不同直链淀粉含量玉米粉和玉米淀粉的理化特性差异分析

张旭东，郭东伟 ，钟雨越，刘林三，张仁和，徐淑兔，薛吉全，陈耀锋

(西北农林科技大学 农学院， 陕西杨凌 712100)

不同直链淀粉含量玉米粉和玉米淀粉的理化特性差异分析

张旭东，郭东伟 ，钟雨越，刘林三，张仁和，徐淑兔，薛吉全，陈耀锋

(西北农林科技大学 农学院， 陕西杨凌 712100)

以普通玉米粉、普通玉米淀粉、高直链玉米粉和高直链玉米淀粉为材料，比较玉米粉和玉米淀粉在理化特性上的差异。结果表明：在扫描电镜(SEM)下，蛋白质、脂肪等物质附着、包埋或填充在淀粉颗粒的表面和空隙中；热特性(DSC)测试显示，高直链玉米粉和淀粉的T0(起始温度)、Tp(峰值温度)和Tc(终止温度)高于普通玉米粉和淀粉，高直链玉米粉和淀粉的吸热焓小于普通玉米粉和淀粉，玉米粉的吸热焓大于淀粉；快速粘度分析(RVA)测试显示，普通玉米粉的最低粘度和峰值粘度小于普通玉米淀粉，高直链玉米则相反。普通玉米粉和高直链玉米粉的衰减值、最终粘度、回生值均大于淀粉；玉米粉的溶解度和膨胀势高于玉米淀粉。蛋白质、脂肪等非淀粉成分可以与淀粉颗粒结合，增加玉米粉的吸热焓，提高冷热稳定性、溶解度和膨胀势。

玉米粉；理化特性；高直链淀粉；普通玉米淀粉

玉米是重要的工业原料，以玉米淀粉为原料的工业加工品超过2 000种，主要用于食品、医药、化工等行业[1]。玉米淀粉由约25%的直链淀粉和75%的支链淀粉组成，直支比影响淀粉的理化特性。当直链淀粉含量大于50%时称为高直链淀粉，其具备普通淀粉所不具备的很多特性。在环保领域，直链淀粉由于较好的抗拉伸性能，可取代聚苯乙烯生产光降解塑料，广泛应用于包装业和农用薄膜加工业。在食品领域，高直链淀粉富含抗性淀粉，可起到类似膳食纤维的保健功能，能够减少饭后血糖和胰岛素响应，降低血浆胆固醇和甘油三酸酯的浓度，选择性地促进肠内有益菌(如双歧杆菌)的生长繁殖，预防结肠癌[2]。因此，以高直链淀粉玉米为原料生产功能性保健食品有可能成为新的产业增长点。

关于高直链淀粉的理化特性已有较多研究报道，这为该淀粉的加工利用提供有意义的参数[3-5]。然而，在食品生产中玉米粉往往被直接用做加工原料，其中除含量超过70%的淀粉以外，还含有脂肪、蛋白、纤维素等成分，这些非淀粉成分会对高直链淀粉理化特性带来何种影响尚不明确。为此，本研究以普通玉米和高直链玉米的全粉和淀粉为原料，分析比较其在颗粒形态、热特性、糊化特性以及溶胀特性方面的差异，以期为高直链玉米粉的加工利用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

直链淀粉含量为55.85%的高直链淀粉玉米‘H3’(Aa188XB1421-1)和直链淀粉含量26.64%的普通玉米‘陕单609’籽粒，均由农业部西北旱区玉米生物学与遗传育种实验室提供。

1.2 试验方法

1.2.1 玉米粉的制备 干燥玉米籽粒加少量水润湿表皮，闷堆30 min，过LG-36型磨去皮后，以DF-35型玉米磨粉机磨粉，过150目尼龙晒网备用。

1.2.2 玉米淀粉的提取 玉米籽粒浸水过夜，以镊子去除表皮和幼胚后，研磨过100目筛，离心(1 000 r/min,8 min)倒掉上清液，然后用质量分数为0.2% NaOH浸泡沉淀4 h，去除蛋白质，加入蒸馏水离心，将沉淀洗至中性，加入丙酮离心(4 000 r/min,20 min)，除去上清液，将沉淀置于通风橱，自然风干，提取淀粉备用。

