全 文 ：2003年第 6期 23中国粉体技术
收稿日期:2003-04-08 ,修回日期:2003-05-17
第一作者简介:姚怀芝(1977-),女 ,硕士研究生 。
摘 要:研究了籼米淀粉超微粉体的一种新的制备方法 , 通过
正交实验确定了酶处理淀粉的最佳条件 ,考察了淀粉的溶解度
和膨润力。结果表明 ,酶处理淀粉的最佳工艺参数为:水解温度
45 ℃,时间为 25 h ,酶用量为水解淀粉的 45%。随着粒径的减
小 ,淀粉的溶解度增大 ,膨润力下降 。
关键词:淀粉;复合酶;超微粉体
中图分类号:TS235.1 文献标识码:A
文章编号:1008-5548(2003)06-0023-03
Preparation and Characteristics of
Superfine Powder of Long-rice Starch
YAO Huai-zhi , YAO Hui-yuan
(School of Food , Jiannan University , Wuxi 214036, China)
Abstract:The superfine powder of long-rice starch is prepared by a
new method.The optimal conditions for starch treatment with ferment
are determined by orthogonal experiments , the effects of various ma-
terials on superfine grinding are discussed , and the solubility and the
expandibility of the starch are researched.The results show that the
optimal conditions for starch treatment with ferment are the tempera-
ture of hydrolysis is 45℃, the time is 25 h , the amount of ferment is
45%of starch.When the particle size of starch decreases , its solu-
bility improves and the expandibi lity comes down.
Key words:starch;complex-enzyme;superfine powder
1879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。从宏观角度上看 ,固体物料的机械粉碎似乎
仅仅是颗粒粒度的变化 。从微观角度上看 ,机械能转
化为过剩自由能和弹性应力 ,弹性应力发生迟豫引起
晶格畸变 、晶格缺陷 、无定形化 、表面自由能增大 、生
成自由基等机械力化学效应 。当颗粒粒度变化到某一
范围时 , 必将伴随有从量变到质变的过程 , 尤其在超
细粉碎阶段表现得更为突出 [ 2 ～ 5]。
当颗粒平均粒径在 1～ 3μm之间称为超微粉体[6]。
超微粉体是上世纪六 、七十年代发展起来的高科技产
品 。我国自 90年代初引入 ,其研究和应用开发方兴未
艾 ,广泛地应用于食品 、医药 、化妆品 、橡胶 、陶瓷 、塑
料等国民经济的各个领域[ 7]。机械粉碎是指颗粒内部
应力大于其所能承受的极限时就发生断裂破坏而达
到粉碎目的 。但此过程与颗粒的组成 、 结构 、温度
以及外界介质有非常大的关系 。对于弹脆性颗粒 ,
粉碎作用产生的内应力在它发生显著流变过程之前
就达到了脆性破坏的极限强度 , 颗粒表现为容易粉
碎 。对于塑性颗粒可以看到明显的流变 , 而结构上
不易产生显著的破坏 , 流变所消耗的能量转化为热
量而释放 , 颗粒表现为难于粉碎 。籼米淀粉属于塑
性类型 , 直接用机械方法粉碎几乎达不到超微粉体
的范围。本文用生淀粉酶先处理原料 , 再用机械粉
碎解决了此难题。
1 实验仪器与方法
1.1 实验材料和仪器
籼米:市售;α-淀粉酶 , 无锡杰能科生物技术有
限公司产品;糖化酶 , 无锡杰能科生物技术有限公司
产品;SS450-N三足式离心机 , 中国化工机械集团张
家港市沪江离心机厂;SHZ-3型水循环真空泵 , 河南
