王立東，肖志剛，齊鵬志，董繼陽(yáng)，劉 洋，董欽穌

氣流粉碎對(duì)高直鏈玉米淀粉顆粒形態(tài)及性質(zhì)的影響

王立東1,2，肖志剛1*，齊鵬志3，董繼陽(yáng)3，劉 洋3，董欽穌3

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)國(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319；3.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

為探討氣流粉碎對(duì)玉米淀粉顆粒形態(tài)及理化性質(zhì)影響，以高直鏈玉米淀粉為原料，利用流化床氣流粉碎設(shè)備在不同分級(jí)頻率條件下粉碎處理，使用掃描電子顯微鏡、偏光顯微鏡、激光粒度分析儀、X-射線衍射儀、快速粘度分析儀研究粉碎處理前后高直鏈玉米淀粉顆粒形態(tài)、雙折射現(xiàn)象、顆粒尺寸及分布、晶體結(jié)構(gòu)、粉體密度、壓縮度、水合性質(zhì)及脂肪結(jié)合能力、淀粉糊粘度等結(jié)構(gòu)及性質(zhì)變化。結(jié)果表明，淀粉粉體經(jīng)氣流粉碎微細(xì)化后，粉體顆粒形狀及尺寸不均，顆粒表面粗糙，粒徑變小，在分級(jí)頻率3 000 r·min-1時(shí)顆粒平均粒徑由14.01 μm減至5.8μm，偏光十字減少；淀粉相對(duì)結(jié)晶度由28.63%降至19.19%，破壞淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)，由多晶態(tài)向無(wú)定形態(tài)轉(zhuǎn)變；微細(xì)化后粉體松裝密度和振實(shí)密度降低，壓縮度增大，粉體水溶性、膨脹性、持水及脂肪結(jié)合能力增強(qiáng)；淀粉糊衰減度和回生值分別為原淀粉1/4.4和1/1.9，淀粉熱糊及冷糊穩(wěn)定性較好。研究結(jié)果為淀粉干法物理改性技術(shù)研究和高直鏈玉米淀粉深加工與高值化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

氣流粉碎；高直鏈玉米淀粉；顆粒形態(tài)；理化性質(zhì)

淀粉主要由直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種葡聚糖有序聚合而成[1]，通常以半結(jié)晶結(jié)構(gòu)顆粒態(tài)存在于植物器官中，不同植物來(lái)源淀粉形態(tài)和結(jié)構(gòu)不同，同種來(lái)源直鏈淀粉含量不同其顆粒狀態(tài)不同[2-3]。淀粉顆粒特性主要為淀粉顆粒形態(tài)、尺寸、偏光十字和晶體結(jié)構(gòu)等。淀粉顆粒尺寸影響淀粉理化性質(zhì)及加工性能[4]。直鏈淀粉和支鏈淀粉分子結(jié)構(gòu)特征和特性不同，如淀粉顆粒中支鏈淀粉有助于提高淀粉溶脹能力，直鏈淀粉則起抑制作用[5]。

淀粉糊化過(guò)程中，支鏈淀粉主要存在于溶脹淀粉顆粒中，部分直鏈淀粉游離到顆粒外并形成連續(xù)膠體相[6]。同種淀粉中直鏈淀粉含量不同使淀粉分子結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生變化，產(chǎn)生個(gè)體差異[7]。玉米淀粉為化學(xué)成分最佳淀粉之一，純度達(dá)99.5%，常見類型有蠟質(zhì)玉米淀粉、普通玉米淀粉和高直鏈玉米淀粉，蠟質(zhì)玉米淀粉支鏈淀粉含量在95%以上，普通玉米淀粉直鏈淀粉含量在22%～28%，高直鏈玉米淀粉直鏈淀粉含量在55%以上。玉米淀粉可通過(guò)化學(xué)、物理方法修飾產(chǎn)生多種變性淀粉，作為原料廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和能源等工業(yè)[8-9]。高直鏈玉米淀粉分子結(jié)構(gòu)特殊，水分子和酶制劑等難以進(jìn)入顆粒內(nèi)部，限制高直鏈玉米淀粉應(yīng)用，因此采用技術(shù)方法改性處理，獲得功能特性進(jìn)一步加強(qiáng)直鏈淀粉，如耐熱性[10]、沸水浴中保持較好糊化特性及顆粒完整性[11-13]、抗消化性能[14-15]等，使其常作為抗性淀粉應(yīng)用于食品加工及增強(qiáng)藥物緩釋性能；將直鏈淀粉溶解，與氫鍵結(jié)合，形成剛性不透明膠體，應(yīng)用于糖果業(yè)；直鏈淀粉還可用于膠片和膠條制造，產(chǎn)品具有透明度、彈性、抗拉強(qiáng)度和抗水性。

