全 文 ：水分含量对籼米和糯米淀粉颗粒结构的影响
孙沛然 1 姜 斌 2 沈 群 1*
（1中国农业大学食品科学与营养工程学院 北京 100083
2农业部科技发展中心 北京 100083）
摘要 本文研究了高静压条件下含水量变化对籼米淀粉和糯米淀粉颗粒结构的影响。研究表明，含水量为 80%
及 90%的样品在压力作用下结构崩塌最显著。 随着水分含量的增加，籼米淀粉及糯米淀粉的粒度增大，比表面
积增大，孔径减小，结晶度先减小后增大。当水分含量较低时，压力使淀粉颗粒发生压缩塑化，结晶结构增强。傅
里叶红外光谱分析发现水分含量的变化不会导致淀粉分子结构改变。
关键词 高静压； 籼米淀粉； 糯米淀粉； 颗粒结构
文章编号 1009-7848（2015）03-0040-10 doi： 10.16429/j.1009-7848.2015.03.006
大米淀粉呈不规则的多角形，且棱角显著，表
面积大，在所有已知谷物淀粉中，大米淀粉颗粒粒
径最小，约为 2～8 μm[1-2]。 同其它各种类型淀粉颗
粒一样， 大米淀粉颗粒也是由结晶区与无定形区
组合而成。 X射线衍射研究发现，大米淀粉在衍射
角 2θ 为 15°，17°，18°和 23.5°时会呈现强衍射峰，
而在 2θ为 20°，26°和 30°时呈现弱衍射峰，这属于
典型的 A型衍射图谱， 因此大米淀粉晶型特征为
A型[3-4]。
淀粉颗粒结构十分复杂， 尽管多年来研究者
对其做了大量的研究工作， 但至今仍未完全明确
其复杂的多层次结构[1-2，5-6]。 高静压作为一种新型
的淀粉物理变性手段， 研究者正逐步扩大其在淀
粉工业中的应用范围[7-8]。其在作用过程中，通过对
淀粉颗粒施以高压， 可以显著改变淀粉颗粒的结
构。Vainionpaa[9]等在试验中发现，在有限的水分范
围内， 压力处理加速破坏了淀粉颗粒中的有序结
构，淀粉的可塑性增强。而水分同样会在高静压处
理过程中对淀粉结构变化产生影响， 目前的研究
发现在高静压条件下淀粉颗粒的无定型区首先与
水结合并发生膨胀， 膨胀产生的压力降低了结晶
区的稳定性，使水分子进入，最终导致结晶区支链
淀粉双螺旋解聚， 通过偏光显微镜会观察到淀粉
颗粒的偏光十字消失[10-11]。
本文研究了高静压条件下不同水分含量对籼
米淀粉和糯米淀粉颗粒的形态、粒径分布、结晶结
构等性质的影响。 为明确高静压作用下淀粉微观
结构变化情况， 实现指导高静压淀粉工业化生产
的目标，提供了理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料及设备
市售籼米，成泰米业有限公司；市售糯米，长
盛米业有限公司。
高静压设备（HHP-750），包头科发高静压科
技有限公司；多功能食品粉碎机（HL-2021），上海
海菱电器有限公司；真空封口机（DZ-460/500），北
京日上科贸有限公司； 扫描电子显微镜（Scanning
electron microscopy，SEM，S-3400N）， 日本日立公
司；激光粒度分析仪（LS230），美国贝克曼库尔特
有限公司；静态氮吸附仪（JW-BK122T-B），北京
精微高博科学技术有限公司；X 射线衍射仪 （X-
ray Diffraction，XRD，XRD-6000），日本岛津公司；
傅里叶红外光谱仪（Spectrum 400），美国珀金埃
尔默公司。
1.2 籼米淀粉和糯米淀粉的分离提取
根据 Shinde 等所述方法 [12]：用去离子水将大
米冲洗 3 次后用 0.2% NaOH 溶液以 1∶1.5 的比例
