利用选择峰面积研究淀粉回生动力学的方法

利用选择峰面积研究淀粉回生动力学的方法

技术领域

本发明涉及食品深加工领域，更具体的说，是涉及一种利用选择峰面积 研究淀粉回生动力学方法的方法。

背景技术

淀粉回生本质上是淀粉分子形成晶体的过程，包括了成核和核增大。用 于金属盐和小分子有机物晶体形成过程动力学研究的成熟理论Avrammi方程 (ln(-ln(1-结晶率))＝lnk+nlnt)应该也适用于淀粉回生动力学研究。但到 目前为止，还没有文献报道采用此方程成功探索出淀粉回生的动力学规律。 其主要原因有两方面，一是淀粉分子量分布范围太宽，不同分子量分布范围 的淀粉分子回生动力学参数不一致，混合到一起研究会使这些参数高低起伏 不定；二是淀粉分子量大、空间结构复杂，使淀粉回生过程晶体生长模式不 单一，不同时间段的晶体回生成核指数呈现无规律变化，实验结果重现性不 高。

发明内容

本发明是在利用新授权专利制备分子量分布范围较窄的直链、支链淀粉 的基础上，经过大量实验和数据计算，发现X射线衍射测定直链淀粉回生晶 体在衍射角(2θ)10°-20°的峰面积除以直链淀粉晶体总的衍射峰面积， 再乘以100％得到该直链淀粉晶体的结晶率在直链淀粉不同温度和时间回生过 程所得晶体结晶率呈现规律性变化。按照此方法计算出结晶率代入Avrammi 方程后能较为准确计算出直链淀粉回生的成核指数n和速度常数k，从而能较 为准确地反映直链淀粉回生的动力学本质。

本发明通过下述技术方案实现：

采用授权专利“制备分子量分布范围较窄直链淀粉的方法(专利号ZL 201110120286.3)制备直链淀粉；将此直链淀粉用浓度为2-4mol/L的碱液 溶解，用6-12mol/L的盐酸调节溶液为中性，参照专利“制备分子量分布范 围较窄直链淀粉的方法(专利号ZL 201110120286.3)制备二次回生直链淀 粉；以二次回生直链淀粉为原料，采用相同的方法制备三次、四次回生直链 淀粉；将得到的四次回生直链淀粉干燥后粉碎，测X-射线衍射数据，利用 origin软件制图，利用衍射角(2θ)10°-20°的峰面积除以直链淀粉晶体 总的衍射峰面积，再乘以100％得到该直链淀粉晶体的结晶率；选择四次回生 的直链淀粉，溶解于2-4mol/L的碱液溶解，用6-12mol/L的盐酸调节溶液 为中性，在4-80℃温度条件下静置一段时间，按照一系列时间段取样，干燥 粉碎后按照利用衍射角(2θ)10°-20°的峰面积除以直链淀粉晶体总的衍 射峰面积，再乘以100％得到该直链淀粉晶体的结晶率的方法测定系列时间(t) 内样品的结晶率，然后按照公式ln(-ln(1-结晶率))＝lnk+nlnt计算结晶速度 常数k和成核指数n，判断淀粉回生速度和回生成核类型(n小于1为一次成 核，大于1为多次成核)。

所述步骤(1)和(2)得到的直链淀粉干燥至恒重，干燥温度为60-80 ℃，粉碎细度过80目晒网。

步骤(3)中测定X-射线衍射数据时，扫描衍射角(2θ)从0°到60°， 步长为0.05，间隔时间为2s，得到直链淀粉晶体总的衍射峰面积。

所述步骤(1)制备直链淀粉的原料为甘薯淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉、 小麦淀粉、大麦淀粉、豆类淀粉中的任一种。

本发明具有下述技术效果：

本发明的方法在研究淀粉回生动力学研究中可保证直链淀粉回生结晶率 与淀粉回生时间在一定时间范围内呈现相关性，使直链淀粉回生过程动力学 可采用Avrammi方程进行深入研究，清楚准确反映直链淀粉大分子回生成核 和核增大的可能方式。本发明方法操作简单，成本低。常用X射线衍射直接 测定普通淀粉结晶率或采用差热扫描量热仪测定吸热焓的方法，均不能得到 回生时间与回生率之间相关性较强的数据。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