巩义市杜甫仪器厂;2K-82型真空干燥箱 , 上海市实
验仪器总厂;JB50-D型增力电动搅拌器 , 上海标本
模型厂;QLM-100KA气流磨主机 , 浙江上虞市和力
粉体有限公司 。
1.2 淀粉的制备
籼米用 20%NaOH溶液浸泡 24 h ,磨碎 ,再用 2%
NaOH溶液浸泡 48 h , 过胶体磨 , 过 100目筛 , 离心分
离 ,洗涤数次 ,干燥备用 。
1.3 淀粉的酶处理
用柠檬酸-碳酸氢二钠缓冲液配制籼米淀粉悬
浮液 , 加入一定比例的复合酶液 , 在一定温度下振荡
反应 30 min , 冷却加适当浓度的 NaOH溶液终止反
应 。上层清液用 DNS法测还原糖的量 [ 8 ～ 10]。
籼米淀粉超微粉体的制备及其性质
姚怀芝 , 姚惠源
(江南大学 食品学院 , 江苏 无锡 214036)
颗粒制备与处理
DOI :10.13732/j.issn.1008-5548.2003.06.006
2003年第 6期24 中国粉体技术
图 1 不同温度下超微粉体的溶解度
表 1 正交实验 L9(38)因素与水平表
表 2 正交实验结果及极差分析
因素、水平
1
2
3
酶量/%(A)
25
35
45
反应时间/h(B)
15
20
25
反应温度/℃(C)
35
45
55
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
R1
K 1
K 2
K 3
R2
A
1
1
1
2
2
2
3
3
3
46.8
66.88
108.59
61.79
224.06
289.9
312.76
88.7
B
1
2
3
2
3
1
3
1
2
49.48
80.21
97.88
48.4
241.17
270.58
314.97
73.8
C
1
2
3
1
2
3
1
2
3
68.3
68.39
85.58
17.28
260.79
277.81
288.12
27.33
相对水解率/%
8.71
15.32
22.77
19.58
29.80
17.50
40.01
23.27
45.31
吸油率/%
51.21
72.07
100.78
98.82
103.43
87.65
110.76
102.31
99.69
1.4 超细粉碎
将高压气体通过超音速喷嘴加速成超音速气流 ,
射入对撞粉碎区 ,使物料流态化 。物料颗粒在高速气
流所孕育的巨大动能的作用下被加速 ,在喷嘴射流的
交会点发生相互碰撞 ,从而达到超细粉碎的目的 。
1.5 溶解度与膨润力的测定
配 2%(干基)淀粉液 ,在一定温度下搅拌 30 min ,在
3000 r/min下离心分离 20min ,将上层清液置于90℃水
浴上蒸干 。再烘至恒重 , 得沉淀物 P 和烘干至恒重
A。按下列计算其溶解度与膨润力 。
2 结果与讨论
2.1 酶处理淀粉条件的优化
选择影响籼米淀粉生淀粉酶作用的因素进行实
验 ,并选择出合适的水平 [ 11]。因实验的目的是淀粉被
酶作用后 ,更有利于超细化 ,并不希望淀粉完全水解 ,
故选择酶的用量为按理论酶解淀粉 30%～ 40%较为
合适 。以酶水解后颗粒的吸油率[ 10]来选择水解条件 。
酶对淀粉的水解作用主要受酶量 、酶作用时间和
酶解温度 3个因素的影响 。正交实验因素水平如表
1 ,正交实验结果见表 2。
由表 2可看出 , 3个因素对生淀粉相对水解率
和吸油率影响的主次顺序依次为:酶用量>反应时
间>反应温度 。随着酶用量的增加 、反应时间的延
长 , 相对水解率呈上升趋势 。但相对水解率超过
45.31%时 , 吸附量反而降低。产生此现象的主要原
因可能是淀粉水解率过大 , 使部分淀粉颗粒结构发
生崩解 , 失去淀粉微孔结构 , 从而丧失吸附性能 。
结合淀粉相对水解率与吸附性 , 得出酶处理淀粉的
最佳工艺参数为:水解温度 45 ℃, 时间为 25 h , 酶
用量为水解淀粉的 45%, 淀粉相对水解控制在 40%
左右 。
2.2 不同原料对超细粉碎的影响
用两种不同原料(未用酶处理的淀粉和用酶处理
的淀粉)进行超细粉碎 , 采用显微镜测其粒径的大
小 。未用酶处理的淀粉经气流粉碎后其平均粒径为
6.57μm , 用酶处理的淀粉经气流粉碎后其平均粒径
为 2.86μm。
2.3 超微粉体的溶解度和膨润力
淀粉在水中 , 因其分子中 C1、 C2或 C6位上羟基
