉｃｅ　ｓｔａｒｃｈ　ｗａｓ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｓｉｚｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｎａｎｏｍｅｔｅｒ　ｉｃｅ　ｒｓｔａｒｃｈ．．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｍｅｔｅｒ；ｒｉｃｅ　ｓｔｒｃｈ；ｓａｕｐｅｒ　ｈｉｇｈ・－ｐｒｅｓｓｒｅ　ｕｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ；ｓｕｐｅｒ－・ｍｉｃｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