(1)将甘薯淀粉100克与水混合制成浓度为10％的淀粉乳，90℃糊化 30min后放入高压锅进行高压处理，高压温度为105-120℃，高压时间为 30min，取出后进行老化得到半固体状回生抗性淀粉，老化温度为15℃，老化 时间为6h。

(2)将步骤(1)得到的回生抗性淀粉采用高温淀粉酶酶解，酶解条件 为：每100g步骤(1)得到的回生抗性淀粉加入淀粉酶1200U，酶解温度为 90-100℃，酶解时间为10min，然后采用3000转/分钟离心，沉淀用三倍 体积水洗三次后离心获得纯化回生抗性淀粉。

(3)将酶解后得到的纯化回生抗性淀粉采用浓度为2mol/L的氢氧化钠 水溶液溶解。碱液溶解后的回生抗性淀粉中添加碱液2倍体积的正丁醇，之 后，3000转/分离心干燥后得到直链淀粉。以得到的甘薯直链淀粉为原料，重 复(1)-(3)步骤，得到二次回生甘薯直链淀粉，同样方法重复得到三次、 四次回生甘薯直链淀粉。

(4)将得到的四次回生直链淀粉干燥后粉碎，测X-射线衍射数据，利用 origin软件制图，利用衍射角(2θ)10°-20°的峰面积除以直链淀粉晶体 总的衍射峰面积，再乘以100％得到该直链淀粉晶体的结晶率；选择四次回生 的直链淀粉，溶解于2mol/L的碱液溶解，用6mol/L的盐酸调节溶液为中 性，在4℃温度条件下静置一段时间，按照3、6、13、16、21、24h时间段取 样，干燥粉碎后按照利用衍射角(2θ)10°-20°的峰面积除以直链淀粉晶 体总的衍射峰面积，再乘以100％得到该直链淀粉晶体的结晶率的方法测定系 列时间(t)内样品的结晶率，分别为29.2％、31.7％、31.7％、31.9％、34.5％、 36.9％，然后按照公式ln(-ln(1-结晶率))＝lnk+nlnt计算结晶速度常数k和 成核指数n，分别为0.7、0.6、7.8、0.8和0.01、0.01、0.77、0.06，甘薯 直链回生成核为一次成核。

常用X射线衍射直接测定普通甘薯淀粉结晶率或采用差热扫描量热仪测 定吸热焓的方法，相同条件下X射线衍射测得甘薯淀粉的回生结晶率分别为 12.5％、6.3％、25.8％、9.7％、43.2％、5.1％；相同条件下差热扫描量热仪测定 吸热焓测得甘薯淀粉的回生结晶率分别为9.8％、36.2％、7.5％、23.9％、22.1％、 9.4％，均不能得到回生时间与回生率之间相关性较强的数据，无法采用 Avrammi方程计算动力学参数。

实施例2

(1)将玉米淀粉100克与水混合制成浓度为10％的淀粉乳，90℃糊化 30min后放入高压锅进行高压处理，高压温度为105-120℃，高压时间为 30min，取出后进行老化得到半固体状回生抗性淀粉，老化温度为15℃，老化 时间为6h。

(2)将步骤(1)得到的回生抗性淀粉采用高温淀粉酶酶解，酶解条件 为：每100g步骤(1)得到的回生抗性淀粉加入淀粉酶1200U，酶解温度为 90-100℃，酶解时间为10min，然后采用3000转/分钟离心，沉淀用三倍 体积水洗三次后离心获得纯化回生抗性淀粉。

(3)将酶解后得到的纯化回生抗性淀粉采用浓度为2mol/L的氢氧化钠 水溶液溶解。碱液溶解后的回生抗性淀粉中添加碱液2倍体积的正丁醇，之 后，3000转/分离心干燥后得到直链淀粉。以得到的玉米直链淀粉为原料，重 复(1)-(3)步骤，得到二次回生玉米直链淀粉，同样方法重复得到三次、 四次回生玉米直链淀粉。