收稿日期： 2014-04-08
基金项目： “十二五”国家科技支撑计划（2014BAD04B00）
作者简介： 孙沛然，男，1986 年出生，博士
通讯作者： 沈群
Vol． 15 No． 3
Mar． 2 0 1 5Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology
中 国 食 品 学 报第 15 卷 第 3 期
2 0 1 5 年 3 月
第 15 卷 第 3 期
在室温（18 ℃±2 ℃）下浸泡静置 24 h，移去上层溶
液，将软化的大米充分粉碎，继续按 1∶1.5 的米水
比添加 0.2% NaOH 溶液， 混合均匀并充分搅拌
10 min 后静置沉降 12 h， 离心 3 900 r/min 20
min，弃去上清液及沉淀中的蛋白质沉淀，以 1∶1.5
的米水比加入 0.2% NaOH 溶液， 重复上述操作。
直至离心后的上层溶液透明， 同时双缩脲检测试
验反应不显紫色。 后用去离子水冲洗收集的中间
白色沉淀物，用盐酸调 pH=7，离心 3 900 r/min 20
min，弃去上清液，收集淀粉沉淀物，冷冻干燥后过
80目筛，置于干燥皿中待用。
1.3 籼米淀粉和糯米淀粉的高静压处理
分别准确称取 10 g籼米、糯米淀粉若干份，用
去离子水配制成体积分数为 10% ，20% ，40% ，
60%，80%，90%的淀粉悬浮液，即得到水分含量分
别为 90%，80%，60%，40%，20%，10%的样品，装
入尼龙聚乙烯袋中， 用真空充气包装机封口进行
包装，得到真空包装的淀粉悬浮液。将包装好的淀
粉悬浮液在室温下（18 ℃±2 ℃）静置 24 h，然后充
分摇匀放入高静压设备压力腔内， 在 550 MPa 高
静压下处理 20 min。 加压处理时， 高静压设备以
130 MPa/min 左右的速度升压，升压介质为水。 样
品经高静压处理后，弃掉水溶液，淀粉沉淀物用液
氮（-196℃）速冻，然后进行冷冻干燥，用多功能食
品粉碎机粉碎后， 过 80 目筛后置于干燥皿中待
测。
1.4 扫描电子显微镜观察
将双面胶带贴于扫描电子显微镜的载物台
上，用牙签粘取少量的样品，轻轻的在双面胶上涂
抹均匀，用吸耳球吹去多余的淀粉样品，放入表面
处理机中，用离子溅射镀膜仪喷碳镀金，将载物台
取出，放入扫描电子显微镜中进行观察，拍摄具有
代表性的淀粉颗粒形貌并拍照。 电子枪加速电压
为 5 kV，减速电压为 0 kV，放大倍数为 5 000倍。
1.5 颗粒粒径分析
将 0.1 g 淀粉溶于 5 mL 无水乙醇中，超声 10
min使淀粉颗粒分散均匀，用无水乙醇做分散剂，
按照仪器提示加入所需量的样品滴数，样品加入
后在仪器中进行分散，转速为 1 800 r/min，测定
淀粉颗粒的微分粒度分布和颗粒分布的平均直
径。
1.6 比表面积及孔径的测定
首先将一定质量（3 g 左右）的淀粉样品放入
石英样品管中，45 ℃下处理 3 h 以去除样品表面
的杂质和吸附的空气， 在以高纯度氮气为载气和
吸附质，样品管抽真空，样品管浸入液氮中，然后
通入氮气，氮气被样品吸附并达到饱和，吸附氮气
的数量与样品的表面积有定量关系。 随着样品管
的升温，吸附的氮气被解吸。通过软件 ASI采集数
据，根据 BET（Brunatter-Emmett-Teller）算法计算
比表面积，计算公式如公式 1所示：
（P/P0 ）
V×（P/P0 -1）
= 1VmC
+ C-1VmC
P
P0!
