211251880_底物浓度对三种不同来源的脱支重结晶淀粉的影响|江阴雨辰互联

2024年4月11日发(作者：)

第 44 卷第 11 期

2023 年 6 月

食品工业科技

Science and Technology of Food Industry

Vol. 44 No. 11

Jun. 2023

田霞，田梦洋，王志伟，等. 底物浓度对三种不同来源的脱支重结晶淀粉的影响[J]. 食品工业科技，2023，44（11）：95−102. doi:

10.13386/1002-0306.2022070270

TIAN Xia, TIAN Mengyang, WANG Zhiwei, et al. Effects of Substrate Concentration on Debranched Recrystallized Starch from Three

Different Sources[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(11): 95−102. (in Chinese with English abstract). doi:

10.13386/1002-0306.2022070270

· 研究与探讨 ·

底物浓度对三种不同来源的脱支重

结晶淀粉的影响

田　霞，田梦洋，王志伟

，周中凯

（天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457）

摘　要：以三种不同来源淀粉（普通玉米淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉）为研究对象，对样品进行脱支重结晶处理，

分析底物浓度对三类脱支重结晶淀粉的形态、大小、结晶结构、热性质和凝胶性质等功能特性的影响。结果表明，

原淀粉表面光滑无孔洞，脱支重结晶淀粉完整性均被破坏且受浓度影响不明显；粒径随底物浓度增加而增大；相

对结晶度随底物浓度增加呈先减小后增大的趋势；与原淀粉相比，三种改性淀粉的储能模量（G'）高于损耗模量（G"），

凝胶强度增强，热稳定性和有序度（DO）均下降而双螺旋度（DD）均上升。改性玉米淀粉和木薯淀粉在较低底

物浓度（6%、10%）表现出较弱的粘弹性，而豌豆淀粉在中等底物浓度（10%、14%）表现为较高的粘弹性；

DD值随底物浓度增加而减小（底物浓度为18%样品除外）；热稳定性随底物浓度增大有所改善，但仍低于原淀粉。

由此可见，调节底物浓度可以选择性地获取理想的脱支重结晶淀粉，这将为不同品种淀粉的综合利用提供思路。

关键词：玉米淀粉，木薯淀粉，豌豆淀粉，普鲁兰酶，脱支，重结晶

中图分类号：TS201.2 文献标识码：A 文章编号：1002−0306（2023）11−0095−08

DOI: 10.13386/1002-0306.2022070270

本文网刊:

Effects of Substrate Concentration on Debranched Recrystallized

Starch from Three Different Sources

TIAN Xia，TIAN Mengyang，WANG Zhiwei

，ZHOU Zhongkai

（College of Food Science and Engineering, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China）

Abstract：Three kinds of debranched recrystallized starches from different sources (common corn starch, tapioca starch and

pea starch) were used to investigate the effect of substrate concentration on the morphology, size, crystal structure, thermal

properties, gel properties and other functional properties. The results showed that the surface of native starch was smooth

without pores, and the integrity of debranched recrystallized starches were all destroyed and not significantly affected by

concentration. The particle size increased with the increase of substrate concentration. The relative crystallinity of three

types of debranched recrystallized starches decreased and then increased with the increase of substrate concentration.

Compared with native starch, the storage modulus (G') of the three modified starches was higher than the loss modulus

(G"), the gel strength was enhanced, and the thermal stability and degree of order (DO) all decreased while the degree of

double helicity (DD) increased. The modified corn starch and tapioca starch showed weak viscoelasticity at lower substrate

concentration (6%, 10%), whereas pea starch showed higher viscoelasticity at medium substrate concentration (10%, 14%).

The value of DD decreased with increasing substrate concentration (except for 18% sample with substrate concentration).

The thermal stability improved with the increase of substrate concentration but was still lower than that of the native starch.

It follows that the ideal debranched recrystallized starches could be obtained selectively by adjusting the substrate

concentration, which will provide ideas for the integrated utilization of different kinds of starches.

