全 文 ：FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY
食 品 科 技
2010年 第 35卷 第 5期
随着工业生产技术的发展，新产品的不断出 现，对淀粉性质的要求越来越苛刻，原淀粉的许
The preparation of water-soluble arrowroot starches and
investigation of its properties
YU Rong, ZHAO Li-chao, LIU Xin, CHEN Xiao
(College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642)
Abstract: This paper presents the preparation and properties of granular cold-water-soluble arrowroot starch.
The effect of sodium hydroxide, concentration of alcohol, dosage of alcohol and reaction temperature on the
solubility of the final product was investigated. The optimum reaction conditions are: Starch 10 g, ethyl alcohol
concentration 20% , ethyl alcohol amount used 40 mL, reaction temperature 30 ℃ , alkali amount used 1.7 g.
Experiments indicate that the GCWS starch prepared by alcoholic-alkaline treatment can 90.23% dissolve in
the cold water. The viscosity, swollen power of the best product are all better than the original starch. The
transmittance is also a very high level too. Experimental results also indicated that the GCWS starch is stability,
even in the water, and is good with the water associativity. The GCWS arrowroot starch samples remain the
granule,but there are dimples and indentation on its surface.
Key words: starch of arrowroot; granular cold-water-solubl; conditions; properties
于 荣， 赵力超， 刘 欣， 陈 晓
(华南农业大学食品学院，广州 510642)
摘要： 以竹芋淀粉为原料，在温和条件下，采用乙醇-碱处理法制备 GCWS，在系统分析氢氧化
钠用量、乙醇浓度、乙醇用量、反应温度等因素对 GCWS溶解度影响的基础上，对其制备工艺
条件进行了优化。同时，利用 SEM和红外光谱对淀粉颗粒的性质进行了研究。结果表明：氢氧
化钠和乙醇浓度对产物溶解度影响较大，各影响因素之间具有一定的交互作用。确定最佳工艺
条件为淀粉用量 10 g，乙醇浓度 20%，乙醇用量 40 mL，反应温度 30 ℃，碱用量 1.7 g。以此最
佳工艺处理后的竹芋淀粉颗粒在水中分布稳定、均匀，与水结合性好，因此，其溶解度可达到
90.23%，远高于原淀粉 0.7%的溶解度。经乙醇-碱处理后的 GCWS在冷水中溶解后形成糊的黏
度、膨润度和透明度都要比预糊化淀粉好。分析结果显示：GCWS的红外光谱和原淀粉光谱的峰
形存在较小差异，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。
关键词： 竹芋淀粉；GCWS；制备条件；性质
中图分类号： TS 235 文献标志码： A 文章编号： 1005-9989(2010)05-0112-04
颗粒状冷水可溶竹芋淀粉的
制备及性质研究
收稿日期： 2009-08-21
作者简介： 于荣(1986—)，宁夏人 ，硕士研究生，主要从事淀粉方面的研究工作。
食品开发
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DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2010.05.028
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多固有性质(冷水不可溶，糊液在酸、热、剪切作
用下不稳定)限定了淀粉的工业应用。因此，近些
年来，人们一直致力于新型可溶性淀粉的研发，
包括预糊化淀粉、改性淀粉等，其中颗粒状冷水
可溶淀粉(Granularcold-water-soluble starch, GCWS)
突破了传统预糊化淀粉糊光泽差以及加工条件可
变性小等不足[1]，不仅能够直接溶于冷水，形成高
度分散的均匀糊液，而且溶解速度快，糊液稳定，
透明，黏性高，具有良好的增稠、保水、保型和
乳化作用以及良好的耐高温及冻融稳定性[2]，在工
