通過一定的物理破碎手段可以改變淀粉顆粒 的結構與性能，進而影響淀粉相應的品質，當前國 內外相關研究大多集中于球磨機超微粉碎處理對 玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、大米淀粉、木薯淀粉等物理性質的影響研究，超微粉碎處理后淀粉的結構和多孔 性發生了明顯變化，顆粒的大小、形貌和均勻度都 會發生改變，形狀變得不規則，淀粉鏈長發生改變， 從而導致諸如分散性、溶解度、糊化性質、黏度性 質和化學活性等發生改變，水溶性成分增加，凝膠 性質發生變化等[1-6]。利用球磨機超微粉碎處理時間 一般都在幾小時到幾十小時，甚至上百小時不等， 而振動磨是通過介質與物料一起振動將物料進行超微粉碎，具有粉碎時間短、效率高、容易控制粉 碎程度等優點[7]。

 

淀粉回生是指糊化的淀粉顆粒在低溫下又自 動排列成序，相鄰分子間的氫鍵又逐步恢復形成致 密、高度晶化的淀粉分子束[8]，即形成抗性淀粉 (resistant starch，RS)。RS是一種不能在人體小腸中消化吸收的淀粉，具有調節血糖、防治心腦血管 疾病、預防結腸癌、控制體重等功能[9-13]，成為食 品營養學的一大研究熱點，抗性淀粉與淀粉回生近 年來受到食品科學與工程專家的極大關注。當前提 高淀粉回生的處理方法主要有化學改性、酶處理等 方法[14-17]，超微粉碎技術屬于機械物理破碎改善 淀粉性質的方法，具有低成本、無污染、易控制等 優點[7]。

 

綠豆淀粉是制作龍口粉絲等中國傳統淀粉回 生制品的良好原料，本文以綠豆淀粉為研究對象， 通過振動式超微粉碎處理，研究了處理時間對樣品 的粒度分布、結晶度、溶解度、膨潤力、凝沉性、 老化值、提高抗性淀粉形成等性質的影響，以期揭 示振動式超微粉碎處理對改善綠豆淀粉回生相關 理化特性的影響規律以及該處理方式應用于淀粉 類制品工藝改進的可行性，為提高綠豆淀粉制品中抗性淀粉含量的工藝改進提供理論依據及技術支撐。

 

1材料與方法 1.1材料與設備綠豆淀粉（其中淀粉質量分數為87.6%，含水 率為11.4%)，由煙臺雙塔食品股份有限公司提供 (傳統酸漿法制得）；胃蛋白酶（1 000 u/mg)，美 國Sigma公司；高溫a-淀粉酶（40 000 u/mL)，葡 萄糖淀粉酶（10 000 u/g)，山東安克生物工程有限 公司；無水乙醇、鹽酸、氯化鉀、氫氧化鉀等均為 分析純。

 

Beckman Coulter LS 13320 激光粒度分析儀，美國貝克曼庫爾特公司；D8 Advanced X-射線衍射 儀，德國布魯克公司；WZJ—6L型振動式超微粉碎 機以及冷凍循環設備，濟南倍力粉體技術工程有限 公司；TU-1810PC型紫外-可見分光光度計，北京 普析通用儀器有限公司；AL104型電子分析天平 (萬分之一），梅特勒-托利多（上海）儀器有限公 司；16M高速臺式離心機，湖南湘儀儀器有限公司； SKY-110X型振蕩器，上海蘇坤實業有限公司； GZX-9146MBE鼓風干燥箱，上海博迅實業有限公 司；XO-SM200超聲波微波組合反應設備，南京先 歐儀器制造有限公司。

 

1.2綠豆淀粉超微粉的制備將試驗用綠豆淀粉放入WZJ-6L型振動式超微 粉碎機中進行粉碎，分別獲得粉碎10、20、30、40、 50 min的試驗樣品。設備功率1.1 kW，振動振幅為 5 mm，米用循環制冷系統，冷卻溫度為-20 C。

 

1.3粒度分布測定稱取試樣1g放入400 mL燒杯中，再加入 200 mL無水乙醇，攪拌均勻后用Beckman Coulter LS 13320激光粒度分析儀進行測定。粒徑分布的離 散度=(Aw-A。)/認表示有《%的顆粒粒徑小于該數值。

 

1.4 X-射線衍射測定淀粉晶相的結晶度采用粉末法測定綠豆淀粉樣品，測定條件為： 特征射線CuKa，林克斯陣列探測器，管壓管流分 別為40 kV、40 mA，起始角20=5°，終止角20=60°， 步長0.02°，掃描速度10°/min，積分時間0.2 s。用文獻[19]的計算公式計算淀粉晶相的結晶度。