SBET=VmS0 m
2! g （1）
式中，S0——比表面积（m2/g）；V——在压力 P
下被吸收气体的总体积 （mL）；P 和 P0——在吸附
温度时吸附质气体的平衡蒸气压饱和蒸气压
（Pa）；Vm——单分子层饱和吸附量 ；BET 常数
C——第一吸附层上的吸附能，表示吸附剂与吸附
质之间相互作用的程度。
孔径测定及分析通过吸附等温曲线、孔容-孔
径微分、 积分分布曲线的绘制计算出高静压淀粉
样品进行比表面积、总孔体积、孔径。 凯尔文方程
如公式 2所示：
rk=-0.414/lg（P/P0 ） （2）
式中，rk——凯尔文半径， 它完全取决于压力
P/P0。 它是在某一 P/P0下开始产生凝聚现象的孔
的半径。同时可以理解为当压力低于这一值时，半
径为 rk的孔中的凝聚液将气化并脱附出来。
1.7 X射线衍射
分析条件为：特征射线 CuKa，石墨单色器，管
压 40 kV， 电流 30 mA， 测量角度范围为 2θ=4°～
40°，发射及防反射狭缝 1°，接收狭缝为 0.3 mm，
扫描速度 1.5°/min，步宽 0.05°。测量前将淀粉样品
在室温下置于相对湿度 100%的干燥皿中平衡 48
h 以避免不同样品相对水分含量差异对相对结晶
度的误差。
1.8 红外光谱扫描
本试验用溴化钾（KBr）压片法对不同淀粉样
品进行扫描测定。 试验前将淀粉样品和 KBr 粉末
分别置于 105 ℃下烘干 3～4 h，以消除水分子对吸
收峰的干扰，然后称取约 2 mg 淀粉样品，在红外
水分含量对籼米和糯米淀粉颗粒结构的影响 41
中 国 食 品 学 报 2015 年第 3 期
灯的照射下，和 150 mg 左右经干燥的溴化钾粉末
充分混合，研磨 2～5 min。 将研磨好的混合物粉末
倒在硫酸纸上迅速灌注于压片机中， 以免空气混
入影响样品薄片的透明度，缓慢加压至 30 t，保持
2 min，切断真空，缓慢除去压力。 取出样品薄片，
放入样品架上进行扫描，试验以 KBr 薄片为背景，
扫描波数为 400～4 000 cm-1，分辨率为 4 cm-1，并绘
出红外光谱图。
1.9 数据处理及分析
试验数据用 Microsoft Excel 2003 数据处理
系统以及 Origin 7.5 数据分析和制图软件进行统
计处理，并对数据作图。 计算标准偏差（±SE）或进
行差异显著分析，各试验均重复进行 3次。
2 结果与分析
2.1 水分含量对高静压处理籼米淀粉和糯米淀
粉颗粒形貌的影响
图 1 是不同含水量的籼米淀粉经 550 MPa
20 min 处理后的颗粒形貌图。 含水量不同导致淀
粉颗粒吸水膨胀程度不同，经过 550 MPa 处理后，
不同含水量的淀粉颗粒之间都有不同程度的粘连
聚集。 90%的样品水分含量最高，颗粒表面最为光
滑（图 1a），这是由于颗粒浓度较低，相互作用减
少，因而不能互相粘连变形；20%和 10%的样品颗
粒水分含量少，颗粒之间竞争性吸水，在压力作用
下只有少量颗粒聚集， 大部分颗粒依然分散 （图
1e、图 1f）；含水量 40%的籼米淀粉颗粒在压力下
的聚集程度高于 20%和 10%的样品， 而聚集的大
团颗粒仍具有颗粒结构（图 1d、图 2d）；60%样品
聚集的大团颗粒部分坍塌， 不具有明显的颗粒结
构（图 1c），80%样品的颗粒充分膨胀，自身形状丧
失，聚合粘连成片，且有很多碎片产生（图 1b、图
2b）。说明水分含量太高或太低都会影响淀粉的吸
水膨胀及糊化程度。水分含量过高，淀粉颗粒相互
作用的机会减小，颗粒膨胀程度较大，但不互相粘
连；水分含量过低，淀粉颗粒的膨胀受限，表现为
竞争性吸水，颗粒膨胀不均匀，大颗粒先吸水膨胀
并糊化， 小颗粒不吸水， 但保持了颗粒形态的完
整。 当含水量为 80%时，颗粒整体膨胀适度，且存
在一定程度的溶胀现象，颗粒丧失自身的完整性。
（a） 90% （b） 80%
（c） 60% （d） 40%
42
第 15 卷 第 3 期
（e） 20% （f） 10%
图 1 不同含水量的籼米淀粉经 550 MPa 处理的扫描电子显微照片（放大倍数 1 500 倍）
Fig.1 Scanning electron micrographs of indica rice starch granules treated under 550 MPa
with diffirent moisture contents （1500 times）
（a） 90% （b） 80%
（c） 60% （d） 40%
（e） 20% （f） 10%
图 2 不同浓度的糯米淀粉经 550 MPa 处理的扫描电子显微照片（放大倍数 1 500 倍）
Fig.2 Scanning electron micrographs of waxy rice starch granules treated under 550MPa