氣流粉碎技術(shù)為淀粉物理改性有效方法，具有產(chǎn)品粒度細(xì)、分布窄、精度高、均勻性與分散性好及生產(chǎn)能力和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[16]。Protonotariou等利用氣流粉碎大米和小麥粉，處理后粉體有效成分提取和反應(yīng)速率顯著提高[17]。Saleem等利用氣流粉碎技術(shù)處理藥物，可將原料藥粉碎至1～5μm，所得藥粉粒度細(xì)、分布窄，對(duì)藥物溶出和肺部給藥有利[18]；Onoue等研究氣流粉碎制備胰高血糖素干粉，對(duì)白鼠肺部給藥，表明干粉吸入劑降血糖作用顯著提高，溶出度大幅改善[19-20]。布洛芬顆粒在氣流粉碎下可獲5μm以下粉末，溶出度優(yōu)于濕磨法[21]。Wang等利用氣流粉碎技術(shù)處理不同支鏈含量普通玉米淀粉和高支鏈玉米淀粉，表明微細(xì)化處理對(duì)淀粉顆粒形態(tài)、尺寸、結(jié)晶度、溶解度等性質(zhì)影響顯著[22-23]。

以高直鏈玉米淀粉為原料，通過(guò)氣流粉碎技術(shù)處理制備微細(xì)化淀粉，研究其顆粒微觀形態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的報(bào)道鮮見。因此，本研究以高直鏈玉米淀粉為原料，利用流化床氣流粉碎設(shè)備在不同分級(jí)頻率條件下粉碎處理，制備微細(xì)化高直鏈玉米淀粉，使用掃描電子顯微鏡、偏光顯微鏡、激光粒度分析儀、X-射線衍射儀、快速粘度分析儀研究粉碎處理前后高直鏈玉米淀粉顆粒形態(tài)、雙折射現(xiàn)象、顆粒尺寸及分布、晶體結(jié)構(gòu)、粉體密度、壓縮度、水合性質(zhì)及脂肪結(jié)合能力、淀粉糊粘度等結(jié)構(gòu)及性質(zhì)變化，分析氣流粉碎微細(xì)化處理對(duì)高直鏈玉米淀粉性質(zhì)影響，為淀粉干法物理改性技術(shù)研究和玉米淀粉深度開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高直鏈玉米淀粉原料由河南秀倉(cāng)化工產(chǎn)品有限公司提供，食品級(jí)，直鏈淀粉含量為82.51%，水分含量為10.48%，灰分為0.08%，粒度（平均徑）為14.01μm；分析純?cè)噭┵?gòu)自天津市天大化學(xué)試劑廠和沈陽(yáng)化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

中試型LHL型流化床式氣流粉碎機(jī)購(gòu)自山東濰坊正遠(yuǎn)粉體工程設(shè)備有限公司；S-3400N掃描電子顯微鏡購(gòu)自日本HITACHI公司；NP-800TRF偏光顯微鏡購(gòu)自寧波永新光化學(xué)股份有限公司；Bettersize 2000激光粒度分布儀購(gòu)自丹東市百特儀器有限公司；X′Pert PROX-射線衍射儀購(gòu)自荷蘭帕納科公司；RVA4500快速粘度分析儀購(gòu)自瑞典Perten公司；AR2140型分析天平購(gòu)自瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 氣流粉碎微細(xì)化高直鏈玉米淀粉制備

氣流粉碎高直鏈玉米淀粉制備采用Wang等方法并適當(dāng)修改[22]。流化床氣流粉碎機(jī)，設(shè)有3個(gè)噴嘴，噴嘴間平面角度為120°。設(shè)備操作參數(shù)設(shè)定為：產(chǎn)品進(jìn)料量恒定為500 g，壓縮空氣為粉碎介質(zhì)，恒定壓力為0.8 MPa，在分級(jí)頻率分別設(shè)定為2 400、3 000和3 600 r·min-1條件下收集粉碎淀粉樣品。樣品收集后密封貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 淀粉顆粒形態(tài)分析

采用掃描電子顯微鏡（Scanning electron micro?scope,SEM）觀察淀粉顆粒形態(tài)特征，參照Wang等方法[22]，取適量淀粉樣品分散于導(dǎo)電雙面膠，將雙面膠黏貼于載物臺(tái)上，鍍金處理，加速電壓為10 kV，于適當(dāng)放大倍數(shù)觀察淀粉顆粒形態(tài)。

1.3.3 淀粉顆粒雙折射現(xiàn)象

以無(wú)水乙醇為分散劑，配制1%淀粉乳液，選擇適當(dāng)光強(qiáng)度和放大倍數(shù)，利用偏光顯微鏡（Polar?izing microscope，PM）觀察和拍攝淀粉顆粒雙折射現(xiàn)象。