 

Xc=Ac/(Ac+Aa)x100%(1)

 

式中：Xc、Ac、Aa分別為結晶度、結晶峰面積、 無定形峰面積。

 

1.5溶解度和膨潤力的測定精確稱取1 g (干基）淀粉，放入校正了容量的帶塞有刻度的離心管中，加純水定容至50 mL， 得到2 g/100 mL淀粉乳，分別在25、50、75、95C 等4個不同溫度下保溫30 min后（不斷震蕩），以4000 r/min離心30 min，將上清液用水浴蒸干，于 105C下繼續烘干至恒重后稱質量，得到被溶解的 淀粉的質量A(g)，離心管中膨脹淀粉質量戶^)，A 占樣品淀粉質量F (g)的百分數，即為溶解度S (%)；離心沉淀物戶占灰x (100-幻的百分數，即 為膨潤力S (%) [20]。

 

1.6凝沉性的測定制備1 g/100 mL (干基）淀粉乳，沸水浴加熱 糊化10 min，冷卻后，取100 mL放入具塞量筒中， 搖勻后，靜置不動，每隔一定時間記錄沉淀體積 (mL)及現象[21]。

 

1.7老化值的測定將定量的淀粉凝膠收縮脫水后進行離心，以分 離出的水質量作為淀粉老化作用的指標。將質量濃 度6 g/100 mL的淀粉乳于沸水浴上加熱20 min，并 調糊使濃度維持穩定，稱取一定量的糊在4C冰箱 內放置24 h后取出，以8 000 r/min的轉速離心分離 15 min，以分離出來的水量作為老化值[22]。

 

1.8抗性淀粉的測定將不同超微粉碎處理時間的綠豆淀粉制成 7 g/100 mL的粉乳，采用微波功率650 W糊化處理5min，放入4C冰箱老化處理24 h，80C烘干，粉 碎后測定其抗性淀粉的含量。

 

采用耐高溫型a-淀粉酶法測定抗性淀粉含量： 稱取2 g試樣，加入10 mL HCl-KCl緩沖溶液，加 入1 mL胃蛋白酶（300 u/mL)，37C保持16 h (不 斷振蕩），加入5 mL PH值為5.8的磷酸鹽緩沖溶 液和1 mol/L氫氧化鈉，調整pH值至5.8后，加入 0.5 mL耐高溫a-淀粉酶（200 u/mL)，100C恒溫 30 min (不斷振蕩），冷卻至室溫（25C)，加入 0.2 mol/L鹽酸調整PH值至4.4,加入2 mL葡萄糖 淀粉酶（1 000 u/mL)，60C保溫1 h (不斷振蕩）， 冷卻至室溫（25C)，加入4倍體積95%乙醇，混 合均勻，離心30 min (4 000 r/min)，棄去上清液， 醇洗重復3次，將沉淀物溶解于5 mL 4 mol/L KOH 溶液中，用1 mol/L HCl溶液中和，加入2 mL葡萄 糖淀粉酶（1 000 u/mL) 60C恒溫1h(不斷振蕩）， 離心30 min (4 000 r/min)，收集上清液。對沉淀 物至少水洗3次，離心后合并上清液，用水定容至 50 mL。用3,5-二硝基水楊酸比色法測定還原糖， 乘以0.9,即為抗性淀粉的量[23]。

 

1.9數據處理米用Microsoft Excel進行數據整理，用DPS軟件包進行顯著性測驗和相關性分析，其中顯著性 測驗采用〖測驗，取a=0.05。測定重復次數^=3。

 

2結果與分析2.1超微粉碎處理時間對綠豆淀粉粒度分布的影響不同超微粉碎處理時間的綠豆淀粉粒度分布 如圖1。從圖1可以看出，綠豆淀粉顆粒的平均粒 徑、中位徑和粒徑分布的離散度隨粉碎時間 的增加而增大，比表面積總體呈下降趨勢（只在 10 min時略有增加），可能是淀粉顆粒在研磨介質經振動式超微粉碎處理的綠豆淀粉會出現大多利用球磨機處理淀粉所獲得的研究結果有所差粒徑顆粒含量有所升高的逆向變化現象。這與許異[4-5,22,25]，可能與本研究所用綠豆淀粉來源（傳統的滾動、碰撞和下落等運動的作用下，受到研磨和 沖擊，內能不斷增加，在顆粒的缺陷處、裂紋處、 結晶區域等處產生應力集中，部分顆粒塑性形變超 過極限時，導致顆粒粒度分布發生變化，產生粒徑 在1 “m以下的顆粒[22]。隨著處理時間的進一步增 加，粉碎過程中淀粉顆粒表面在機械力作用下處于 激活狀態，顆粒表面的范德華力和靜電引力增大， 高表面能的微細顆粒很容易產生相互團聚，即形成 二次顆粒，使顆粒的粒徑增大[24]。