with diffirent moisture contents（1500 times）
水分含量对籼米和糯米淀粉颗粒结构的影响 43
中 国 食 品 学 报 2015 年第 3 期
图 2 是不同含水量的糯米淀粉经 550 MPa
20 min处理的颗粒形貌图。 含水量 90%的淀粉颗
粒与水分充分结合后膨胀，经高静压处理后，粘连
成片状，分散颗粒基本不存在（图 2a）。 含水 80%
的淀粉颗粒聚合粘连程度也非常高， 在压力作用
下， 聚集在一起的大颗粒边缘破损， 有碎片出现
（图 2b）。 含水量 60%的糯米淀粉颗粒聚集成较均
匀的小团， 含水量为 40%的糯米淀粉颗粒形成的
颗粒较大（图 2c、图 2d）。 含水量 10%和 20%的糯
米淀粉颗粒较为分散， 颗粒边缘破损 （图 2e、图
2f）。 550 MPa下，90%含水量的糯米淀粉的结构破
坏最大。 随着水分含量的减少，颗粒竞争性吸水，
颗粒结构的破坏程度逐渐降低。
2.2 水分含量对高静压处理籼米淀粉和糯米淀
粉颗粒粒径分布的影响
表 1 和表 2 列出了不同含水量的籼米淀粉和
糯米淀粉经过高静压处理后的淀粉颗粒粒径变化
情况， 图 3 和图 4 展示了不同水分含量对高静压
处理籼米淀粉和糯米淀粉颗粒粒径分布影响图。
随着水分含量减少， 籼米淀粉和糯米淀粉颗粒的
平均粒径均逐渐减小， 籼米淀粉平均粒径从含水
量为 90%时的 83.66 μm 下降到含水量为 10%时
的 10.02 μm，糯米淀粉平均粒径从含水量为 90%
时的 86.69 μm 下降到含水量为 10%时的 7.21
μm。 随着水分含量的降低，两种淀粉的大颗粒数
逐渐降低。 颗粒的粒径大小是考察体系稳定性的
一个重要因素， 较小的颗粒粒径微粒的沉降速率
比较低，因此粒径小的产品其稳定性相对较高。综
合考虑糊化及反应效率两个因素， 水分太高或太
低都不利于结晶结构的破坏， 含水量为 60%的籼
米淀粉和 40%的糯米淀粉颗粒结构受到一定程度
的破坏，小颗粒比例高，颗粒既能在高静压作用下
适度膨胀，又具有适当的颗粒粒度，作为体系组分
能够保证体系的稳定性，不易发生凝聚及沉淀。两
种淀粉对比， 较高含水量下籼米比糯米淀粉小颗
粒比例高， 可能是由于籼米淀粉中直链淀粉含量
高，直链淀粉分布在无定形区更容易与水结合，因
此在高含水量下籼米淀粉对压力更敏感。
90%
80%
60%
40%
20%
10%
体
积
/%
粒径/μm
图 3 不同水分含量对高静压处理籼米淀粉颗粒
粒径分布的影响
Fig.3 Granularity distribution of HHP-treated indica
rice starch with different moisture contents
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
体
积
/%
0 50 100 150 200 250 300
粒径/μm
90%
80%
60%
40%
20%
10%
图 4 不同水分含量对高静压处理糯米淀粉颗粒
粒径分布的影响
Fig.4 Granularity distribution of HHP-treated waxy
rice starch with different moisture contents
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
5 10 15 20 25 30 350 50 10
0
15
0
20
0
25
0
30
0
35
0
2.3 水分含量对高静压处理籼米淀粉和糯米淀
粉超微观结构的影响
表 3 是不同含水量的籼米淀粉经高静压处理
后的微结构参数对比。 550 MPa、20 min处理后，随
着水分含量的减少， 籼米淀粉的比表面积呈现先
增大后减小的变化趋势，而孔体积基本无变化，孔
径逐渐降低（P<0.05）。 这是由于高含水量时，水分
含量足够满足淀粉达到饱和吸附， 此时与压力对
淀粉颗粒的压缩破裂作用相比， 压力导致的吸水
膨胀作用对淀粉结构的影响更为显著， 因此淀粉
的比表面积不断增加， 孔径大小在体积膨胀下不
断降低；而当水分含量不足以令淀粉饱和吸附时，
颗粒膨胀受限，由于水分含量所限，压力对淀粉颗
粒主要起到压缩作用，比表面积下降。
44
第 15 卷 第 3 期
90
2.
38
±
0.
21
a
10
.6
8
±
0.
21
a
9.
11
±
0.
74
a
6.
88
±
0.
42
a
34
.1
8
±
0.
07
a
36
.7
7
±
1.
48
a
83
.6
6
±
1.
45
a
0a
79
.1
0
±
1.
83
a
80
4.
93
±
0.
26
b
25
.3
9
±
0.