收稿日期：

2022−07−21

基金项目：

天津市自然科学基金（20JCZDJC00040）。

作者简介：

田霞（1996−），女，硕士研究生，研究方向：农产品加工，E-mail：********************。

* 通信作者：

王志伟（1979−），男，博士，副研究员，研究方向：粮油科学，E-mail：***************.cn。

周中凯（1964−），男，博士，教授，研究方向：谷物科学与营养，E-mail：***************.cn。

· 96 ·

食品工业科技2023年 6 月

Key words：corn starch；tapioca starch；pea starch；pullulanase；debranching；recrystallization

淀粉是一种天然高分子碳水化合物

[1]

，其主要由

两种多糖成分组成，即直链淀粉和支链淀粉，其中直

链淀粉主要是由α-（1→4）-D-葡聚糖组成的长线性

结构，支链淀粉是高度分支化的，通常具有较大的分

子量

[2]

，主链及分支皆为α-1,4糖苷键，分支点则以

α-1,6糖苷键连接，其平均分支链长约为18~24个葡

萄糖单元

[3−4]

。淀粉的直/支比例因来源不同而差异

显著，作为产量仅次于纤维素的第二大可再生资源，

其按来源主要可分为谷类淀粉、薯类淀粉和豆类淀

粉，分别以玉米淀粉、木薯淀粉和豌豆淀粉为主。

从植物中提取的淀粉称为天然淀粉，而经过转化（生

物、化学、物理）的淀粉称为变性淀粉。而天然淀

粉由于回生、脱水、较低的耐热性和抗剪切性，以及

在不同温度下的不稳定性，限制了其在食品工业中的

应用，因此，为了克服这些缺点并赋予其某些特性，

对其进行改性处理，主要改性方法有酶法改性、物理

改性和化学改性，但化学改性存在潜在的毒性，故本

研究选用压热与酶解相结合的改性方式，通过压热处

理使淀粉糊化并使其氢键断开，双螺旋结构打开，使

淀粉颗粒从有序变为无序，再经由普鲁兰酶断开其

α-1,6糖苷键，酶解处理产生的线性短链赋予脱支淀

粉更高的流动性，从而促进了分子的排列和聚集，凝

胶网络和晶体结构的形成

[8]

。

在以往的研究中淀粉的改性带来了显著的附加

值。Miao等

[9]

研究了脱支时间及酶浓度对糯玉米淀

粉消化性能的影响，发现酶浓度越高，脱支时间越短，

糊化淀粉的慢消化淀粉（SDS）含量越高；Sureeporn

等

[10]

利用双水热处理改善脱支重结晶木薯淀粉结

构，发现水热处理样品的相对结晶度、熔融温度和抗

性淀粉（RS）含量均增加；Ma等

[11]

研究了高压灭菌

和α-淀粉酶水解等预处理对普鲁兰酶脱支豌豆淀粉

修饰作用的影响，发现所有处理后的豌豆淀粉晶型都

从C型转变为B型，且均会出现短程有序性增强的

现象。近年来，前人广泛研究了酶以及重结晶条件等

对单一淀粉的影响，而对于底物浓度对脱支重结晶淀

粉的影响研究较少且不够系统深入，因此，本文通过

设置不同梯度的底物浓度，来探究其对三种不同来源

淀粉脱支重结晶特性的影响，从而拓宽不同来源淀粉

的应用范围，同时为企业开发新型淀粉提供思路。

本文以玉米淀粉、木薯淀粉和豌豆淀粉为原料，

经由脱支重结晶处理，对比分析三类淀粉在形态、大

小、晶体结构、流变性能以及热性质等方面的差异，

从而深入了解淀粉浓度及来源对变性淀粉自组装过

程的影响，并为开发具有增强功能和营养特性的淀粉

基食品提供基础。

新乡良润全谷物食品有限公司；普鲁兰酶（1000 ASPU/

mL）　DANISCO（丹麦）；所有分离所用有机试剂均

为国产分析纯。

ALPHA 1-2LD冷冻干燥机　CHPIST公司；SU-

1510扫描电子显微镜　日本日立公司；Epoch2酶标

仪　美国伯腾仪器有限公司；ZWY-2102C恒温培养

振荡器　上海智城分析仪器有限公司；IS50傅里叶

红外光谱仪　美国尼高利公司；MARS60动态流变

仪　德国哈克公司；Q50热重分析仪　TA instruments

Waters LLC；BT 9300H激光粒度分布仪　丹乐百特

仪器有限公司；DSC 3差式扫描量热仪　尤尼柯（上

海）仪器有限公司；Ultima IV X-射线衍射仪　日本

理学公司。

[5]