与水分子形成氢键 , 部分小分子将溶于水中而形成
淀粉水溶液 。溶解于水中部分淀粉质量占总的淀粉
质量的百分比 , 能反应出淀粉样品与水之间的作用
能力 。随着温度的升高 , 溶解度增大。在相同温度
下 , 样品的颗粒粒径越小 , 溶解度越大 。由图 1中
增大的趋势可以看出 , 颗粒细化的影响因素远远超
过温度对溶解度的影响 。当颗粒粒径较大时 , 膨润
力随着温度的上升明显的增大 , 如图 2。刚开始
时 , 颗粒粒径较小 , 比表面积大 , 同时结晶区受到
了极大的破坏 , 这些因素增加了水分子与淀粉游离
羟基结合的几率 , 故溶解度与膨润力增大 。但当粒
度接着变小时 , 膨润力呈下降趋势 。因粉碎过程中
主要是产生结构缺陷 , 新生微粒的形状各异 , 极不
颗粒制备与处理
2003年第 6期 25中国粉体技术
图 2 不同温度下超微粉体的膨润力
规则 , 新生粒子表面电荷极易集中在颗粒的拐角及
凸起处 。在颗粒的表面凸起处有的带正电荷 , 有的
带负电荷 。带电粒子极不稳定 , 它们相互吸引 , 使
颗粒产生团聚 , 从而使水分子不易与粒子充分接触 ,
导致膨润力下降[ 6 ～ 7]。
参考文献:
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信息之窗
2003年全国颗粒联测报告
2003年全国颗粒联测活动于 10月 30日圆满结束 。本次活
动由山东颗粒学会颗粒测试专业委员会等单位牵头组织 , 得到
了广大颗粒测试工作者的热烈响应 , 同时也受到了颗粒测试界
的同仁的大力支持 。本次活动共收到联测反馈数据 34份 。应
参测单位的要求 , 其中未列出单位名称 , 只给出联测编号。
本次活动有高等院校 、研究院所 、厂矿企业等单位参加 ,其
中有国有企业 ,也有外资企业 ,包含化工 、机械 、电子 、新材料 、
陶瓷 、非矿 、地质等行业 ,地域包括国内十余个省份 。
本次联测活动采用两种粒度不同的样品(白钢玉和绿碳化
硅),全部样品由淄博金纪元研磨材料有限公司提供 。
本次联测活动由济南微纳仪器有限公司承办 ,全部费用由
济南微纳仪器有限公司赞助 。
参加联测的仪器有 :济南微纳仪器有限公司生产的
JL9200型激光粒度分析仪;Winner2000型激光粒度分析仪;丹东
百特BT-9300激光粒度仪;成都精新 JL1155/1166激光粒度仪;
法国CILAS-1064激光粒度仪;日本 SA-CP3光透沉降仪和日本
的SALD-201激光粒度仪 。其中激光粒度仪占大多数 。
从测试结果分析:剔除 3个明显不良的数据后 , 两种样品
的中位径平均值分别为 9.23μm和 25.83μm。
相对误差 10%以内的有:1#(细样品)18家 , 2#(粗样品)
13家;相对误差 10%～ 20%有:1#样品 11家 , 2#样品 9家;
相对误差 20%～ 30%有:1#样品 3家 ,2#样品 7家 。从整体上
看 ,测试水平较去年的联测有较大的提高 。测试优秀的单位有
山东水泥质检站 、江苏丹阳铝银粉厂 、中种集团农业化学有限
公司 、陕西洛克特种陶瓷高科技有限公司 、淄博赛德克陶瓷颜
料有限公司等 。
本次联测的特点及主要结论:
(1)全国颗粒联测活动受到广大颗粒测试工作者的热烈欢
迎 ,影响力正逐步扩大 。
(2)本次联测活动 1#样品与去年联测样品基本相同 , 测
试结果明显好于去年 (测试结果优秀率超过 50%)。说明联测
活动信息交流使大家的测试水平有所提高 。
(3)1#样品测试结果明显好于 2#样品的测试结果 。说明
不同粒度的样品在测试方法上有一定的差异 。
(4)颗粒测试的数据的离散程度越来越小 , 说明颗粒测试
技术的普及程度越来越高 。
(5)不同厂家的仪器测试结果越来越接近 , 只有个别仪器
的测试结果有明显的偏差 ,应引起有关厂家的注意 。
(6)国外的仪器与国产的仪器测试结果没有明显倾向性
的差别 。说明国产仪器的性能可与国外的仪器相媲美 。
(7)个别参测单位的测试结果出现反差现象 , 是否操作问
题?或样品分散问题?或者需要重新校准仪器?……需要进一步
调查原因 ,予以解决 。
总之 , 本次联测活动为参测单位提供了极有价值的信息 ,
对提高测试水平有重要意义 。联测活动每年举办一次 ,欢迎参
与并提出宝贵意见 。
2003年全国颗粒联测组织委员会
颗粒制备与处理