86
b
15
.1
5
±
0.
06
b
27
.4
1
±
1.
98
a
3.
80
±
0.
49
b
23
.3
1
±
1.
29
b
67
.8
2
±
1.
97
b
0.
24
±
0.
02
b
97
.9
5
±
1.
77
b
60
10
.6
8
±
0.
59
c
64
.5
5
±
1.
24
b
21
.3
5
±
0.
91
c
2.
15
±
1.
13
b
2.
52
±
0.
04
b
0.
67
±
0.
01
b
8.
91
±
0.
80
c
-0
.2
4
±
0.
12
c
60
.2
0
±
1.
33
c
40
12
.6
0
±
0.
49
c
40
.7
6
±
1.
11
b
27
.5
0
±
0.
10
c
7.
46
±
0.
30
b
11
.1
1
±
1.
13
c
0.
56
±
0.
06
c
15
.8
4
±
0.
71
c
0.
42
±
0b
11
2.
00
±
0b
20
17
.3
0
±
1.
10
d
48
.2
6
±
1.
65
b
16
.0
8
±
0.
67
c
4.
48
±
0.
15
b
12
.9
0
±
1.
64
c
0.
98
±
0.
29
c
16
.0
6
±
1.
43
c
0.
68
±
0.
02
d
13
3.
00
±
1.
41
d
10
2.
58
±
0.
92
b
57
.7
3
±
0.
77
b
11
.6
3
±
0.
89
c
2.
54
±
0.
23
b
5.
37
±
0.
65
c
0.
15
±
0.
08
c
10
.0
2
±
0.
40
c
0.
64
±
0.
03
d
12
9.
50
±
1.
12
d
0～
4
μm
4～
10
μm
10
～2
0
μm
20
～3
0
μm
30
～1
00
μm
>
10
0
μm
含
水
量
/%
粒
度
分
布
/%
ii
均
值
iii
/μ
m
SD
iv /%
CV
ⅴ
注
：表
中
所
示
数
值
为
3
次
试
验
的
平
均
值
±标
准
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据
Du
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公
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析
，同
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件
25
℃
；ⅱ
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颗
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分
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粒
粒
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大
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含
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米
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Pa
ra
m
et
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s
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pa
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cl
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ut
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n
fo
r
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ca
ric
e
sta
rc
h
wi
th
di
ffe
re
nt
m
oi
stu
re
co
nt
en
ts
90
0a
1.
29
±
0.
01
a
3.
59
±
0.
02
a
4.
49
±
0.
01
5a
54
.9
0
±
0.
03
3a
35
.7
3
±
0.
01
a
86
.6
9
±
0.
04
a
0a
48
.9
5
±
0.
07
a
80
0.
83
±
0.
03
5a
6.
91
±
0.
33
da
13
.2
6
±
0.
60
b
12
.7
5
±
0.
37
b
41
.8
8
±
0.
53
b
24
.3
6
±
1.
62
b
67
.8
2
±
1.
78
b
0.
74
±
0.
01
ab
85
.4
5
±
0.
64
ab
60
3.
72
±
0.
12
b
11
.3
9
±
0.
31
b
16
.1
1
±
0.
30
b
12
.5
1
±
0.
16
b
44
.2
6
±
0.
50
b
12
.0
0
±
0.
39
c
47
.7
9
±
0.
86
c
0.
75
±
0.
02
ab
85
.6
±
0.
85
ab
40
9.
93
±
0.
80
c
25
.6
2
±
1.
81
c
22
.8
8
±
0.
83
c
12
.7
0
±
0.
24
b
23
.7
1
±
1.
83
c
5.
15
±
0.
62
d
26
.7
1
±
1.
57
d
1.
33
±
0.
20
b
11
4.
00
±
1.
90
b
20
16
.0
0
±
1.
43
d
54
.0
6
±
1.
41
d
19
.0
2
±
0.
33
bc
2.
50
±
0.
64
c
7.
87
±
1.
76
d
0e
12
.1
8
±
0.
98
e
1.
18
±
0.
78
ab
10
6.
95
±
1.
25
ab
10
19
.6
7
±
1.
40
e
67
.1
4
±
1.
22
e
13
.0
6
±
1.
59
b
0.
14
±
0.
02
d
0d
0e
7.
21
±
0.
31
e
0.
06
±
0.
00
ab
52
.1
5
±
0.