[6]

[7]

1.2　实验方法

1.2.1 样品的制备　样品的制备参考Sun和Flávia

等

[12−13]

的方法并加以改进。称取适量的玉米淀粉、

木薯淀粉和豌豆淀粉于锥形瓶中，再加入适量的蒸馏

水配制成浓度分别为6%、10%、14%和18%的淀

粉溶液，用玻璃棒搅拌均匀，先将淀粉于沸水浴处理

30 min，然后在温度为121 ℃压强为101 kPa的条

件下处理30~40 min使淀粉溶液充分糊化，将糊化

液放置水浴锅恒温到50 ℃，加入普鲁兰酶80 μL，

在50 ℃汽浴摇床完成24 h脱支，脱支完成后置于

高压灭菌锅（121 ℃，101 kPa）灭酶30~40 min，于恒

温培养箱中25 ℃重结晶48 h。重结晶完成后，将样

品移入冻干平皿中，在-80 ℃下预冻12~24 h后经冷

冻干燥得到样品粉末，充分研磨并过100目筛备

用。原淀粉以及改性后的玉米淀粉样品依次命名为

NCS、6%CS、10%CS、14%CS、18%CS；木薯淀粉命

名为NTS、6%TS、10%TS、14%TS、18%TS；豌豆淀

粉命名为NPS、6%PS、10%PS、14%PS、18%PS。

1.2.2 重结晶淀粉形态观察　采用扫描电子显微镜

对冻干样品粉末形态进行观察。用棉签蘸取少量冻

干后样品轻轻涂抹于圆形托盘的导电胶上，喷金镀膜

处理后，置于显微镜下观察。选取适宜放大倍数并

拍照。

1.2.3 重结晶淀粉粒径分布　参考王志伟等

[14]

的方

法并做适量修改。取0.5 g冻干样品溶解于10 mL

蒸馏水中，超声（500 W）处理30 min使其混合均匀

后用于粒度测试。用吸管吸取一定量溶液滴加到激

光粒度分布仪中，使折光率达到5%~10%后开始测

定，用计算机自带软件处理得到粒径分布数据。

1.2.4 XRD分析重结晶淀粉的结晶结构　参考

Reddy等

[15]

的方法并做适当修改。取适量冻干样品

置于扫描圆盘凹槽中，铺平压实待测。测定条件：衍

射角（2θ）扫描范围5~35°，扫描速度为2°/min，检测

步宽为0.02°，管压40 kV，管流30 mA。通过结晶面

1　材料与方法

1.1　材料与仪器

普通玉米淀粉、普通木薯淀粉、普通豌豆淀粉　

第 44 卷第 11 期田　霞，等：底物浓度对三种不同来源的脱支重结晶淀粉的影响

· 97 ·

积与衍射图总面积的比值分析相对结晶度。

频率扫描参数：设定扫描应变为1%，记录振荡频率

从0.1 Hz增加到10 Hz的弹性模量（G'）和粘性模量

（G"）随频率的变化情况。

1.2.5 DSC分析重结晶淀粉的热性质　参考Xie等

[16]

的方法并做改进。称取冻干样品粉末4 mg于铝制

坩埚中，使用移液枪加入10 μL蒸馏水混合均匀，使

用压片机压片密封后，静置平衡过夜待测。测定程序

如下：将样品置于DSC内置盘上，以空白坩埚为对

照，以氮气作为载气，流速为20 mL/min，测试温度范

围为25~110 ℃，升温速率为10 ℃/min。测试结束

用计算机自带软件进行处理。

1.2.8 重结晶淀粉的热重分析　参考展海军等

[19]