 

酸漿法制得）和超微處理方式（冷凍高頻振動式超 微粉碎）有關。高頻振動式超微粉碎過程不是簡單 的物質細化過程，而是伴有復雜能量轉換及淀粉性 質改變的動態平衡過程。因此在超微處理工藝中， 粉碎時間對于淀粉樣品處理后的性質改變來說是 一個非常重要的因素。

 

2.2超微粉碎處理時間對綠豆淀粉結晶度的影響不同超微粉碎時間處理的綠豆淀粉的X-射線 衍射圖如圖2、結晶度如表1，從圖2、表1可以看 出，隨著處理時間的增加，衍射曲線中的尖峰衍射 特征逐漸減弱，半峰寬增寬，峰強度降低，結晶度 從32.6%降到5.4%，晶體的有序化程度降低，無定 形化程度逐漸增強，結晶顆粒被破壞。處理至40? 50 min時，尖峰衍射特征基本消失，變成饅頭峰， 即呈現無定形結構衍射曲線，說明處理至40? 50 min時綠豆淀粉顆粒的結晶結構受到嚴重破 壞，表明機械力效應對綠豆淀粉顆粒具有非晶化的 作用。

 

圖2不同超微粉碎處理時間的X-射線衍射圖比較 Fig.2 X -ray diffraction at different times of superfine grinding表1不同超微粉碎處理時間綠豆淀粉的結晶度 Table 1 Effect of crystallinity at the different times of superfine grinding~超微粉碎處理時間Different times of Superfine01020304050grinding/min結晶度 Crystallinity/%32.628.924.113.67.15.42.3超微粉碎處理時間對綠豆淀粉溶解度和膨潤 力的影響不同超微粉碎處理時間對綠豆淀粉溶解度的 影響見圖3。從圖3可以看出，用振動式超微粉碎 機處理綠豆淀粉樣品，隨著處理時間的延長，在同 一溶解溫度下，樣品在水中的溶解度大幅增加，如 25°C時原淀粉的溶解度僅為0.46%，處理10 min就可使其溶解度增加到5.50%，處理50 min使其溶解 度達到57.50%，增溶效果明顯。這是因為超微粉碎 過程中的機械力作用使淀粉顆粒的形貌發生很大 變化，導致表面能增加，空隙率增加，解離了淀粉 的雙螺旋結構[26]，破壞了淀粉的晶格結構，促進了 水分子和淀粉分子游離羥基的結合，在較低的溫度 下淀粉就能從顆粒中析出，導致超微粉碎后的綠豆 淀粉的溶解度大大增加。

 

圖3不同超微粉碎處理時間綠豆淀粉在 不同溫度下的溶解度Fig.3 Solubility at different temperatures of bean starches at different times of superfine grinding從圖3也可以看出，同一超微粉碎處理時間的綠 豆淀粉樣品其溶解度隨著溶解溫度的升高不斷增加， 加熱溫度越高，淀粉分子結晶區氫鍵被切斷的可能性 越大，結晶結構越易受到破壞，使得游離水更易于滲 入淀粉分子內部，溫度越高其溶解度也愈高。

 

生淀粉分子靠分子間氫鍵結合而緊密排列，形 成膠束，間隙很小，水分子難以滲透進去，但是其 水溶液經加熱后，部分膠束被溶解形成空隙，水分 子浸入內部，與余下部分淀粉分子結合，膠束逐漸 被溶解，空隙逐漸擴大，淀粉顆粒因吸水而體積膨 脹，導致淀粉膨潤[9]。不同超微粉碎處理時間對綠 豆淀粉膨潤力的影響見圖4。

 

理時間的延長，淀粉晶粒結構不斷被破壞減少，更 多的長鏈淀粉分子游離出來，在較低溫度下，游離 的長鏈淀粉分子與水分子形成氫鍵，淀粉的體積膨 脹，防止水分散失能力也增強了，即膨潤力隨著超 微處理的時間延長而增加。

 