1.2.3 扫描电镜观察 取少量样本粘附于载物台，离子溅射仪表面喷金，扫描电镜( S-3400N，Hitachi，日本 S-3400N)观察、拍摄颗粒表型特征。1.2.4 DSC分析 参照Li等[6]的方法，称取3 mg样品，置入铝盘，按照质量比为1∶3滴加蒸馏水，空铝盘为对照，放入差示量热扫描仪(DSC2000，TA instrument，USA)，从30 ℃升温至150 ℃，重复测定3次。

1.2.5 RVA 分析 参照Jiang等[7]的方法，分别称取样本2.5 g，置于一次性铝筒中，加入20 mL蒸馏水，放入快速粘度分析仪(RVA4100,Perten,SWISS)，进行升温和降温处理。在50 ℃保持1 min，以12 ℃/min的速率升温至95 ℃，保持2.5 min，以同样的速率降温至50 ℃，保持2 min。前10 s以960 r/min的速率进行搅拌，之后以160 r/min 速率搅拌，重复测定3次。

1.2.6 溶解度和膨胀势分析 参照Kibar等[8]的方法，分别制备质量分数为1∶100淀粉/玉米粉悬浮液，在55 ℃、65 ℃、75 ℃、85 ℃、95 ℃下各加热30 min，并且缓慢搅拌，之后冷却至室温。在5 000 r/min下离心15 min，分离上清液和沉淀。溶解度(g/g)是溶质与干淀粉的比值，膨胀势(g/hg)是湿淀粉与干淀粉的比值。

1.2.7 统计分析 采用SPSS 19.0对试验数据进行均值、方差、单因素及显著性差异(Duncan’s)分析，用Origin 9.0软件绘图。

2 结果与分析

2.1 玉米粉和玉米淀粉颗粒表型观察

扫描电镜观察是检测粒子表面形貌特征的常用办法，以SEM观察不同直链淀粉含量的玉米粉及玉米淀粉如图1所示，高直链淀粉颗粒粒径小于普通淀粉颗粒粒径，形态圆滑、形状各异，呈棒状、椭圆状以及不规则形状，多数颗粒表面有乳状突起，缺少光泽；普通玉米淀粉颗粒大小分布均匀，多为球体和多角形，表面光滑、饱满、有光泽。高直链玉米淀粉的颗粒形态结构不同于普通玉米淀粉，可能与其基因突变相关[9]。普通玉米粉和高直链玉米粉中的淀粉颗粒聚集成簇，蛋白质和脂肪附着或填充在淀粉颗粒表面和空隙中。高直链玉米淀粉较普通玉米淀粉吸附更多的蛋白质和脂肪。

A.高直链玉米淀粉 High amylose maize starch；B.高直链玉米粉 High amylose maize flour；C.普通玉米淀粉 Normal maize starch；D.普通玉米粉 Normal maize flour

图1 玉米淀粉和玉米粉扫描电镜图(SEM)(×1 000)
Fig.1 SEM images of maize flour and maize starch (×1 000 )

2.2 DSC分析

DSC曲线反映在受热过程中淀粉颗粒的热稳定性以及吸热能的变化。由图2可知，普通玉米粉、高直链玉米粉和高直链玉米淀粉均呈现单峰，而普通玉米淀粉呈现双峰。如表1所示，T0表示淀粉颗粒开始受到破坏时的温度，Tp表示淀粉颗粒破坏程度达到最大时的温度，Tc表示淀粉颗粒被完全破坏时的温度。高直链玉米粉和高直链玉米淀粉的T0、Tp和Tc均高于普通玉米粉和普通玉米淀粉，这是由于直链淀粉含量不同导致的。吸热焓(ΔH)指的是淀粉颗粒糊化所需要的热能。普通玉米粉和淀粉的吸热焓大于高直链玉米粉和淀粉，普通玉米粉和高直链玉米粉的吸热焓大于淀粉。

图2 玉米粉和玉米淀粉的热特性(DSC)曲线图Fig.2 DSC curves of maize flour and maize starch

表1 玉米粉和玉米淀粉DSC特征参数
Table 1 DSC characteristic parameters of maize flour and maize starch