业上得到了广泛的应用。
工业上生产GCWS的方法主要有4种：双流喷
嘴喷雾干燥法[3]、高温高压醇法[4]、常压多元醇法[5]
和酒精碱法[6]。前3种方法的工艺需要在高温或高
压的条件下进行，不仅增加能耗，且设备投资较
大。酒精碱法是国外近几年研制出的一种新型变
性淀粉，具有在常温常压下进行反应和产品质量
易控制等优点，因此是制备颗粒状冷水可溶性淀
粉较理想的方法，发展前景非常广阔[7]。
竹芋(Maranta arundinacea L.)属于竹芋科竹芋
属，直立草本。作为南方特色产品，竹芋种植面
积广、产量高、品质优[8-9]。竹芋淀粉营养丰富，但
其淀粉在性质方面存在抗剪切强度差，加工时不
稳定，回生速度快以及容易脱水等不足，加工类
产品品种也较为单一，相关产品的工业生产尚未
形成规模。因此，本试验以竹芋淀粉为材料，采
用酒精减法制备GCWS，并对其性质进行研究，将
为竹芋深加工产品的开发提供重要的理论依据，
以期能够应用于大规模的工业化生产，促进我国
南方水生根茎类作物资源的进一步开发和合理应
用，极大地提高其经济效益和社会效益。目前对
冷水可溶性淀粉制备的原料都集中在小麦淀粉、
大米淀粉和绿豆淀粉上，以竹芋作为实验材料进
行研究还未见报道。
1 材料与方法
1.1 实验材料和仪器
竹芋淀粉：广东省恩平市绿色食品厂；无水
乙醇、95%乙醇、氢氧化钠、盐酸：分析纯。
LG10-2.4A高速离心机；HDK-8D型电热恒温
水槽；NDJ-8S 数字显示黏度计；DIN12880-K1：
1真空干燥箱；VECTOR33傅立叶变换红外光谱仪；
JSM-25S扫描电子显微镜。
1.2 实验方法
1.2.1 GCWS的制作工艺流程 将质量为10 g的竹
芋原淀粉加入到一定浓度的酒精溶液中，然后在
恒温条件下，边搅拌边滴加NaOH溶液(将NaOH预
先溶解在酒精溶液中)，约30 min滴加完后，继续
反应一定时间，室温下静置，倒出上清液，下层
的淀粉用HCl(无水乙醇溶液)中和，调pH值至6，分
别用80%、95%和无水乙醇洗涤，于35 ℃真空干燥
箱中烘干。
1.2.2 正交实验影响因素分析 在对乙醇浓度、
乙醇用量、反应温度、氢氧化钠用量4个因素研
究中，以冷水溶解度为品质衡量指标，根据单
因素结果设计L9(34)正交实验，实验因素水平见
表1。
1.3 各种指标的测定
1.3.1 淀粉溶解度与膨润度的测定 用蒸馏水配
制50 mL质量分数为2%的淀粉糊于25 ℃下搅拌30
min，再以3000 r/min转速下离心20 min，将上层清
液倒入已称质量的蒸发皿中水浴蒸干，再将烘箱
温度调至130 ℃，干燥至蒸发皿恒质量得到的溶解
淀粉质量A占样品淀粉质量W的百分数为该淀粉的
溶解度S；离心沉淀物质P占W(100-S)的百分数为
该淀粉的膨润度B。
溶解度S(%)=A/W×100
膨润度B(%)=P/[W-(1-S)]
式中：W为淀粉质量，以干基计算。
1.3.2 淀粉糊的透明度测定 将质量分数为1.0%
的淀粉糊，常温下稳定15 min。以蒸馏水为空白
(透光率为100%)，用分光光度计在620 nm处测定
糊的透光率。
1.3.3 淀粉糊黏度特性测定 在室温下，将质量
分数为3.0%的淀粉糊，快速搅拌15 s，高速搅拌2
min，然后静止1 h，再采用NDJ-8S数字显示黏度
计(转速60 r/min处)测定黏度。
2 结果与分析
2.1 正交实验结果分析
根据表1，设计一个L9(34)正交实验(表2)。
溶解度是评价冷水可溶淀粉的一个很重要
表 1 正交实验因素水平表
水
平
1 20 40 30 1.5
2 30 50 35 1.7
3 40 60 40 1.9
因素
乙醇浓度/% A乙醇用量/mL B反应温度/℃ C碱用量/g D
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的指标，它的大小表明了淀粉与水结合能力的
强弱。
由表2可见，实验1跟2的溶解度都是很高的，
分别为：89.85%和 90.23%，最低的实验 9也有
51.1%，而原淀粉只有0.07%，几乎不溶。说明，
变性后的竹芋淀粉的冷水溶解度提高了很多。这
是因为：原淀粉颗粒的结晶结构及其内部含有大
量的氢键使其不溶于冷水，但淀粉在强碱的作用
下，带负电荷的淀粉颗粒之间的就会互相排斥，
从而促进淀粉颗粒的溶胀。同时由于乙醇的存在，
抑制颗粒的溶胀，保持了淀粉颗粒的完整性。碱
液和乙醇共同作用达到平衡。乙醇蒸发后，淀粉
颗粒内形成空穴，淀粉处于一种亚稳态，具有极
好的冷水可溶性。
由极差分析可知，影响GCWS的形成条件中各
因素的主次顺序为A(乙醇浓度)＞B(乙醇用量)＞C(反
应温度)＞D(碱用量)。最好的因素组合为A1B1C1D2，
即乙醇浓度20%，乙醇用量40 mL，反应温度30
℃，碱用量1.7 g。以此最佳工艺做产品，溶解度高
达90.23%。
2.2 GCWS的性质研究
2.2.1 淀粉的膨润度、透明度和黏度 淀粉膨胀
特性反映的是淀粉悬浮液在糊化过程中的吸水特
性和在一定条件下离心后的持水能力。淀粉膨胀
特性的参数有膨胀度和膨胀体积等。最优工艺下
的膨润度达到11.22%，远高于原淀粉的1.25%。可
能是因为经物理变形后的淀粉支链溶胀，使淀粉
颗粒出现空穴，故亲水能力增大，膨润度高出原
淀粉很多。
GCWS的透光率最高可达到84.2%，原淀粉为
97.4%，总体来说实验得到产品的透光率还是很高
的，这是因为竹芋淀粉较易吸水膨胀，且竹芋淀
粉中磷酸基含量较高，有排斥作用，所以糊化后
所形成的糊液比较透明。
变性后的竹芋淀粉糊的黏度都比原淀粉糊黏