(4)将得到的四次回生直链淀粉干燥后粉碎，测X-射线衍射数据，利用 origin软件制图，利用衍射角(2θ)10°-20°的峰面积除以直链淀粉晶体 总的衍射峰面积，再乘以100％得到该直链淀粉晶体的结晶率；选择四次回生 的直链淀粉，溶解于2mol/L的碱液溶解，用6mol/L的盐酸调节溶液为中 性，在25℃温度条件下静置一段时间，按照3、6、13、16、21、24h时间段 取样，干燥粉碎后按照利用衍射角(2θ)10°-20°的峰面积除以直链淀粉 晶体总的衍射峰面积，再乘以100％得到该直链淀粉晶体的结晶率的方法测定 系列时间(t)内样品的结晶率，分别为30.6％、30.4％、31.3％、31.3％、31.7％、 32.9％，然后按照公式ln(-ln(1-结晶率))＝lnk+nlnt计算结晶速度常数k和 成核指数n，分别为0.6、0.6、0.4、1.5和0.05、0.02、0.14、0.19，玉米 直链回生成核为一次成核。

常用X射线衍射直接测定普通玉米淀粉结晶率或采用差热扫描量热仪测 定吸热焓的方法，相同条件下X射线衍射测得玉米淀粉的回生结晶率分别为 2.3％、14.5％、6.2％、31.3％、17.8％、5.9％；相同条件下差热扫描量热仪测定 吸热焓测得玉米淀粉的回生结晶率分别为7.2％、23.8％、2.1％、47.2％、32.6％、 5.3％，均不能得到回生时间与回生率之间相关性较强的数据，无法采用 Avrammi方程计算动力学参数。

实施例3

(1)将小麦淀粉100克与水混合制成浓度为10％的淀粉乳，90℃糊化 30min后放入高压锅进行高压处理，高压温度为105-120℃，高压时间为 30min，取出后进行老化得到半固体状回生抗性淀粉，老化温度为15℃，老化 时间为6h。

(2)将步骤(1)得到的回生抗性淀粉采用高温淀粉酶酶解，酶解条件 为：每100g步骤(1)得到的回生抗性淀粉加入淀粉酶1200U，酶解温度为 90-100℃，酶解时间为10min，然后采用3000转/分钟离心，沉淀用三倍 体积水洗三次后离心获得纯化回生抗性淀粉。

(3)将酶解后得到的纯化回生抗性淀粉采用浓度为2mol/L的氢氧化钠 水溶液溶解。碱液溶解后的回生抗性淀粉中添加碱液2倍体积的正丁醇，之 后，3000转/分离心干燥后得到直链淀粉。以得到的小麦直链淀粉为原料，重 复(1)-(3)步骤，得到二次回生玉米直链淀粉，同样方法重复得到三次、 四次回生玉米直链淀粉。

(4)将得到的四次回生直链淀粉干燥后粉碎，测X-射线衍射数据，利用 origin软件制图，利用衍射角(2θ)10°-20°的峰面积除以直链淀粉晶体 总的衍射峰面积，再乘以100％得到该直链淀粉晶体的结晶率；选择四次回生 的直链淀粉，溶解于2mol/L的碱液溶解，用6mol/L的盐酸调节溶液为中 性，在70℃温度条件下静置一段时间，按照3、6、13、16、21、24h时间段 取样，干燥粉碎后按照利用衍射角(2θ)10°-20°的峰面积除以直链淀粉 晶体总的衍射峰面积，再乘以100％得到该直链淀粉晶体的结晶率的方法测定 系列时间(t)内样品的结晶率，分别为32.7％、33.2％、33.3％、33.7％、34.9％、 36.9％，然后按照公式ln(-ln(1-结晶率))＝lnk+nlnt计算结晶速度常数k和 成核指数n，分别为0.7、0.4、0.4、1.2和3.26、0.15、0.18、0.13，小麦 直链回生成核6h前为多次成核，6h后为一次成核。

常用X射线衍射直接测定普通小麦淀粉结晶率或采用差热扫描量热仪测 定吸热焓的方法，相同条件下X射线衍射测得小麦淀粉的回生结晶率分别为 6.7％、36.8％、5.2％、46.1％、12.4％、9.8％；相同条件下差热扫描量热仪测定 吸热焓测得小麦淀粉的回生结晶率分别为8.3％、38.2％、6.7％、43.3％、14.6％、 8.2％，均不能得到回生时间与回生率之间相关性较强的数据，无法采用 Avrammi方程计算动力学参数。