21
ab
0 ～
4
μm
4～
10
μm
10
～2
0
μm
20
～3
0
μm
30
～1
00
μm
>
10
0
μm
含
水
量
/%
粒
度
分
布
/%
ⅱ
均
值
ⅲ
/μ
m
SD
ⅳ
/%
CV
ⅴ
注
：表
中
所
示
数
值
为
3
次
试
验
的
平
均
值
±标
准
偏
差
；根
据
Du
nc
an
’ s
公
式
多
因
素
分
析
，同
一
列
具
有
相
同
上
标
字
母
的
数
值
之
间
无
显
著
性
差
异
（ P
﹤
0.
05
）；
试
验
条
件
25
℃
；ⅱ
代
表
颗
粒
百
分
数
；ⅲ
均
值
：颗
粒
粒
度
大
小
的
平
均
值
；ⅳ
SD
：膨
胀
度
=（
CV
-C
V N
ati
ve
） /
CV
Na
tiv
e；
ⅴ
CV
：体
积
浓
度
。
表
2
不
同
水
分
含
量
对
高
静
压
处
理
糯
米
淀
粉
颗
粒
分
布
的
影
响
Ta
bl
e
2
Pa
ra
m
et
er
s
of
pa
rti
cl
e
siz
e
di
str
ib
ut
io
n
fo
r
H
H
P-
tre
at
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xy
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e
sta
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h
wi
th
di
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re
nt
m
oi
stu
re
co
nt
en
ts
水分含量对籼米和糯米淀粉颗粒结构的影响 45
中 国 食 品 学 报 2015 年第 3 期
表 4 是不同含水量的糯米淀粉经高静压处理
后的微结构参数对比。 不同含水量的糯米淀粉在
550 MPa 下处理 20 min 后比表面积和孔径大小的
变化与籼米淀粉略有不同， 这可能是由于糯米淀
粉吸水性优于籼米淀粉， 在含水量为 60%时吸水
膨胀的颗粒受到压力作用影响最大， 因此比表面
积显著降低（P<0.05）。
对于两种淀粉， 浓度不同时孔体积依然没有
变化（P<0.05）。 说明水分含量在高静压处理淀粉
的过程中没有使颗粒表面的微孔形态发生显著变
化。
含水量/ % SBET/m2·g-1 孔体积/m3·g-1 孔径/nm
90 0.608 ± 0.000a 0.002 ± 0.000a 12.052 ± 0.003a
80 1.606 ± 0.004b 0.003 ± 0.000a 10.108 ± 0.007b
60 1.799 ± 0.001b 0.004 ± 0.000a 7.975 ± 0.004c
40 1.485 ± 0.003c 0.003 ± 0.000a 8.22 ± 0.008c
20 1.327 ± 0.000c 0.003 ± 0.000a 8.745 ± 0.003c
10 1.189 ± 0.003c 0.002 ± 0.000a 8.359 ± 0.030c
表 3 不同含水量的籼米淀粉经高静压处理后的超微结构参数
Table 3 Parameters of ultra microstructure of HHP-treated indica rice starch with different moisture contents
注：表中所示数值为 3 次试验的平均值±标准偏差；根据 Duncan’s 公式多因素分析，同一列具有相同上标字母的数值之间无显著性差异
（P﹤0.05）。
含水量/% SBET/m2·g-1 孔体积/m3·g-1 孔径/nm
90 0.291 ± 0.000a 0.001 ± 0.000a 15.452 ± 1.003a
80 1.619 ± 0.004b 0.003 ± 0.000a 8.456 ± 0.070b
60 0.783 ± 0.000c 0.002 ± 0.000a 12.557 ± 0.054c
40 1.451 ± 0.071b 0.003 ± 0.000a 8.614 ± 0.038b
20 1.321 ± 0.080b 0.003 ± 0.000a 8.898 ± 0.073b
10 1.185 ± 0.011b 0.004 ± 0.000a 12.162 ± 0.032c
表 4 不同含水量的糯米淀粉经高静压处理后的超微结构参数
Table 4 Parameters of untra microstructure of HHP-treated waxy rice starch with different moisture contents
注：表中所示数值为 3 次试验的平均值±标准偏差；根据 Duncan’s 公式多因素分析，同一列具有相同上标字母的数值之间无显著性差异
（P﹤0.05）。
2.4 水分含量对高静压处理籼米淀粉和糯米淀
粉晶体结构的影响
图 5 和表 5 分别是籼米淀粉在不同水分梯度
下经 550 MPa 20 min 处理后的 X 衍射图谱及其
参数，衍射晶型没有发生变化，仍然是 A型淀粉的
衍射曲线，但衍射强度随含水量不同而变化。 80%
含水量的籼米淀粉在 550 MPa 的高静压处理后，
相对结晶度下降明显（P<0.05）。 淀粉分子和水分
子之间形成的链-水氢键，这种氢键构成的结晶结
构对水分的依赖性强， 在水分失去后其结晶结构
随之消失[13]。 随着水分含量的变化，15.07°，17.24°