1.3.4 淀粉顆粒尺寸及分布

用激光粒度分析儀（Laser particle analyzer,LPA）分析淀粉顆粒尺寸及分布，測(cè)定參照Wang等方法[22]，以去離子水為分散溶劑，粒度儀折射率和吸收率分別設(shè)定為1.520和0.001。淀粉顆粒尺寸采用D（v,0.1）、D（v,0.5）、D（v,0.9）分析，淀粉顆粒分布采用跨度值Span分析，其中Span=D（v,0.9）-D（v,0.1）D（v,0.5）。

1.3.5 X-射線衍射（X-ray diffraction，XRD）分析

衍射測(cè)試條件參照劉天一等方法[24]：衍射角2θ，4°～37°；步長(zhǎng)；掃描速度，8°·min-1；靶型，Cu；管壓、管流，40 kV、30 mA。淀粉相對(duì)結(jié)晶度（Relative crystallinity,RC）計(jì)算參照Nara等方法[25]，MDIJade軟件分析計(jì)算，取3次擬合結(jié)果平均值。

1.3.6 淀粉粉體松裝密度、振實(shí)密度及壓縮度測(cè)定

淀粉粉體松裝密度和振實(shí)密度測(cè)定參照Syah?rizal等方法[26]，壓縮度測(cè)定參照Shah等方法[27]。

1.3.7 淀粉水合性質(zhì)及脂肪結(jié)合能力測(cè)定

水合性質(zhì)測(cè)定參照Z(yǔ)hang等方法[28]，脂肪結(jié)合能力測(cè)定參照Lin等方法[29]。

溶解度（Water solubility index,WSI）測(cè)定：稱約1.0 g淀粉樣品（M1）于離心管中，室溫下50 mL去離子水分散溶解，置于80℃水浴鍋中保持30 min，冷卻后3 000 r·min-1離心20 min。上清液置于已知重量（M2）鋁箔中，110℃條件下干燥24 h，測(cè)定鋁箔及殘?jiān)亓浚∕3）。WSI（%）=（M3-M2）/M1×100%

膨脹度（Swelling capacity,SC）測(cè)定：稱2.0 g淀粉粉體樣品（M）置于容量筒中，加15 mL去離子水，輕微震蕩至粉體充分分散。25℃水浴中保持24 h，使粉體充分吸水膨脹，記錄淀粉膨脹后所占體積（V）。SC（mL·g-1）=V/M

持水能力測(cè)定（Water holding capacity,WHC）測(cè)定：選取50 mL已知重量（M）離心管，約稱1.0 g淀粉粉體樣品（M1）置于離心管中，加20 mL去離子水分散淀粉粉體樣品，60℃水浴30 min后冰浴冷卻30 min，4 000 r·min-1離心20 min，倒掉上清液后稱量沉淀物及離心管重量（M2）。WHC（g·g-1）=（M2-M）/M1

脂肪結(jié)合能力（Fat binging capacity,FBC）測(cè)定：選取50 mL已知重量（M）離心管，稱約5.0 g淀粉粉體樣品（M1）和20 mL玉米油置于離心管中，每隔5 min振蕩30 s，振蕩30 min， 4 000 r·min-1條件下離心20 min。倒掉上層玉米油后稱量沉淀物及離心管重量（M2）。FBC（g·g-1）=（M2-M）/M1

1.3.8 糊化特性分析

糊化特性采用快速粘度分析儀（Rapid visco analysis，RVA）測(cè)定。測(cè)試過(guò)程溫度采用Std1升溫程序，具體步驟參照Yao等方法適當(dāng)改進(jìn)[30]。稱淀粉3.5 g，加蒸餾水20 mL，制備測(cè)試樣品。在攪拌過(guò)程中，罐內(nèi)溫度變化如下：50℃下保持1 min；3 min 42 s內(nèi)升至95℃；95℃保持2.5 min；3 min 48 s內(nèi)溫度降至50℃并保持2 min。攪拌器在起始10 s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)速度為960 r·min-1，保持160 r·min-1。

1.3.9 數(shù)據(jù)處理

采用Graphpad Prism 6.0軟件作數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，Excel軟件繪圖。試驗(yàn)所有測(cè)定數(shù)據(jù)均作3次平行試驗(yàn)（n=3），試驗(yàn)結(jié)果取平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉顆粒形態(tài)

由圖1可知，原料淀粉顆粒形狀主要為多面體，部分顆粒呈近似球形或橢圓形顆粒，顆粒表面光滑，部分顆粒表面嵌有微孔。淀粉顆粒經(jīng)過(guò)氣流粉碎處理后，淀粉顆粒在破擦、碰撞等機(jī)械力作用下，淀粉顆粒產(chǎn)生物理性分解，淀粉顆粒明顯減小，淀粉顆粒形狀不規(guī)則，顆粒表面粗糙。在低分級(jí)頻率2 400 r·min-1條件下，淀粉顆粒大部分破碎，但仍有部分顆粒保持完整粒形且顆粒較大。隨分級(jí)頻率增加，淀粉大顆粒在粉碎腔內(nèi)高速離心力作用下重新粉碎，淀粉顆粒粒度減小，在3 000 r·min-1條件下，淀粉顆粒粉碎均勻，當(dāng)分級(jí)頻率達(dá)3 600 r·min-1時(shí)，淀粉顆粒粒度減小，出現(xiàn)部分細(xì)小碎片顆粒。