样品Sample热流峰GEndothermpeakGT0/℃Tp/℃Tc/℃ΔH/(J/g)热流峰M2EndothermpeakM2T0/℃Tp/℃Tc/℃ΔH/(J/g)总ΔH/(J/g)TotalΔH普通玉米粉Normalmaizeflour82．9±0．8c96．5±1．0c105．6±1．3c21．8±2．3a----21．8±2．3a高直链玉米粉Highamylosemaizeflair90．8±1．0b104．2±1．4b116．6±1．2b19．9±2．1b----19．9±2．1b普通玉米淀粉Normalmaizestarch56．6±0．5d69．5±0．8d82．6±1．2d6．9±0．7d102．3±0．8a110．7±0．5a118．9±0．4a3．9±0．3a10．8±0．5c高直链玉米淀粉Highamylosemaizestarch98．8±0．6a115．5±1．1a123．2±0．8a9．7±0．4c----9．7±0．4d

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)；“-”表示无数据。下同。

Note:Different lowercase letters indicate significant differences(P<0.05)；“-” means no data.The same as below.

2.3 RVA分析

粘度特性(RVA)曲线反映的是淀粉颗粒的糊化过程，以各阶段的粘度作为考察指标。如图3所示，普通玉米粉、高直链玉米粉和普通玉米淀粉均呈双峰，而高直链玉米淀粉呈水平直线，粘度无变化，是由于在整个加热过程中，没有发生糊化。由表2可知，高直链玉米粉和淀粉的糊化温度高于普通玉米粉和淀粉，普通玉米粉的糊化温度低于淀粉。普通玉米粉的峰值粘度和最低粘度小于普通淀粉，而高直链玉米粉的峰值粘度和最低粘度大于其淀粉。普通玉米粉和高直链玉米粉的峰值时间、衰减值、最终粘度、回生值均大于淀粉。

2.4 溶解度及膨胀势分析

淀粉的溶解度是淀粉溶解于水中的百分比，表示淀粉与水的互溶能力。膨胀势指粉颗粒的吸水膨胀势能，反映淀粉的持水能力。由图4可知，随着温度的升高，玉米粉和淀粉的溶解度和膨胀势逐渐增加。普通玉米粉和高直链玉米粉的溶解度、膨胀势均大于相应淀粉，普通玉米粉和淀粉的溶解度及膨胀势大于高直链玉米粉和淀粉，这是由于高直链玉米粉和淀粉含有较多的直链淀粉，结构稳定，需要吸收更多的热能才能吸水膨胀。

图3 玉米粉和玉米淀粉的糊化特性(RVA)曲线图Fig.3 The RVA curves of maize flour and maize starch

表2 玉米粉和玉米淀粉RVA特征参数
Table 2 RVA characteristic parameters of maize flour and maize starch

样品Sample糊化温度/℃Pastingtemperature峰值粘度/cPPeakviscosity最低粘度/cPThroughviscosity峰值时间/sPeaktime衰减值/cPBreakdownviscosity最终粘度/cPFinalviscosity回生值/cPSetbackviscosity普通玉米粉Normalmaizeflour64．0±0．5c2853．7±51．0b1451．7±18b6．57±0．34b1402．0±34．0a3553．3±40．4a2101．7±19．0a高直链玉米粉Highamylosemaizeflour65．6±0．9b406．3±44．8c314．0±38．8c6．89±0．46a88．3±2．5c330．0±52．5c20．0±0．1c普通玉米淀粉Normalmaizestarch66．3±0．4a3171．5±22．3a2253．8±31．2a3．53±0．28c917．7±9．6b3105．5±2．1b851．7±14．8b高直链玉米淀粉Highamylosemaizestarch-------

图4 玉米粉和玉米淀粉的溶解度和膨胀势Fig.4 Solubility and swelling power of maize flour and maize starch

3 讨 论

淀粉颗粒的形态受淀粉来源、直链淀粉和支链淀粉的比例、培育条件等许多因素的影响[9]。李志伟等[3]研究发现，随直链淀粉含量的增加，淀粉的平均粒径缩小，高直链淀粉粒径小于普通玉米淀粉粒径。这与本研究结果一致。Svihus等[10]报道蛋白质存在于淀粉颗粒的表面，并且这些表面蛋白质可以通过相互作用影响淀粉的性质。Baldwin等[11]研究发现有很大一部分脂肪也附着在淀粉颗粒的表面。Hatcher等[12]研究表明大麦粉中淀粉颗粒表面也被蛋白质包裹着。淀粉颗粒的表面比玉米粉颗粒表面更加光滑是由于淀粉的提取过程除去了多余的蛋白质和脂肪。