當淀粉溶液溫度升高到其糊化溫度以上時 (75、95°C)，膨潤力隨著超微處理時間的延長而 降低。因為此時有更多的淀粉分子溶解在水中，導 致因吸水而膨脹的淀粉顆粒數減少，所以超微粉碎 處理降低了綠豆淀粉的高溫膨潤力。從圖4也可以 看出，隨著超微處理時間的延長，溫度對膨潤力的 影響力逐漸減弱。 2.4超微粉碎時間對綠豆淀粉凝沉性的影響從表2可以看出綠豆原淀粉（未處理的樣品） 經過10 h的迅速沉降后，沉降速度減緩，最后沉淀 體積停止在27.0 mL;處理10 min的綠豆淀粉在8 h內迅速沉降，最后沉淀體積停止在23.0 mL;處理 20 min的綠豆淀粉在6 h內迅速沉降，最后沉淀體 積停止在15.5 mL。隨著處理的時間延長，綠豆淀 粉糊的凝沉程度變高、凝沉速度變快。分析原因可 能是超微處理的綠豆淀粉，由于機械力的作用，在 淀粉顆粒的不定形區切斷部分支鏈淀粉分子[27]，加 快了淀粉鏈的重新凝聚，微晶束形成，淀粉分子內 部的結合水被游離出來。

 

表2不同超微細粉碎時間綠豆淀粉的凝沉性Table 2 Retrogradation of bean starches at different times of superfine grindingrmL沉淀時間超微粉碎處理時間 Different times of Superfine grindingr/minSedimentation time/h010203040502487.0±3.0a 75.0±3.0 a84.0±3.2ab70.0±2.5 b82.0±3.0b 63.0±3.5 c分層不明顯 分層不明顯上層溶液不透明；底部 有少量絮狀物，2.0±0.1c 上層溶液不透明；底部 有少量絮狀物，3.0±0.1 d上層溶液不透明；底部有 少量絮狀物， 3.0±0.2d 上層溶液不透明；底部有 少量絮狀物， 3.0±0.2e663.0±1.5 a57.0±1.5 b20.0±1.0 c18.0±1.0 d5.0±0.2 e3.0±0.2f849.0±1.5 a31.0±1.5 b20.0±1.0 c18.0±1.0 d6.0±0.2 e4.0±0.3 f1040.0±1.5 a30.0±1.4 b20.0±1.0 c18.0±1.0 d7.0±0.3 e4.0±0.3 f1236.5±1.4 a28.0±1.3 b18.5±1.0 c17.5±0.5 c8.0±0.3 d4.0±0.3 e2431.0±1.0 a25.0±1.3 b16.5±0.7 c17.5±0.5 c9.0±0.2 d4.0±0.3 e3628.0±1.0 a23.5±1.0 b16.1±0.7 c17.0±0.6 c9.0±0.3 d4.0±0.3 e7227.0±1.0 a23.0±0.9 b15.5±0.5 c16.5±0.5 c9.0±0.4 d4.0±0.2 e注：不同小寫字母表示P<0.05水平上差異顯著。

 

Note: Values in the column with different letters are significantly different (P<0.05).

 

超微粉碎處理處理30 min的綠豆淀粉，在前4 h 的靜置時間內，在溶液上部有清液產生，但界限不 明顯，很難準確讀出沉淀體積；靜置6 h,沉淀體 積為18.0 mL,低于處理20 min的綠豆淀粉（P< 0.05 )，但是24 h后，沉淀體積已略高于處理20 min 的綠豆淀粉CP>0.05)。說明糊化的淀粉在冷卻過 程中部分淀粉鏈又會自動排列成序，形成致密不溶 性的淀粉分子微晶束，但由于分子量較小，需一定 時間的絮凝，才能分層明顯。

 

超微粉碎處理40 min之后，因淀粉結晶被破 壞，分子鏈段變得更小，需要較長時間聚集才能形 成淀粉分子微晶束沉降下來，導致沉淀體積隨著靜 置時間的延長而增加，而且整個溶液體系不透明， 可能與超微粉碎處理綠豆淀粉40 min之后，淀粉在 室溫時溶解度大幅升高有關。在本試驗2.3中顯示， 25時，超微粉碎40、50 min使其溶解度可達到 37.0%、57.5%，能夠形成絮凝的分子鏈段變少，因 此雖然沉降體積減少，但是不能說明回生性質明顯 提高。

 