和 23.25°处的峰值随之变化， 说明这 3 处的结晶
均由淀粉分子和水分子结合的氢键所形成。 水分
含量过高会抑制淀粉分子的交联缠绕和结晶重
排 [14]，因此在含水量为 80%和 90%时，峰值强度最
低。水分含量较高时，虽然淀粉分子链迁移速率提
高，但由于淀粉浓度降低，支淀粉交联缠绕，聚合
为有序结构的机会减少。随着水分含量减少，X衍
射强度增加， 结晶度开始增加。 当含水量为 40%
时，衍射强度达到最大。 当水分含量继续减少，达
到 20%及 10%，X衍射强度减弱，结晶度下降。 这
是由于水分含量较低时，淀粉分子链迁移困难。
糯米淀粉含水量为 80%时结晶度最低， 而当
淀粉颗粒中含水量处于 10%和 20%时， 淀粉颗粒
的结晶度比未经高静压处理的原淀粉的结晶度还
高（表 6，P<0.05）。 这是由于水分会使结晶结构和
46
第 15 卷 第 3 期
微晶片层之间的无定型区域同时被破坏。 水分含
量少，淀粉颗粒吸水膨胀受到两方面因素控制，一
个是水分含量限制膨胀， 另一个是高静压的作用
限制膨胀。 高静压力使一部分水进入淀粉颗粒内
部，压入颗粒结晶区域使得结晶度增大。 此外，淀
粉无定形区会发生塑化作用， 从而导致颗粒中更
多的微晶结构的形成。
含水量/% 晶型 直链淀粉含量/% 相对结晶度/%
90 A 31.89 ± 1.24 11.03 ± 0.03a
80 A 31.89 ± 1.24 10.34 ± 0.23b
60 A 31.89 ± 1.24 10.93 ± 0.00a
40 A 31.89 ± 1.24 12.33 ± 0.04b
20 A 31.89 ± 1.24 11.32 ± 0.05b
10 A 31.89 ± 1.24 11.87 ± 0.07b
表 5 不同含水量的籼米淀粉经高静压处理后的
X 射线衍射参数
Table 5 X-ray powder diffraction parameters of
HHP-treated indica rice starch with different
moisture contents
含水量/% 晶型 直链淀粉含量/% 相对结晶度/%
90 A 0.16 ± 0.02 11.38 ± 0.23a
80 A 0.16 ± 0.02 10.39 ± 0.00b
60 A 0.16 ± 0.02 12.24 ± 0.01c
40 A 0.16 ± 0.02 12.63 ± 0.15c
20 A 0.16 ± 0.02 13.79 ± 0.05d
10 A 0.16 ± 0.02 12.59 ± 0.03c
注：表中所示数值为 3次试验的平均值±标准偏差；根据 Duncan’s 公
式多因素分析，同一列具有相同上标字母的数值之间无显著性差
异（P﹤0.05）。
表 6 高静压处理不同含水量的糯米淀粉的
X 射线衍射图谱参数
Table 6 X-ray powder diffraction parameters of
HHP-treated waxy rice starch with different
moisture contents
注：表中所示数值为 3次试验的平均值±标准偏差；根据 Duncan’s
公式多因素分析， 同一列具有相同上标字母的数值之间无显著
性差异（P﹤0.05）。
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
强
度
/C
ou
nt
s
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45
2θ（°）
图 5 高静压处理不同含水量的籼米淀粉的
X 射线衍射图谱
Fig.5 X-ray diffraction pattern of HHP-treated indica
rice starch with different moisture contents
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
强
度
/C
ou
nt
s
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45
2θ（°）
图 6 高静压处理不同含水量的糯米淀粉的
X 射线衍射图谱
Fig.6 X-ray diffraction pattern of HHP-treated waxy
rice starch with different moisture contents
2.5 水分含量对高静压处理籼米淀粉和糯米淀
粉近程分子结构的影响
图 7和图 8 为高静压处理不同含水量的籼米
淀粉和糯米淀粉的红外吸收光谱图， 通过对相同
压力条件下红外吸收光谱图的比较， 两种不同含
水量的淀粉样品没有发生某个特征峰的消失或者
出现新的吸收峰， 表明各水分梯度下超高压处理
后两种淀粉没有形成新的基团。
3 结论
适度水分含量的淀粉颗粒较容易在 HHP 处
理下发生溶胀及糊化现象。 水分含量的增加使淀
粉充分吸水膨胀， 水分含量高时颗粒对压力更敏
感。水分含量充足有利于糊化的进行，水分含量较
水分含量对籼米和糯米淀粉颗粒结构的影响 47
中 国 食 品 学 报 2015 年第 3 期
小时压力使淀粉颗粒发生压缩塑化， 增强结晶结
构。 水分含量的变化不会导致淀粉分子与其它组
成发生化学变化。 水分进入淀粉颗粒内部后与淀
粉链形成氢键， 在压力作用下氢键产生变化从而
导致了淀粉颗粒结构的变化。
100
80
60
40
20
0
透
射
比
/%
4000 3000 2000 1000 0
波数/cm-1
图 7 不同水分含量对高静压处理的籼米淀粉的