热特性参数可以准确地反映出淀粉颗粒凝胶化过程中热力学变化情况。侯蕾等[13]认为淀粉的DSC图谱中通常存在2个峰G峰和M2峰，G峰与支链淀粉的存在有关，M2峰是由直链淀粉-脂类复合物形成的。在本研究中，普通玉米淀粉呈现G峰和M2峰，高直链玉米淀粉只呈现G峰是由于其直链淀粉含量过高，在现有的温度范围内，并没有出现M2峰。Liu等[14]研究发现淀粉的吸热图谱与吸热焓与淀粉来源、水分含量、直支比、脂肪含量以及测试条件等因素有关。淀粉的总吸热焓(ΔH)随着支链淀粉含量和水分含量的增加而增大，本研究结果与此一致。玉米粉的总吸热焓(ΔH)大于玉米淀粉，可能是由于加热过程中水分的蒸发散失使得玉米粉中的水分含量高于玉米淀粉，以及玉米粉中的较高的蛋白质、脂肪含量导致的。张雅媛等[15]也发现香蕉淀粉的ΔH低于香蕉全粉。

糊化特性参数直接影响着产品的品质特性包括口感、质构、稳定性等，考察淀粉的糊化特性对于其应用有重要意义。峰值粘度反映的是粘滞性的强弱，粘度越大，粘滞性越强。普通玉米淀粉的粘滞性强于全粉，而高直链玉米淀粉的粘滞性弱于高直链全粉。峰值时间描述的是达到峰值粘度需要的时间，高直链玉米粉和淀粉达到峰值粘度的时间大于普通玉米粉和淀粉，玉米粉较淀粉需要更长的时间才能达到峰值粘度。衰减值是峰值粘度和最低粘度的差值，反映淀粉糊在高温时的稳定性；回生值是最终粘度和最低粘度的差值，反映淀粉糊在室温时的稳定性[3]。普通玉米和高直链玉米全粉的衰减值、最终粘度、回生值均大于对应淀粉，说明全粉的冷热稳定性更好，抗机械剪切能力更强。该差异可能是由于玉米全粉中存在的蛋白质、脂肪等成分与淀粉分子相互作用的结果[15]。

淀粉的溶解度和膨胀势可以反映出淀粉悬浮液在加热过程，溶解于水的能力和持水能力，对预测淀粉的加工性能有一定的参考意义。玉米粉的溶解度大于淀粉，可能是由于全粉中含有一些可溶性成分，例如可溶性糖等的溶出造成其溶解度的增加。这与黄羌维等[16]的研究结果一致。玉米粉的膨胀势大于淀粉，可能是由于全粉在糊化状态下，维系淀粉颗粒之间的氢键被大量破坏，并且随着温度的不断升高，单分子态的水分子大量增加，使得更多的淀粉分子可以与水分子结合，这可能与全粉中含有较高的破损淀粉含量有关[17]。另有研究指出全粉膨胀势高的原因是由于蛋白质分散填充在淀粉颗粒之间并在其表面形成矩阵以及形成淀粉-脂肪复合物，固定住了一部分水分子，限制其流动，从而导致膨胀势较高[18-20]。然而在淀粉中，由于脂肪-淀粉络合物结构被破坏，导致其膨胀势降低[21]。陆大雷等[22]研究指出，糯玉米粉的膨胀势大于糯玉米淀粉的膨胀势。

4 结 论

研究表明蛋白质、脂肪等成分可以与淀粉颗粒相结合，使玉米粉的焓变值、衰减值、回生值、溶解度和膨胀势提高，最终增加玉米粉的冷热稳定性、抗机械剪切能力和溶胀性。

Reference：

[1] 张红伟,陈 刚,陈海林.普通玉米淀粉及高直链玉米淀粉工业应用的进展[J].粮油食品科技,1999,1(7):6-9.