度高很多。最优工艺下的成品糊的黏度最高，达
到0.454 Pa·s，而原淀粉溶液的黏度只有0.068 Pa·
s。以上说明，变性后的竹芋淀粉黏度得到了很大
的提高，这是因为GCWS保持了颗粒状态，未受到
强烈的剪切力的作用，与水的结合能力更强。
2.2.2 红外光谱分析淀粉颗粒 竹芋淀粉是一种
多糖，D-葡萄糖聚合物，通式为(C8H1005)n，其红
外光谱如图1，其中3428.47 cm-1为-OH的伸缩振
动，2931.12 cm-1为-CH的伸缩振动，1649.67 cm-1
为淀粉吸附水吸收， 1165.79、 1082.35、 984.25
cm-1附近的宽而强的吸收是葡萄糖环中的C-O吸
收，927.63、860.64、766.03、709.93 cm-1是葡萄
糖环的特征吸收。
对比图1、图2，GCWS淀粉与原淀粉的图谱基
本一致，只是出现某些峰大小不一的现象，这是
由样品中的-OH、-CH、-CO等基团的有机物成分
表 2 正交结果表
实验号 溶解度/%
原淀粉 0 0 0 0 0.07
1 1 1 1 1 89.85±2.92
2 1 2 2 2 90.23±1.11
3 1 3 3 3 80.38±0.36
4 2 1 2 3 79.40±1.89
5 2 2 3 1 77.69±1.25
6 2 3 1 2 83.39±3.03
7 3 1 3 2 78.94±2.23
8 3 2 1 3 77.16±1.67
9 3 3 2 1 51.10±3.01
因素
A B C D
表 3 实验结果的极差分析
水平
K1 86.820 82.730 83.467 72.880
K2 80.160 81.693 73.577 84.187
K3 69.067 71.623 79.003 78.980
R 17.753 11.107 9.890 11.307
因素主次 A＞B＞C＞D
较优水平组合 A1B1C1D2
因素
A B C D
表 4 淀粉的膨润度、透明度和黏度
测定指标 膨润度/% 透明度/% 黏度/Pa·s
原淀粉 1.25 97.4 0.068
GCWS 11.22 84.2 0.454
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
透
光
率
/%
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
波数/cm-1
34
28
.4
7
29
31
.1
2
23
61
.3
9
21
51
.8
3
16
49
.6
7
14
63
.4
1
14
26
.5
8
13
70
.9
5
16
5.
79
10
82
.3
5
98
4.
25
92
7.
65
86
0.
64
76
6.
05
70
9.
95
60
7.
14
54
7.
54 5
27
.5
0
图 1 原淀粉红外光谱图
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和含量的不同造成的；而GCWS淀粉光谱与原淀粉
光谱不完全重合，是因为GCWS淀粉颗粒形状与成
分都有轻微的变化。
2.2.3 电子显微镜观察淀粉颗粒的形态
通过图3扫描电子显微镜(SEM)的图片中，可
以很清楚地看到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竹芋淀粉样品，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，这与高群玉等人制备出来的颗
粒状冷水可溶木薯淀粉的颗粒特征。
3 结论
实验证明，醇解法所得的颗粒冷水可溶竹芋
淀粉的冷水溶解度可达90.23%。反应最佳工艺条
件为A1B1C1D2，即淀粉10 g，乙醇浓度20%，乙醇
用量40 mL，反应温度30 ℃，碱用量1.7 g，其产品
性质溶解度可达到为90.23%。同时产品的黏度为
0.454 Pa·s，透光度为84.2%，膨润度为11.22%，
均有大幅度地提高。由于酒精-碱法是一个物理方
法，所以原淀粉和变性淀粉的化学键基本相同，
所以在吸收峰波数方面差别不大。经醇解法的
GCWS淀粉基本能保持原有形状，但表面不光滑，
颗粒有很多空穴，体积也变大。这都是变性过程
中碱使颗粒体积变大，而乙醇使颗粒能保持基本
形状，碱与乙醇共同作用下形成空穴[10]。
参考文献：
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透
光
率
/%
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
波数/cm-1
34
29
.9
7
29
20
.7
9 2
85
2.
55 23
54
.6
3
23
19
.4
0 2
06
5.
65
16
43
.3
5
14
14
.5
7
13
27
.0
4
12
40
.3
6
11
55
.8
5
10
81
.3
4
10
23
.6
2
93
4.
18
65
6.
90
76
3.
02
71
0.
85
61
1.
74
57
6.
92
52
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图 2 最佳组合 GCWS淀粉红外光谱图
竹芋原淀粉(×1200)
最佳组合 A1B1C1D2(×800) 正交实验中状态最差的
(实验 9)( ×1200)
图 3 扫描电子显微镜下淀粉颗粒形态结构图
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