圖1 氣流粉碎不同分級(jí)頻率條件下高直鏈玉米淀粉掃描電鏡圖譜Fig.1 SEM of starch samplestreated by jet milling at different classifier frequency

2.2 淀粉顆粒雙折射現(xiàn)象

淀粉顆粒由結(jié)晶結(jié)構(gòu)和無(wú)定形結(jié)構(gòu)組成，兩種結(jié)構(gòu)對(duì)光折射率不同，淀粉顆粒在偏振光作用下出現(xiàn)黑色十字，稱為“偏光十字”[31]。由圖2可知，高直鏈玉米淀粉原料呈偏光十字現(xiàn)象，說(shuō)明原料淀粉含晶體結(jié)構(gòu)。淀粉顆粒經(jīng)氣流粉碎處理后，部分淀粉顆粒偏光十字消失，說(shuō)明氣流粉碎處理破壞淀粉晶體結(jié)構(gòu)，且隨分級(jí)頻率增加，偏光十字消失現(xiàn)象嚴(yán)重，淀粉結(jié)構(gòu)由結(jié)晶態(tài)向無(wú)定型態(tài)轉(zhuǎn)變。

2.3 淀粉顆粒尺寸及分布

由表1和圖3可知，原料高直鏈玉米淀粉顆粒較大，其顆粒平均徑D50值為14.01±0.05μm，90%顆粒＜（21.24±0.04）μm。當(dāng)?shù)矸垲w粒經(jīng)過(guò)氣流粉碎處理后，顆粒粒度明顯減小，隨分級(jí)頻率增加，顆粒粒度呈下降趨勢(shì)，當(dāng)分級(jí)頻率從3 000增至3 600 r·min-1時(shí)，淀粉顆粒粒度下降較慢。分級(jí)頻率為3 000 r·min-1時(shí)淀粉顆粒達(dá)良好粉碎效果，90%顆粒＜10.99±0.04μm。隨淀粉顆粒粉碎，淀粉顆粒粒度減小，淀粉顆粒比表面積增大，3 000 r·min-1條件下，淀粉顆粒比表面積增大1.89倍，比表面積增加有利于增加淀粉顆粒表面活性。粉體樣品較小跨距值（span≤3.0）表明粒度分布較窄，粒度均勻[32]。原料淀粉與氣流粉碎淀粉均呈現(xiàn)較小跨度值，淀粉顆粒均勻性較好，但粉體跨度值隨分級(jí)頻率增加而增大，說(shuō)明粉體在粉碎過(guò)程中摩擦、撞擊、碰撞等不同機(jī)械力作用下分別產(chǎn)生不同程度破碎，形成不同粒度分布。

圖2 氣流粉碎不同分級(jí)頻率條件下高直鏈玉米淀粉偏光十字圖譜Fig.2 PM of starch samplestreated by jet milling at different classifier frequency

表1 氣流粉碎不同分級(jí)頻率條件下高直鏈玉米淀粉粒度尺寸Table 1 Particle size of starch samples treated by jet milling at different classifier frequency

圖3 氣流粉碎不同分級(jí)頻率條件下高直鏈玉米淀粉粒度分布曲線Fig.3 Particledistribution curveof starch samplestreated by jet milling at different classifier frequency

2.4 X-射線衍射分析

由圖4可知，原料高直鏈玉米淀粉衍射角2θ為16°和23°時(shí)出現(xiàn)較強(qiáng)衍射峰，2θ為18°、20°和26°時(shí)出現(xiàn)較弱衍射峰特征，為典型B型晶體結(jié)構(gòu)[33]。淀粉經(jīng)過(guò)氣流粉碎處理后，仍呈B型晶體結(jié)構(gòu)，但衍射峰強(qiáng)度明顯減弱。在分級(jí)頻率3 000 r·min-1時(shí)，淀粉樣品相對(duì)結(jié)晶度由28.63%降至19.19%。說(shuō)明氣流粉碎處理對(duì)淀粉晶型特征影響顯著，但淀粉結(jié)晶程度顯著降低，無(wú)定型區(qū)增加。此結(jié)果與雙折射現(xiàn)象表現(xiàn)一致。

圖4 氣流粉碎不同分級(jí)頻率條件下高直鏈玉米淀粉X-衍射曲線Fig.4 XRDof starch samplestreated by jet milling at different classifier frequency