的

方法并做修改。称取3~5 mg冻干样品装入热重天

平篮，通入流速为40 mL/min的高纯氮气吹扫，从室

温以10 ℃/min的升温速率升温到600 ℃，得到热重

曲线，并用热重自带软件分析曲线。

1.3　数据处理

每组数据均取三组平行（XRD除外），且均以平

1.2.6 傅里叶红外光谱（FTIR）分析重结晶淀粉物理

结构　参考Liu等

[17]

的方法，取1 mg冻干样品粉末

加入150 mg溴化钾充分研磨、压片。光谱范围400~

4000 cm

−1

，分辨率4 cm

−1

，扫描次数：16。用OMNIC

软件对谱图进行分析。

均值±标准差表示。采用Origin2019绘图，SPSS25

软件对数据进行显著性分析，P<0.05。

2　结果与分析

2.1　颗粒形态分析

脱支前后淀粉颗粒形态如图1所示，天然的淀

1.2.7 重结晶淀粉的流变特性　

1.2.7.1 淀粉糊的制备　参考郭瑾

[18]

的方法并做适

粉颗粒呈球形或者卵形，表面光滑且伴有少量褶皱，

棱角分明，无孔洞（图1A~C）。与原淀粉相比，脱支

重结晶后淀粉的形态特征存在显著差异，所有脱支重

结晶淀粉颗粒的完整性均被破坏，这可能是由于压热

糊化处理使淀粉分子氢键断裂和双螺旋结构打开；玉

米淀粉和木薯淀粉均出现纳米尺寸的小球晶的紧凑

堆积，而豌豆淀粉表面则出现无定形聚集体和少许的

分层条带

[20]

，出现差异性的原因可能是前两者在普鲁

兰酶脱支过程中趋向于产生更多短的线性直链淀粉

Ca1

当修改。利用粘度测速仪制备淀粉糊，将原淀粉以及

重结晶淀粉配制成6%的淀粉溶液，置于铝盒中，设

定程序为：50 ℃保温1 min后，温度以12 ℃/min上

升至95 ℃并保持2.5 min，再以12 ℃/min冷却至

50 ℃并保温2 min。所得淀粉糊冷却到室温后进行

动态流变特性分析。

1.2.7.2 动态粘弹性测定　采用平板系统测试，探头

直径35 mm，平板间隙1 mm，测定温度25 ℃。振荡

a2a3a4b1

b2b3b4c1

c2c3c4

图 1 不同来源重结晶淀粉电镜对比图

Fig.1 Electron microscopic contrast of different sources of recrystallized starch

注：A、B、C依次为NCS、NTS、NPS（1000×）；a1、a2、a3、a4依次为6%CS、10%CS、14%CS、18%CS；b1、b2、b3、b4依次为

6%TS、10%TS、14%TS、18%TS；c1、c2、c3、c4依次为6%PS、10%PS、14%PS、18%PS（2000×）。

· 98 ·

食品工业科技2023年 6 月

分子

[17]

，而豌豆淀粉则由较大比例的中间链组成，更

可能相互缠绕在局部区域形成凝胶网络或与中短链

共结晶，从而产生稳定的层状结构

[21]

。且由图1可

知，不同底物浓度对淀粉颗粒形态没有显著影响，这

与Sun等

[12]

结果一致。

B型晶体结构

[28]

。衍射峰越高越窄，说明结晶含量越

高

[14]

，与原淀粉相比，脱支重结晶使基于衍射峰强度

的相对结晶度显著减小，且随底物浓度增大，三类淀

粉衍射峰的强度呈先减弱后增强的趋势，相对结晶度

则先减小后增大，有研究证明：脱支释放的短线性α-

（1-4）聚合物趋向于形成双螺旋结构有利于重结晶，

但较长的直链淀粉链之间结合的更快，从而形成阻碍

基本微晶移动的网络不利于重结晶

[12]