ZHANG H W,CHEN G,CHEN H L.Development of industrial application of normal maize starch and high amylose maize starch[J].ScienceandTechnologyofCereals,OilsandFoods,1999,1(7):6-9(in Chinese with English abstract).

[2] SAJILATA M G,REKHA S S,PUSHPA R K.Resistant starch-a review[J].ComprehensiveReviewsinFoodScienceandFoodSafety,2006,5(1):1-17.

[3] 李志伟,钟雨越,吴权明,等.高直链玉米淀粉的理化特性研究[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2014,42(7):53-60.

LI ZH W,ZHONG Y Y,WU Q M,etal.Physicochemical properties of high amylose maize starch[J].JournalofNorthwestA&FUniversity,2014,42(7):53-60(in Chinese with English abstract).

[4] 徐 忠,刘雪唯,王志鹏,等.高直链玉米淀粉的糊化特性研究[J].食品安全质量检测学报,2015(4):1429-1433.

XU ZH,LIU X W,WANG ZH P,etal.Study on gelatinization properties of high amylose corn starch[J].JournalofFoodSafetyandQuality,2015(4):1429-1433(in Chinese with English abstract).

[5] 陈培荣,朱苏文,杜先锋,等.高直链玉米淀粉颗粒的形貌与结构[J].高分子材料科学与工程,2009(12):100-102,106.

CHEN P R,ZHU S W,DU X F.The granule morphology and structure of high amylose maize starch[J].PolymerMaterialsScienceandEngineering,2009(12):100-102,106(in Chinese with English abstract ).

[6] LI L,MICHAEL B,JAY-LIN J,etal.Physicochemical properties of endosperm and pericarp starches during maize development[J].ScienceDirect,2007,67(4):630-639.

[7] JIANG Q Q,GAO W Y,LI X,etal.Characterizations of starches isolated from five differentDioscoreaL.species [J].FoodHydrocolloids,2012,29(1):35-41.

[8] KIBAR E A A,GONENC I,US F.Gelatinization of waxy,normal and high amylose corn starches[J].Gida,2010,35(4):237-244.

[9] MATVEEV Y I,VAN S J,NIEMAN C,etal.The relationship between thermo -dynamic and structural properties of low and high amylose maize starches[J].CarbohydratePolymers,2001,44(2):151-160.

[10] SVIHUS B,UHLEN A K,HARSTAD O M.Effect of starch granule structure,associated components and processing on nutritive value of cereal starch:A review[J].AnimalFeedScienceTechnology,2005,122(3):303-320.

[11] BALDWIN P M,MELIA C D,DAVIES M C.The surface chemistry of starch granules studied by time-of-flight secondary ion mass spectrometry[J].CerealScience,1997,26(3):329-346.

[12] HATCHER D W,LAGASSE S,DEXTER J E,etal.Quality characteristics of yellow alkaline noodles enriched with hull-less barley flour[J].CerealChemistry,2005,82(1):60-69.

[13] 侯 蕾,韩小贤,郑学玲,等.不同直链淀粉含量玉米淀粉研究进展[J].粮食与油脂,2013,26(6):11-14.

HOU L,HAN X X,ZHENG X L,etal.Research advance on corn starch with different content of amylose[J].Cereals&Oils,2013,26(6):11-14(in Chinese with English abstract).

[14] LIU H S,YU L,XIE F W,etal.Gelatinization of corn starch with different amylose /amylopectin content[J].CarbohydratePolymers,2006,65:357-363.

[15] 张雅媛,游向荣,洪 雁,等.青香蕉全粉与淀粉理化性质及消化特性研究[J].食品与机械,2014,30(4):50-53.

ZHANG Y Y,YOU X R.HONG Y,etal.Investigation of characterization and digestion of banana flour and banana starch [J].Food&Machinery,2014,30(4):50-53(in Chinese with English abstract).

[16] 黄羌维,陈由强.薏苡的生育与栽种特性的研究[J].福建农业科技,1988,5:18-19.

HUANG Q W,CHEN Y Q.Investigation of the breeding and planting properties of Job’s tears[J].FujianAgriculturalTechnology,1988,5:18-19(in Chinese with English abstract).