2.5 淀粉粉體松裝密度、振實(shí)密度及壓縮度

松裝密度為粉體填滿標(biāo)準(zhǔn)容器質(zhì)量與粉體容積之比，反映常規(guī)形態(tài)下單位體積容器所盛粉體重量。振實(shí)密度是將顆粒填充到容器中，按一定振幅和頻率上下振動(dòng)，排除粉體中空氣，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)間或振動(dòng)次數(shù)后刮平，此時(shí)粉體質(zhì)量與容積之比。振實(shí)密度反映粉體在排除空氣后單位體積容積所盛粉體重量。壓縮度是指粉體振實(shí)密度與松裝密度之差與振實(shí)密度之比，反應(yīng)兩種狀態(tài)下粉體體積減小程度。松裝密度和振實(shí)密度參數(shù)常應(yīng)用于粉體加工、運(yùn)輸及存貯過(guò)程，粉體不同壓縮度對(duì)粉體傾倒、篩分、混合和輸送等加工特性具有重要影響[34]。

由表2可知，原料淀粉松裝密度和振實(shí)密度較大，粉體經(jīng)氣流粉碎處理后，粉體松裝密度和振實(shí)密度均降低，且隨分級(jí)頻率增加呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)。粉體壓縮度隨分級(jí)頻率增加而增大，說(shuō)明在較高分級(jí)頻率時(shí)獲得粉體樣品體積變化較大，主要因分級(jí)頻率增大，粉體粒度減小，產(chǎn)生較大體積變化。

表2 氣流粉碎不同分級(jí)頻率條件下高直鏈玉米淀粉松裝密度、振實(shí)密度及壓縮度Table 2 Density and compressibility of starch samples treated by jet milling at different classifier frequency

2.6 淀粉水合性質(zhì)和脂肪結(jié)合能力

由圖5可知，高直鏈玉米淀粉樣品經(jīng)氣流粉碎處理后，粉體溶解度、膨脹度、持水能力及脂肪結(jié)合能力較原淀粉均顯著增加，且隨分級(jí)頻率增加逐漸增大。當(dāng)分級(jí)頻率達(dá)3 000 r·min-1時(shí)，粉體水合性質(zhì)和脂肪結(jié)合能力緩慢增加。主要原因是粉體顆粒減小，增加粉體比表面積，同時(shí)粉體顆粒晶體結(jié)構(gòu)破壞，更多氫鍵暴露，水和油更易進(jìn)入顆粒內(nèi)部與氫鍵結(jié)合，影響粉體水合和脂肪結(jié)合特性[35]。

圖5 氣流粉碎不同分級(jí)頻率條件下高直鏈玉米淀粉水合性質(zhì)及脂肪結(jié)合能力變化曲線Fig.5 Hydration properties and fat binging capacity of starch samples treated by jet milling at different classifier frequency

2.7 淀粉糊化特性

RVA曲線為一定質(zhì)量濃度淀粉溶液在加熱、高溫、冷卻過(guò)程中，其黏滯性發(fā)生一系列變化的過(guò)程曲線。PT為淀粉糊化溫度，PV為淀粉溶液在加溫過(guò)程中因微晶束熔融形成膠體網(wǎng)絡(luò)時(shí)最高粘度值，TV為保溫過(guò)程中淀粉從凝膠狀態(tài)變?yōu)槿苣z狀態(tài)出現(xiàn)稀松現(xiàn)象時(shí)最低粘度值，F(xiàn)V為淀粉分子重新締合出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象時(shí)粘度回升后最終值，BD為衰減度（BD=PV-TV），代表熱糊穩(wěn)定性，SB為回生值（SB=FV-TV），代表冷糊穩(wěn)定性[36-37]。由表3可知，與原料淀粉相比，氣流粉碎后高直鏈玉米淀粉PV、FV、TV、BD、SB等粘度值均呈顯著下降，糊化溫度顯著升高。主要是淀粉顆粒經(jīng)氣流粉碎后，顆粒粒度減小，顆粒破裂程度較大，結(jié)晶度降低，淀粉糊流動(dòng)阻力下降所致。當(dāng)分級(jí)頻率達(dá)3 000 r·min-1時(shí)，各粘度值最低，繼續(xù)增加分級(jí)頻率，粘度值變化不大，糊化溫度幾乎無(wú)變化。此時(shí)，氣流粉碎玉米淀粉BD和SB值分別為原淀粉1/4.4和1/1.9，說(shuō)明氣流粉碎后高直鏈玉米淀粉熱糊穩(wěn)定性優(yōu)于原淀粉，不易回生。因此，氣流粉碎高直鏈玉米淀粉粘度均低于原淀粉，更適用于高濃低黏體系。