，因此随底物浓

度初步增加，短直链淀粉倾向于形成更稳定的双螺旋

结构，随底物浓度进一步增加，直链淀粉分子链的运

动受到抑制，从而导致三类淀粉的相对结晶度降低，

但当底物浓度足够高（18%）时，可能会存在脱支不完

全的情况使相对结晶度出现小幅回升。由此可见，通

过调节体系中的底物浓度可以有效地控制不同来源

淀粉的相对结晶度，但无法对晶型进行调控。

2.2　粒径分析

D50为颗粒中位径，数值越大表示颗粒群颗粒

越大，（D90-D10）/D50表示离散程度，离散程度越

小，粒度分布范围越窄，粒径越集中，颗粒均一性越

好

[22]

。原玉米淀粉和木薯淀粉的平均粒径在16 μm

左右，豌豆淀粉平均粒径在32 μm左右，如表1所

示，三类淀粉脱支重结晶之后粒径均变大，且与底物

浓度呈正比，原因可能是由于支链淀粉释放的短的和

线性的α-1,4-葡聚糖对于分子排列和聚集具有高迁

移率

[23]

；原玉米淀粉、木薯淀粉和豌豆淀粉离散程度

分别为2.33、2.37和1.37，酶解改性之后，淀粉的均

一性都有不同程度的改善，其中玉米淀粉和木薯淀粉

均一性变化较大，而豌豆淀粉变化不明显的原因可能

是较大比例的中间链使其结晶结构致密，从而导致较

强的酶抗性

[24]

相

对

吸

收

强

度

(

)

70000

60000

5.39%

50000

4.12%

40000

30000

7.69%

18%CS

14%CS

10%CS

6%CS

NCS

，这与扫描电镜的分析结果一致。

表 1 不同来源淀粉重结晶后D10、D50、D90、

（D90-D10）/D50对比

Table 1 Comparison of D10, D50, D90, (D90-D10)/D50 after

recrystallization of starch from different sources

种类

6%CS

10%CS

14%CS

18%CS

6%TS

10%TS

14%TS

18%TS

6%PS

10%PS

14%PS

18%PS

20000

8.11%

10000

10.21%

衍射角 2θ (°)

相

对

吸

收

强

度

(

)

70000

60000

40000

30000

7.67%

18%TS

14%TS

10%TS

6%TS

NTS

D10（μm）

16.01±0.33

37.08±0.39

36.19±0.42

46.24±0.84

31.09±0.29

D50（μm）

54.36±0.39

94.38±1.10

105.30±0.14

130.60±0.00

70.82±0.84

D90（μm）

91.89±1.31

177.60±2.68

213.90±0.84

234.00±0.28

128.90±1.83

（D90-D10）/D50

1.39±0.01

1.48±0.02

1.68±0.01

1.43±0.00

1.39±0.02

50000

6.86%

6.97%

36.71±0.98

42.80±0.56

49.32±0.12

46.89±0.34

40.88±0.29

84.23±0.14

96.40±0.35

132.60±0.56

114.20±0.14

121.00±0.00

158.60±0.84

171.10±0.42

236.60±1.48

194.70±0.07

227.90±0.28

1.44±0.01

1.33±0.01

1.41±0.02

1.29±0.00

1.54±0.00

20000

9.17%

10000

10.08%

42.82±0.35

56.17±1.71

122.20±0.14

155.00±1.52

228.70±2.19

263.10±2.58

1.52±0.02

1.33±0.05

衍射角 2θ (°)

相

对

吸

收

强

度

(

)

80000

70000

7.45%

60000

4.31%

50000

40000

8.54%

30000

20000

11.85%

18%PS

14%PS

10%PS

6%PS

NPS

注：同一列不同字母表示差异性显著，P<0.05。

2.3　XRD衍射图谱分析

图2显示了不同浓度的三类脱支重结晶淀粉和

原淀粉的衍射图谱及对应的相对结晶度。淀粉的晶

体类型主要取决于其聚合度（DP）和结晶条件，如温

度、淀粉浓度和使用的溶剂

[25]

。由图2可知原玉米

淀粉和木薯淀粉在2θ为15°、17°、18°和23°附近有

强衍射峰，且17°和18°附近为相连的双峰，属于典型

的A型晶体结构

[26−27]

；原豌豆淀粉在2θ为15°、17°

和23°附近出现强衍射峰，在11°和26°左右呈现出

微弱反射，判断为C型晶体结构

[20]