红外吸收光谱图的影响
Fig.7 Fourier transform infrared spectra （FTIR）
of indica rice starch with different moisture contents
treated by HHP
100
80
60
40
20
0
透
射
比
/%
4000 3000 2000 1000 0
波数/cm-1
图 8 不同水分含量对高静压处理的糯米淀粉的
红外吸收光谱图的影响
Fig.8 Fourier transform infrared spectra （FTIR）
of waxy rice starch with different moisture contents
treated by HHP
参 考 文 献
[1] Singh N.， Kaur L.， Sandhu K.S.， et al. Relationships between physicochemical， morphological， thermal， rheological
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第 15 卷 第 3 期
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Effect of Different Moisture Content on the Structure of Indica Rice and
Glutinous Rice Starch Granules
Sun Peiran1 Jiang Bin2 Shen Qun1*
（1College of Food Science and Nutritional Engineering， China Agricultural University， Beijing 100083
2Science and Technology Development Center of the Ministry of Agriculture of People’s Republic of China，
Beijing 100083）
Abstract The influence of moisture content on the structure of indica rice and glutinous rice starch granules under
high hydrostatic pressure （HHP） was studied in this paper. It was shown that the structure of 80%～90% moisture content
starch samples were the easiest to be destroyed. As the moisture content increasing， particle size of indica rice starch
and glutinous starch was increased， as well as the specific surface area and the pore size. The starch crystallinity de-
creased firstly， then increased. The crystallization structure was strengthened when the moisture content was lower under
HHP. Research on Fu Liye’s infrared spectroscopy demonstrated that starch molecules were consistent even if the mois-
ture content has changed.
Keywords high hydrostatic pressure； indica rice； glutinous rice； granule structure
水分含量对籼米和糯米淀粉颗粒结构的影响
科学家揭示番茄免疫系统调控机制
最近，密苏里大学哥伦比亚分校一个研究小组发现了植物免疫防御的新通路，这个发现或
有助于美国本土的西红柿更好地抵御细菌的侵入。
“每年，农作物和观赏植物因病原体所致伤害的损失高达数百万美元，这其中包括了一种
名为丁香假单胞菌的细菌。”密苏里大学生物化学方向的助理教授 Antje Heese说。这种细菌对
番茄的生长有直接的影响，使其发生叶斑病，且对叶片和果实产生永久性的伤害。 患上叶斑病
的植物通常有枯萎的叶片和受损的果实。
“在研究中，我们使用拟南芥来研究植物的免疫反应。 ”Antje Heese说，拟南芥的免疫反应
与番茄相同，但有更快的生长速度。
以前， 研究者们认为植物通过激活特定的几个步骤来保护自己免于细菌的侵害， 然而，
Heese 及其研究团队发现，一旦植物暴露于细菌中，实际上是使用 3 个独立的机制来激活免疫
系统。 每一种机制对细菌感染的反应独立于其他两种机制；每一种机制必须有特定的适量蛋白
质，即免疫受体，其在正确的地方作出恰当的回应，而正确的组合为植物提供了高效的免疫反应。
该研究发现为科学家在未来创造新的策略抵御植物病害提供了新的思路， 以帮助植物更
好地成长。 该研究成果也适用于许多其他的农作物，比如大米和大豆以及玫瑰、梨树和苹果树
等观赏植物。
（消息来源：中国科学报）
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