表3 氣流粉碎不同分級(jí)頻率條件下高直鏈玉米淀粉糊化特性Table 3 Gelatinization characteristics of starch samples treated by jet milling at different classifier frequency

3 討論與結(jié)論

氣流粉碎和球磨研磨是淀粉機(jī)械活化兩種重要方法，常用于淀粉物理改性。Huang等利用球磨對(duì)玉米淀粉研磨處理，0～50 h淀粉顆粒形態(tài)從不規(guī)則大顆粒向片狀細(xì)小顆粒結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，細(xì)小顆粒團(tuán)聚而成聚集體，顆粒粒徑先減后增，粒徑變化與處理時(shí)間無(wú)關(guān)[38]；劉天一等利用球磨研磨制備籠狀玉米淀粉，得到淀粉顆粒呈扁長(zhǎng)狀，表面粗糙且有裂痕和凹陷，顆粒粒徑在5～80μm，顆粒中位徑為18.87μm，淀粉顆粒比表面積和孔徑增大[31]。本研究氣流粉碎制備微細(xì)化高直鏈玉米淀粉顆粒形態(tài)由光滑多角形變?yōu)椴灰?guī)則形狀，表面粗糙，顆粒粒度明顯減小，比表面積增大，粒度分布均勻，顆粒中位徑為5.8μm，且粉碎后90%粒徑＜11.41μm。氣流粉碎處理后微細(xì)化淀粉顆粒無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，可獲得顆粒粒徑更小，比表面積更大淀粉產(chǎn)品。

劉天一等研究球磨研磨一定時(shí)間后玉米淀粉顆粒幾乎無(wú)偏光十字現(xiàn)象，淀粉顆粒雙折射現(xiàn)象完全消失[31]；吳俊利用沖擊板式氣流粉碎玉米淀粉，隨微細(xì)化程度增加，偏光十字減少，淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)降低，無(wú)序化程度提高[39]，與本研究結(jié)果一致。同樣在X-射線衍射作用下，淀粉呈不同衍射強(qiáng)度及半峰寬變化，反映淀粉顆粒無(wú)定形化程度和晶格畸變情況。Zhang等利用球磨法制備玉米淀粉，晶體結(jié)構(gòu)破壞，淀粉顆粒從多晶態(tài)轉(zhuǎn)為無(wú)定形態(tài)，衍射峰由尖峰變成彌散峰特征，結(jié)晶度顯著下降[40]。本研究制備微細(xì)化高直鏈玉米淀粉結(jié)晶度由28.63%降至19.19%，說(shuō)明氣流粉碎微細(xì)化處理破壞淀粉晶體結(jié)構(gòu)，由多晶態(tài)向無(wú)定形態(tài)轉(zhuǎn)變，但淀粉仍存在一定結(jié)晶結(jié)構(gòu)。由偏光十字和X-射線衍射分析可知，氣流粉碎處理對(duì)于降低淀粉結(jié)晶度作用影響顯著。

淀粉粉體經(jīng)過(guò)球磨研磨可提高粉體溶解能力、持水和持油能力、熱糊穩(wěn)定性、冷糊穩(wěn)定性、淀粉表面反應(yīng)活性，提高淀粉磷酸酯化、乙?；确磻?yīng)活性[38-40]。本研究得氣流粉碎微細(xì)化淀粉粉體具有良好溶解性、膨脹性及持水能力等水合特性，脂肪結(jié)合能力增大，粉體具有熱糊、冷糊穩(wěn)定性，應(yīng)用特性較好。未來(lái)需進(jìn)一步探究氣流粉碎對(duì)淀粉片層結(jié)構(gòu)中分子基團(tuán)、分子鏈螺旋結(jié)構(gòu)、分子質(zhì)量及分布影響。

[1] Shi Y C,Capitani T,Trzasko P,et al.Molecular structure of a low-amylopectin starch and other high-amylose maize starches[J].Journal of Cereal Science,1998,27(3):289-299.

[2] Ahmed M,Lelievre J.Effect of various drying procedures on the crystallinity of starch isolated from wheat grains[J].Starch-Starke,1978,30(3):78-79.

[3] Hoover R.Composition,molecular structure,and physicochemical properties of tuber and root starches:A review[J].Carbohydrate Polymers,2001,45(3):253-267.

[4]Lindeboom N,Chang PR,Tyler RT.Analytical,biochemical and physicochemical aspects of starch granule size,with emphasis on small granule starches:A review[J].Starch-Starke,2004,56(3-4):89-99.

[5] Fredriksson H,Silverio J,Andersson R,et al.The influence of amylose and amylopectin characteristics on gelatinization and retrogradation properties of different starches[J].Carbohydrate Polymers,1998,35(3-4):119-134.

[6]Morrison WR,Tester RF,Snape CE,et al.Swellingand gelatini?zation of cereal starches-someeffectsof lipid-complexed amylose and free amylose in waxy and normal barley starches[J].Cereal Chemistry,1993,70(4):385-391.