。脱支重结晶之

后，三类淀粉在2θ为17°、22°和24°附近有较强衍

射峰，晶型均转变成B型，在以往的研究中也有证

实：较低的固体浓度和较长的链有利于诱导形成

10000

13.19%

衍射角 2θ (°)

图 2 不同来源淀粉重结晶前后衍射图谱

Fig.2 Diffraction patterns of starch from different sources

before and after recrystallization

2.4　DSC热分析

DSC可以用来表征淀粉中晶体的熔融以及内部

双螺旋分子链热解过程中的能量变化

[29]

。如图3所

第 44 卷第 11 期田　霞，等：底物浓度对三种不同来源的脱支重结晶淀粉的影响

· 99 ·

示为不同来源淀粉脱支重结晶前后的DSC曲线，由

图3可知原玉米淀粉、木薯淀粉和豌豆淀粉分别在

72.2、68.2和65.5 ℃左右出现吸热峰，而脱支重结

晶之后，三类淀粉DSC曲线呈略微下降趋势且均无

明显的吸热峰出现，由2.1可知，糊化破坏了淀粉的

双螺旋结构和氢键，淀粉由有序变为无序状态，由

2.3可知，脱支重结晶后淀粉的相对结晶度较低，因此

改性后的淀粉可能主要以无定形状态存在

[29]

，故再次

加热后无明显吸热峰出现。

的种类没有发生显著变化，说明在脱支重结晶过程中

没有改变淀粉的基团也没有产生新的官能团，这种处

理方式只是使淀粉分子链进行重组以及链间氢键的

变化

[30]

。由表2可知，与原淀粉相比，脱支重结晶之

后，三类淀粉的DO值均降低，而DD值均升高，除

底物浓度为18%的样品外，DD值随底物浓度增加

而减小，这意味着双螺旋的堆积密度在重排后降低，

这与Wang

[31]

的结果相似，而高底物浓度DD值的

增大可能与其脱支不完全有关。

热

流

(

)

NCS

6%CS

10%CS

14%CS

18%CS

9951022

1047

18%CS

14%CS

10%CS

6%CS

NCS

400110

5004000

波数 (cm

−1

)

9951022

1047

温度 (℃)

NTS

6%TS

10%TS

14%TS

18%TS

14%TS

10%TS

6%TS

NTS

热

流

(

)

400110

5004000

波数 (cm

−1

)

9951022

1047

温度 (℃)

NPS

6%PS

10%PS

14%PS

18%PS

14%PS

10%PS

6%PS

NPS

热

流

(

)

300

波数 (cm

−1

)

温度 (℃)

图 3 不同来源淀粉重结晶前后DSC曲线

Fig.3 DSC spectra of starch from different sources before and

after recrystallization

图 4 不同来源淀粉重结晶前后红外光谱图

Fig.4 Infrared spectra of starch from different sources before

and after recrystallization

2.5　红外光谱分析

红外光谱常用来表征淀粉的短程有序结构，如

2.6　流变特性分析

从动态测量过程中可以获得的G'（储能模量）和

链构象和双螺旋结构；淀粉有三个特征吸收峰，分

别在1047、1022和995 cm

−1

处，其中1047 cm

−1

和

995 cm

−1

处的吸收峰分别与淀粉有序结构和水合结

晶有关，1022 cm

−1

处的吸收峰与淀粉的非结晶态有

关

[25]

；分别采用1047/1022 cm

−1

（R

1047/1022

）和995/

1022 cm

−1

（R

995/1022

）比值来确定有序度（DO）和双螺

旋度（DD）

[22]

。图4显示三类淀粉脱支前后吸收峰

G"（损耗模量），二者分别反映了被测样品的弹性和

粘性，tanδ是损耗正切（G"/G'），它是反映凝胶相对粘

性或弹性行为的重要流变参数，当tanδ大于1时，样

品表现出良好的粘性性能，当tanδ值在0.1~1之间

时，表现为弱凝胶，当tanδ小于0.1时，表现为较强

的凝胶特性

[32−33]

