呂曉晶(黑龍江林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,黑龍江牡丹江157011)
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用玉米淀粉制備交聯(lián)淀粉的工藝
呂曉晶
(黑龍江林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,黑龍江牡丹江157011)
摘要:以玉米淀粉為原料,以檸檬酸和乙酸酐為交聯(lián)劑制取交聯(lián)淀粉,通過反復(fù)試驗研究了不同混合酸的用量、不同混合酸比例、不同反應(yīng)時間、不同反應(yīng)溫度條件對交聯(lián)淀粉交聯(lián)效果的影響,最后采用正交試驗優(yōu)化了制備交聯(lián)淀粉的工藝條件,為制備交聯(lián)淀粉提出了新工藝。
關(guān)鍵詞:玉米淀粉;交聯(lián)淀粉;交聯(lián)度
交聯(lián)淀粉是一種變性淀粉,是淀粉分子中的醇羥基與含有二元或多元官能團的化學(xué)試劑起反應(yīng),形成二醚鍵或二酯鍵,使不同淀粉分子的羥基間聯(lián)合起來呈現(xiàn)多維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的淀粉衍生物。具有這種結(jié)構(gòu)的交聯(lián)淀粉的糊液粘度對加熱、酸性條件和剪切力的影響具有高度的穩(wěn)定性,因此實際應(yīng)用十分廣泛。在食品工業(yè)上,因其具有較高的冷凍和凍融穩(wěn)定性,特別適于生產(chǎn)冷凍食品。在低溫的條件下較長時間的冷凍或凍融,重復(fù)多次融化,食品仍然能夠保持原來的組織結(jié)構(gòu),無變化。
1.1材料
玉米淀粉(一級):北京市古松經(jīng)貿(mào)有限公司;檸檬酸(分析純):天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;乙酸酐(分析純):深圳市寶安區(qū)新安丹旺化工商行;氫氧化鈉(分析純):天津市天新精細(xì)化工研究所;鹽酸(分析純):天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。
1.2設(shè)備
BPG-91B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:天津通利達(dá)器械廠;SHB-Ⅲ型循環(huán)水真空泵:上海博通化學(xué)科技有限公司;FA2004N型電子天平:杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司;TG328A型分析天平:河北宏宇儀器設(shè)備有限公司;SS200型離心機:成都名馳儀器有限責(zé)任公司;THZ-82型水浴恒溫振蕩器:西安華辰樂天實驗設(shè)備有限公司;LD-1000型微型粉碎機:長沙市長宏制藥機械設(shè)備廠;PHS-25型酸度計:江蘇江分電分析儀器有限公司。
2.1交聯(lián)淀粉的制備
用電子天平稱取30 g玉米淀粉放在三角燒瓶中,加入蒸餾水將玉米淀粉配制成40 %的淀粉乳液,攪拌均勻,放水浴鍋中預(yù)熱5 min,用試紙測定pH并調(diào)節(jié)至9后,緩慢加入乙酸酐與檸檬酸的混合溶液,水浴振蕩,在反應(yīng)的過程中要保持整個化學(xué)反應(yīng)體系pH的恒定。反應(yīng)結(jié)束后,調(diào)節(jié)溶液pH至6.5,再進行抽濾,洗滌,干燥,粉碎,最后得到成品。
2.2交聯(lián)度測定
用分析天平精確稱取交聯(lián)淀粉1 g,加入蒸餾水將稱好的交聯(lián)淀粉配成5 %的淀粉溶液,在85℃的水浴鍋中用玻璃棒緩慢攪拌2 min后取出,冷卻至室溫,取10 mL倒在刻度離心管中,用離心機以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心2 min。以同樣的操作測定上清液,讀出毫升數(shù)(V)。
沉降積= 10 - V
式中:V為清液的體積,mL。
2.3單因素試驗制備交聯(lián)淀粉
以沉降積作為評價指標(biāo),分別選取不同的混合酸比例、混合酸用量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度進行實驗。
2.3.1混合酸比例單因素試驗
精確稱取20 g玉米淀粉,配制成濃度為40 %的淀粉乳,調(diào)節(jié)pH至9,向其中加入相當(dāng)于淀粉干重3 %的量的混合酸,在30℃條件下反應(yīng)1 h,選1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60的檸檬酸與乙酸酐比例(g/mL),以沉降積為指標(biāo),確定最佳比例。