[7] Hermansson A M,Svegmark K.Developments in the understand?ing of starch functionality[J].Trends in Food Science&Technolo?gy,1996,7(11):345-353.

[8] 朱保俠,裴玉賀,郭新梅,等.玉米籽粒淀粉含量遺傳效應(yīng)分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,43(10):115-119.

[9] 陳佩.不同鏈支比玉米淀粉形態(tài)及其在有無(wú)剪切力下糊化研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2010.

[10] Ratnayake W S,Jackson D S.A new insight into the gelatiniza?tion process of native starches[J].Carbohydrate Polymers,2007,67(4):511-529.

[11] Liu H,Yu L,Xie F,et al.Gelatinization of corn starch with different amylose/amylopectin content[J].Carbohydrate Polymers,2006,65(3):357-363.

[12] Liu P,Xie F,Li M,et al.Phase transitions of maize starches with different amylose contents in glycerol-water systems[J].Carbohy?drate Polymers,2011,85(1):180-187.

[13] Wang J,Yu L,Xie F,et al.Rheological propertiesand phase tran?sition of corn starches with different amylose/amylopectin ratios under shear stress[J].Starch-Starke,2010,62(12):667-675.

[14] Sajilata M G,Singhal R S,Kulkarni P R.Resistant starch-a review[J].Comprehensive Reviews in Food Science&Food Safety,2006,5(1):1-17.

[15] Jiang H,Jane J.Type 2 resistant starch in high-amylose maize starch and its development[M].Resistant Starch:Sources,Appli?cationsand Health Benefits,2013.

[16] 蔡艷華,馬冬梅,彭汝芳,等.超音速氣流粉碎技術(shù)應(yīng)用研究新進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2008,27(5):671-674,714.

[17] Protonotariou S,Drakos A,Evageliou V,et al.Sieving fraction?ation and jet mill micronization affect the functional properties of wheat flour[J].Journal of Food Engineering,2014,134(1):24-29.

[18] Saleem I Y,Smyth H D C.Micronization of a soft material:Airjet and micro-ball milling[J].Aaps Pharmscitech,2010,11(4):1642-1649.

[19] Onoue S,Yamamoto K,Kawabata Y,et al.Novel dry powder inhaler formulation of glucagon with addition of citric acid for enhanced pulmonary delivery[J].International Journal of Pharma?ceutics,2009,382(1-2):144-150.

[20] Onoue S,Kuriyama K,Uchida A,et al.Inhalable ustainedrelease formulation of glucagon:In vitro amyloidogenic and inha?lation properties,and in vivo absorption and bioactivity[J].Phar?maceutical Research,2011,28(5):1157-1166.

[21] Shariare M H,Blagden N,Dematas M,et al.Influence of solvent on themorphology and subsequent comminution of ibuprofen crys?tals by air jet milling[J].Journal of Pharmaceutical Sciences,2012,101(3):1108-1119.

[22] 王立東,肖志剛.氣流粉碎對(duì)玉米淀粉結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016,32(24):276-281.

[23] 王立東,寇芳,劉婷婷.氣流超微粉碎對(duì)蠟質(zhì)玉米淀粉結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)影響[J].高分子通報(bào),2017(2):104-112.

[24] 劉天一,馬鶯,李德海,等.非晶化玉米淀粉理化性質(zhì)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,42(4):602-607.

[25] Nara S,Komiya T.Studies on the relationship between watersatured state and crystallinity by the diffraction method for moist?ened potatostarch[J].Starch-Starke,1983,35(12):407-410.

[26] Syahrizal M,Min S K,Lee D U.Tailoring physicochemical and sensorial properties of defatted soybean flour using jet-milling technology[J].Food Chemistry,2015,187:106-111.

[27] Shah R B,Tawakkul M A,Khan M A.Comparative evaluation of flow for pharmaceutical powders and granules[J].Aaps Pharmsci?tech,2008,9(1):250-258.

[28] Zhang Z,Song H,Peng Z,et al.Characterization of stipe and cap powders of mushroom(Lentinus edodes)prepared by different grinding methods[J].Journal of Food Engineering.2012,109(3):406-413.

[29] Lin M JY,Humbert ES,Sosulski F W.Certain functional proper?ties of sun ower meal products[J].Journal of Food Science.1974,39(2):368-370.

[30] Yao N,Paez A V,White PJ.Structure and function of starch and resistant starch corn with different doses of mutant amylaseextender and floury-1 alleles[J].Journal of Agricultural&Food Chemistry,2009,57(5):2040-2048.

[31] 劉天一.籠狀玉米淀粉制備及結(jié)構(gòu)與性能研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014.