。由表2可知，原淀粉的tanδ值均

小于1，说明含有高度支链的原淀粉表现出弱凝胶行

· 100 ·

食品工业科技2023年 6 月

表

2 不同来源淀粉重结晶前后各参数对比

Table 2 Comparison of parameters before and after

recrystallization of starch from different sources

种类

NCS

6%CS

DO（R

1047/1022

）DD（R

995/1022

）

1.148±0.001

tanδ

起始分解温度（℃）

299.52±0.53

285.74±0.35

291.19±0.21

294.69±0.17

296.50±0.21

301.08±0.11

288.00±0.46

能是不同植物来源淀粉具有不同的链结构，从而导致

酶解脱支产生的线性淀粉链具有不同的链长

[15]

。因

此，通过调控不同来源淀粉的底物浓度可以有效改善

淀粉的粘弹性，从而获得食品工业所需功能特性的目

标产品。

0.965±0.001

0.191±0.005

1.126±0.009

1.123±0.004

0.419±0.021

1.009±0.000

0.106±0.001

1.054±0.004

0.123±0.004

0.987±0.014

0.511±0.024

1.022±0.001

10%CS

1.094±0.007

1.077±0.003

0.841±0.034

14%CS

0.992±0.001

18%CS

1.061±0.049

NTS

6%TS

1.145±0.000

1.031±0.022

2.7　热重分析

热重分析是研究淀粉热稳定性和热降解过程的

常用方法。图6显示了脱支重结晶前后不同来源淀

粉的TGA曲线，由图6可知，样品受热失重主要存

在两个分解阶段

[36]

，第一个分解阶段是在室温至170 ℃

温度区间，主要是由淀粉中水分（吸附水、结合水）以

及挥发性物质的散失引起的，不同来源淀粉第一次分

解结束温度会有一定的差异，而这种差异性可以从侧

面反映出淀粉的持水力，分解结束温度越高，淀粉的

持水力越强；第二个分解阶段是在250~370 ℃温度

区间，有报道称该阶段会分解产生水、二氧化碳、一

氧化碳、乙醛、呋喃和2-甲基呋喃等成分

[37−38]

，该阶

段失重明显，淀粉失重速率达到最大值，是淀粉分解

的特征峰存在区间，此阶段的初始分解温度可以反映

淀粉的热稳定性

[39]

，初始分解温度越高，热稳定性

越好。

由图6可知，第一次热分解阶段中，原豌豆淀粉

水分散失最快，持水力较差，木薯淀粉次之，玉米淀粉

较好；脱支重结晶后淀粉持水力均要优于原淀粉，原

因可能是淀粉的结晶区通道可能比非晶区的通道更

疏水，疏水通道会降低水分子的吸附能力

[15]

，这与XRD

NCS

25 ℃/14%CS

25 ℃/6%CS

25 ℃/18%CS

25 ℃/10%CS

0.063±0.001

10%TS

1.034±0.000

14%TS

1.046±0.014

18%TS

1.039±0.014

NPS

6%PS

1.053±0.001

1.012±0.001

1.021±0.001

0.293±0.012

1.014±0.001

0.119±0.001

1.035±0.001

0.107±0.002

0.970±0.001

0.114±0.001

1.030±0.001

0.652±0.008

1.015±0.014

0.126±0.002

1.014±0.021

0.145±0.001

1.017±0.001

0.101±0.003

293.00±0.49

293.52±0.62

294.38±0.91

301.33±0.91

291.27±0.82

296.92±0.86

298.88±0.28

299.29±0.38

10%PS

1.025±0.000

14%PS

1.011±0.000

18%PS

1.010±0.001

注：同一列同一类淀粉不同字母表示差异性显著，P<0.05。

为，这与前人

[34]

的研究结果一致；图5A、B显示了脱

支重结晶玉米淀粉和木薯淀粉在较低（6%、10%）的

底物浓度表现出较低的动态模量（G'和G"），这可能

是由于脱支较完全，从而产生较多具有分子排列和聚

集所需的高流动性的短链直链淀粉

[35]