2.5超微粉碎處理對綠豆淀粉老化值的影響淀粉老化的本質是糊化的淀粉分子在靜置的 過程中又自動有序排列，并由氫鍵結合成束狀結 構，使溶解度降低，直鏈分子和支鏈分子的分支都 趨向于平行排列，相互靠攏，彼此通過氫鍵結合， 重新組成混合微晶束[28]。

 

本試驗以凝膠的析水量來反映綠豆淀粉的老 化值見圖5。從圖5可以看出，隨著超微處理時間 的延長，其析水量逐漸上升，在20 min達到最高值， 隨后逐漸下降，可以看出適度的超微處理時間可以 提高綠豆淀粉的老化程度，而長時間超微處理反而 降低了綠豆淀粉的老化程度。分析原因可能是適度 超微處理，使得淀粉顆粒的不定形區部分支鏈淀粉 分子被切斷，加快了淀粉鏈的重新凝聚及微晶束形 成，淀粉分子內部的結合水被游離出來，從而提高 綠豆淀粉的老化程度；而經長時間超微處理，淀粉 分子鏈被打斷成小分子，而小分子鏈不易形成分子 間氫鍵，也不容易重新結晶，超微的淀粉糊更加穩 定，不容易老化。

 

圖5不同超微粉碎處理時間綠豆淀粉的凝膠析水量 Fig.5 Separating water of bean starches gelatin at different times of superfine grindingr2.6超微粉碎處理時間對抗性淀粉形成的影響不同超微粉碎處理時間對抗性淀粉形成的影 響見圖6。由圖6可以看出，超微粉碎處理時間在 0?20 min期間，隨著時間的延長其形成抗性淀粉的 量逐漸增加；旦是在處理時間30?50 min期間，隨著 處理時間的延長，其形成抗性淀粉的量逐漸降低，分 析原因可能與超微粉碎處理改變了綠豆淀粉中直鏈 淀粉/支鏈淀粉的比例、凝沉性及淀粉顆粒等有關。

 

有研究發現[29]，在木薯淀粉的粉碎試驗中，支 鏈淀粉比直鏈淀粉更容易被物理破碎，粉碎處理可 能將支鏈淀粉的分枝切下，直鏈淀粉和中間級分增 加。分子鏈段短的直鏈淀粉在糊化后的淀粉糊中由 于運動比較強烈、擴散速度較快、較難聚集，分子 鏈段長的直鏈淀粉在糊化后的淀粉糊中由于分子 間斥力較大、也難聚集，分子鏈段適中的直鏈淀粉 更容易回生形成抗性淀粉，所以適度減小綠豆原淀 粉中的直鏈淀粉分子鏈段，有利于抗性淀粉的形 成，但是過度的超微粉碎，又可使直鏈淀粉的分子 鏈段減小，難以形成直鏈淀粉雙螺旋，反而使抗性 淀粉產率下降。

 

3結論1)隨著振動式超微粉碎處理時間的延長，綠 豆淀粉顆粒的平均粒徑、中位徑（乃50)和粒徑分布 的離散度增大，比表面積總體呈下降趨勢，出現大 粒徑顆粒含量有所升高的逆向變化現象，但同時淀 粉晶體的有序化程度降低，無定形化程度逐漸增 強，表明機械外力效應對綠豆淀粉顆粒具有明顯的 非晶化作用。

 

2)隨著振動式超微粉碎處理時間的延長，在 同一溶解溫度下，綠豆淀粉樣品在水中的溶解度大 幅增加，綠豆淀粉的低溫膨潤力隨著超微處理的時 間延長而增加，高溫膨潤力隨著超微處理的時間延 長而降低。振動式超微粉碎處理對綠豆淀粉增溶效 果明顯，常溫下即可較快吸水膨潤，在工業化生產 中此性質的改變可明顯降低能耗。

 

3)隨著振動式超微粉碎處理時間的延長，綠 豆淀粉糊的凝沉程度變高、凝沉速度變快；超微處 理20 min可以提高綠豆淀粉的老化程度，對提高綠 豆抗性淀粉的形成具有較好的促進作用，說明振動 式超微粉碎處理對于淀粉制品中抗性淀粉含量的 提高是一種有效的前處理手段。

 

振動式超微粉碎過程對綠豆淀粉而言并不是 簡單的物質細化過程，而是伴有淀粉性質改變的動 態平衡過程。振動式超微粉碎處理對于淀粉制品的 老化，即抗性淀粉的形成具有一定的促進作用，可 用于抗性淀粉制備的工藝改進，超微粉碎處理時間 對于樣品性質的改變是一個非常重要的因素，加工 中應予以重視。