[32] Wang L D,Liu T T,Xiao Z G.Effect of jet-milling on structure and physicochemical properties of high-amylose maize starch[J].Przemysl Chemiczny,2017,96(5):1128-1134.

[33] Yang JN,Xie F G,Wen WQ,et al.Understanding the structural features of high-amylose maize starch through hydrothermal treat?ment[J].International Journal of Biological Macromolecules,2016,84:268-274.

[34] Antonios D,Georgios K,Vasiliki E.Influence of jet milling and particle size on the composition,physicochemical and mechanical properties of barley and rye flours[J].Food Chemistry,2017,215:326-332.

[35] Santlago M C,Bello-Preza L A,Tecante A.Swelling-solubility characteristics,granule size distribution and rheological behavior of banana(Musa paradisiaca)starch[J].Carbohydrate Polymers,2004,56(1):65-75.

[36] Viturawong Y,Achayuthakan P,Suphantharika M.Gelatinization and rheological properties of rice starch/xanthan mixtures:Effects of molecular weight of xanthan and different salts[J].Food Chem?istry,2008,111(1):106-114.

[37] uhász R,SalgóA.Pasting Behavior of Amylose,Amylopectin and their mixtures as determined by rva curves and first derivatives[J].Starch-St?rke,2008,60(2):70-78.

[38] Huang Z Q,Lu J P,Li X H.Effect of mechanical activation on physico-chemical properties and structure of cassava starch[J].Carbohydrate Polymers,2007,68(1):128-135.

[39] 吳俊.淀粉粒度效應(yīng)與微細(xì)化淀粉基降解材料研究[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2003.

[40]Zhang Z M,Zhao SM,Xiong SB.Morphology and physicochemi?cal properties of mechanically activated rice starch[J].Carbohy?drate Polymers,2010,79(2):341-348.

Effect of jet-milling technology on granule morphology and physico-chemical properties of high-amylose maize

WANG Lidong1,2,XIAO
Zhigang1,QI Pengzhi3,DONG Jiyang3,LIU Yang3,DONG Qinsu3
(1.School of Food Science,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.National Coarse Cereals Engineering Research Center,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319,China;3.School of Food Science,Heilongjiang BayiAgricultural University,Daqing 163319,China)

Jet-milling is one of the effective techniques that can alter structure and properties of starch.In this research,the effect of modification in terms of granule morphology and its physicochemical properties of high-amylose maize starch was studied by scanning electron microscopy,polarizing microscope,laser particle size analyzer,X-ray diffractometry and rapid visco analyzer.The properties of bulk density,tap density,compressibility,starch solubility,swelling power,water holding capacity and fat binding capacity werealso studied.The results showed that through the jet-milling superfine grinding processing,the shape of highamylose maize starch granules changed from smooth polyhedron to anomalistic state,and the starch granules crashed into tiny particles.Micronized powders prepared at 3 000 r·min-1had an average particle from 14.01 to 5.8μm.Meanwhile,the polarization cross of micronized starch granule reduced gradually.The micronized starch showed B-type pattern,and the relative crystallinity decreased from 28.63%to 19.19%.The crystal structure destroyed and the crystallinity decreased from polycrystalline to amorphous state while jetmilling.The bulk density and tap density decreased with increased classifier frequency,and the compressibility of all the starch samples decreased.The starch samples showed characteristics of better solubility,swelling power,water holding capacity and fat binding capacity.The classifier frequency had significant effect on the granule morphology and physicochemical properties,which showed the better properties at 3 000 r·min-1.This study provided theoretical basis and technical support for improving the content and processing technology of maize starch,respectively.

jet-milling;high-amylose maize starch;granule morphology;physicochemical properties

TS231

A

1005-9369（2017）12-0046-11

時(shí)間2017-12-18 13:44:55 [URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20171218.1344.018.html

王立東,肖志剛,齊鵬志,等.氣流粉碎對(duì)高直鏈玉米淀粉顆粒形態(tài)及性質(zhì)的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,48(12):46-56.

Wang Lidong,Xiao Zhigang,Qi Pengzhi,et al.Effect of jet-milling technology on granule morphology and physicochemical properties of high-amylose maize starch[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(12):46-56.(in Chinese with English abstract)

2017-11-11

十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0400404）；黑龍江省重大科技項(xiàng)目（GA15B301）；黑龍江省農(nóng)墾總局科技項(xiàng)目（HNK135-05-02-4）；牡丹江市指導(dǎo)性科技計(jì)劃項(xiàng)目（Z2016n0016）；黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)計(jì)劃重大項(xiàng)目（GA15B301）

王立東（1978-），男，助理研究員，博士研究生，研究方向?yàn)榈矸凵疃乳_發(fā)與利用。E-mail:wanglidong-521@163.com

*通訊作者： 肖志剛（1972-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榧Z油精深加工技術(shù)。E-mail:zhigang_xiao@126.com