[17] 龚魁杰,陈利容,孙 军,等.蜡质玉米粉的糊化特性研究[J].食品工业科技,2010(1):161-164.

GONG K J,CHEN L R,SUN J.Investigation of the pasting properties of waxy maize flour [J].FoodIndustryTechnology,2010(1):161-164(in Chinese with English abstract).

[18] 刘 奕,张其芳,程方民.蛋白质对稻米米粉热力学和黏滞特性的影响效应[J].中国粮油学报,2005,21(6):9-13.

LIU Y,ZHANG Q F,CHENG F M.The effect of proteins on the thermal and pasting properties of rice flour [J].JournaloftheChineseCerealandOilsAssociation,2005,21(6):9-13(in Chinese with English abstract).

[19] 刘 奕,徐海明,程方民,等.稻米脱脂与未脱脂米粉的DSC热力曲线和RVA特征值比较[J].浙江大学学报,2005,31(5):518-523.

LIU Y,XU H M,CHENG F M,etal.Comparison of DSC thermal curves and RVA properties between lipid free and non-lipid free in milled rice flours[J].JournalofZhejiangUniversity,2005,31(5):518-523(in Chinese with English abstract).

[20] TESTER R F,MORRISON W R.Swelling and gelatinization of cereal starches [J].CerealChemistry,1990,67(6):558-563.

[21] CRAIGA S A S,MANINGAT C C,SEIB P A ,etal.Starch paste clarity [J].CerealChemistry,1989,66:173-182.

[22] 陆大雷,王德成,赵久然,等.糯玉米粉、淀粉和脱脂淀粉的理化特性研究[J].中国粮油学报,2009(1):54-59.

LU D L,WANG D CH,ZHAO J R,etal.Investigation of the physicochemical properties of waxy maize flour,starch and lipid free starch[J].JournaloftheChineseCerealandOilsAssociation,2009(1):54-59(in Chinese with English abstract).

(责任编辑：史亚歌 Responsible editor:SHI Yage)

Differential Analysis in Physicochemical Properties between Maize Flour and Starch with Different Amylose/amylopectin Ratios

ZHANG Xudong,GUO Dongwei，ZHONG Yuyue,LIU Linsan,ZHANG Renhe,XU Shutu,XUE Jiquan and CHEN Yaofeng

(College of Agronomy,Northwest A&F University,Yangling Shaanxi 712100,China)

This paper aimed to analyze physicochemical properties of maize flour and maize starch,and with normal maize flour and starch,high amylose maize flour and starch as materials. The results of SEM images showed that protein,lipid and other substances existing on surface or embedded in the gap among starch granules.Based on DSC data,theT0,TpandTcof high amylose maize flour and starch were significantly higher than normal maize flour and starch. The enthalpy (ΔH) of high amylose maize flour and starch was lower than normal maize flour and starch,but the enthalpy (ΔH) of maize flour was greater than starch. From RVA results,the through viscosity and peak viscosity of normal maize flour were lower than that of normal starch,while high amylose maize showed an opposite trend. The final viscosity,breakdown viscosity,setback viscosity of maize flour were greater than those of starch. However,the solubility and swelling power of maize flour were higher than starch. Therefore,the non-starch components (protein,lipid,etc) could combine with starch granules resulting in increase of the ΔH,cold and hot paste stability,solubility and swelling power of maize flour.

Maize flour; Physicochemical properties；High amylose starch；Normal starch

ZHANG Xudong,male,master student.Research area:crop genetics and breeding.E-mail:sxdcv123@163.com

GUO Dongwei,male,associate professor,master supervisor.Research area:crop genetics and breeding.E-mail:gdwei@nwsuaf.edu.cn

日期：2017-03-30

2016-01-11

2016-02-20

杨凌示范区科技计划项目(2014NY -01)。

张旭东，男，硕士生，从事作物遗传育种研究。E-mail:sxdcv123@163.com

郭东伟，男，博士，副教授，硕士生导师，主要从事作物遗传育种研究。E-mail:gdwei@nwsuaf.edu.cn

S330.2

A

1004-1389(2017)04-0568-06

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20170330.1509.022.html

Received 2016-01-11 Returned 2016-12-02

Foundation item Science Technology Project of Yangling City(2014NY -01).