，且原玉米淀粉

的动态模量均高于脱支玉米淀粉（图5A）说明脱支使

玉米淀粉粘弹性降低，而脱支豌豆淀粉在中等浓度

（10%、14%）表现为较高的动态模量（图5C），原因可

100

350

300

250

200

150

100

600

500

400

300

200

100

NCS

25 ℃/14%CS

25 ℃/6%CS

25 ℃/18%CS

25 ℃/10%CS

(

)

(

)

NTS

25 ℃/14%TS

频率 (Hz)

25 ℃/6%TS

25 ℃/18%TS

810

NTS

25 ℃/14%TS

频率 (Hz)

25 ℃/6%TS

25 ℃/18%TS

810

25 ℃/10%TS

NPS

25 ℃/14%PS

频率 (Hz)

25 ℃/6%PS

25 ℃/18%PS

810

(

)

(

)

NPS

25 ℃/14%PS

频率 (Hz)

25 ℃/6%PS

25 ℃/18%PS

810

25 ℃/10%PS

频率 (Hz)

6810

(

)

(

)

频率 (Hz)

6810

图 5 不同来源淀粉重结晶前后流变曲线

Fig.5 Rheological curve of starch from different sources before and after recrystallization

第 44 卷第 11 期田　霞，等：底物浓度对三种不同来源的脱支重结晶淀粉的影响

· 101 ·

100

0500

质

量

分

数

(

)

NCS

6%CS

10%CS

14%CS

18%CS

疏松多孔，豌豆淀粉则表现为无定形的晶体片层结

构，形态受底物浓度影响不明显，而脱支重结晶使淀

粉颗粒粒径显著高于原淀粉，且与底物浓度呈正比；

脱支重结晶之后淀粉晶型均转变为B型，且随底物

浓度增加，相对结晶度呈现先减小后增加的趋势；与

原淀粉相比，脱支重结晶淀粉热稳定性均变差，但随

底物浓度提升热稳定性有所改善，尤其是脱支重结晶

玉米淀粉改善较明显；脱支重结晶使三类淀粉双螺旋

度增加，有序度降低，且较高的底物浓度不利于分子

的有序排列和双螺旋的形成；脱支重结晶后的三类淀

粉G'显著高于G"，表现出较强的凝胶特性，脱支重

结晶玉米淀粉和木薯淀粉在较低底物浓度表现出较

低的动态模量，而豌豆淀粉则是在中等底物浓度产生

较高的动态模量。由此可见，通过改变底物浓度的范

围可以有效调控脱支重结晶淀粉的大小、相对结晶

度以及粘弹性，改善其均一性和热稳定性等功能特性。

600

温度 (℃)

100

0500600

NTS

6%TS

10%TS

14%TS

18%TS

质

量

分

数

(

)

参考文献

温度 (℃)

100

0500600

NPS

6%PS

10%PS

14%PS

18%PS

温度 (℃)

图 6 不同来源淀粉重结晶前后TGA曲线

Fig.6 TGA curve of starch from different sources before and

after recrystallization

分析结果一致；第二次热分解阶段中，原木薯淀粉和

豌豆淀粉的起始分解温度要略高于玉米淀粉（表2），

说明玉米淀粉的热稳定性较差；脱支重结晶淀粉起始

分解温度均低于原淀粉，说明这种处理方式使淀粉的

热稳定性下降，原因可能是聚合度的降低和单螺旋结

晶不完全

[40]

。由表2可知，底物浓度为6%时的起始

分解温度要远低于其他底物浓度，原因可能是较低的

底物浓度有利于样品脱支更完全，使产生的晶体结构

不致密。且三类脱支淀粉的起始分解温度随底物浓

度升高而增大，说明较高的底物浓度有利于改善脱支

淀粉的热稳定性。

3　结论

采用压热与普鲁兰酶酶解相结合的方式并设置

不同浓度梯度对不同来源的脱支重结晶淀粉的功能

特性进行分析，结合扫描电镜、粒径分析仪、XRD、

DSC、TGA、动态流变仪等表征其特性，与天然淀粉

光滑完整的颗粒相比，脱支重结晶粗糙的表面显示出

不规则形状的凹陷与团聚，玉米淀粉和木薯淀粉变得

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211251880_底物浓度对三种不同来源的脱支重结晶淀粉的影响

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