經(jīng)試驗得出:不同檸檬酸與乙酸酐比例對交聯(lián)淀粉沉降積的影響結(jié)果如圖1所示。
圖1混合酸比例對交聯(lián)淀粉沉降積的影響Fig.1 Effect of rate of mixed acid on SV of cross-linked starch
由圖1可知,乙酸酐用量越多,沉降積越小,產(chǎn)品的交聯(lián)度越高,當(dāng)混合酸比例為1∶40(g/mL)時,交聯(lián)度為最大值,繼續(xù)增加混合酸比例,沉降積也隨之增大,交聯(lián)度開始降低。乙酸酐加入量減少時,混合酸酐生成不完全。故選取混合酸比例(檸檬酸∶乙酸酐)為1∶40(g/mL)。
2.3.2混合酸加入量的單因素試驗
準(zhǔn)確稱取20 g玉米淀粉,配成濃度為40 %的淀粉乳,調(diào)節(jié)pH到9,選用檸檬酸與乙酸酐比例為1∶40,在30℃條件下反應(yīng)1 h,混合酸加入量按占淀粉干重(%)選3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0,以沉降積為指標(biāo),確定最佳比例。
經(jīng)試驗得出:交聯(lián)淀粉沉降積的影響結(jié)果如圖2所示。
圖2混合酸加入量對交聯(lián)淀粉沉降積的影響Fig.2 Effect of addition of mixed acid on SV of cross-linked starch
由圖2可知,混合酸加入量越多,沉降積越小,交聯(lián)度越大變大。混合酸加入量達(dá)到4.5 %的時候,交聯(lián)度值為最大。但當(dāng)混合酸的加入量超過4.5 %之后繼續(xù)增加時,交聯(lián)度開始降低,沉降積增大。故選取最佳混合酸加入量為占淀粉干重的4.5 %。
2.3.3不同反應(yīng)溫度單因素試驗
精確稱量20g玉米淀粉,配成濃度為40%的淀粉乳,調(diào)節(jié)pH至9,加入4.5%的混合酸,比例1∶40(g/mL),反應(yīng)時間為1 h,溫度(℃)分別選擇25、30、35、40、45、50,以沉降積為指標(biāo),確定最佳的反應(yīng)溫度。
經(jīng)過試驗得出:在不同的反應(yīng)溫度下,交聯(lián)淀粉沉降積的結(jié)果如圖3所示。
圖3不同反應(yīng)溫度對交聯(lián)淀粉沉降積的影響Fig.3 Effect of temperature on SV of cross-linked starch
由圖3分析可知,反應(yīng)溫度低于淀粉糊化溫度時,隨溫度的升高,沉降積逐漸減小,交聯(lián)度逐漸增大。當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到35℃時,沉降積達(dá)到最小值4.0,而交聯(lián)度則達(dá)到最大值。當(dāng)反應(yīng)溫度超過35℃繼續(xù)升高時,沉降積逐漸增大,交聯(lián)度減小。因此我們采用35℃為最佳反應(yīng)溫度。
2.3.4不同反應(yīng)時間單因素試驗
準(zhǔn)確稱取20 g玉米淀粉,配成濃度為40 %的淀粉乳,調(diào)pH至9,加入4.5 %的混合酸,檸檬酸與乙酸酐比例1∶40(g/mL),溫度35℃,時間(h)分別選1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5,以沉降積為指標(biāo)來確定最佳反應(yīng)時間。
經(jīng)上述試驗得出:不同的反應(yīng)時間對交聯(lián)淀粉沉降積的影響結(jié)果如圖4所示。
由圖4可知,隨著反應(yīng)時間的不斷延長,混合酸與淀粉起反應(yīng)的量逐漸增多,沉降積逐漸減小,交聯(lián)度反而增大。在反應(yīng)時間達(dá)到2.5 h時,交聯(lián)度為最大值。當(dāng)繼續(xù)增加反應(yīng)時間時,生成的淀粉酯開始分解,反應(yīng)效率下降,沉降積增大,交聯(lián)度減小。故取最佳反應(yīng)時間2.5 h。
圖4反應(yīng)時間對交聯(lián)淀粉沉降積的影響Fig.4 Effect of time on SV of cross-linked starch
2.3.5交聯(lián)淀粉制備的正交試驗
從混合酸比例、混合酸加入量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間4個因素中選取最佳方案,并以沉降積的量為實驗考察指標(biāo),通過L9(43)正交試驗,找出制備交聯(lián)淀粉實驗的最佳條件方案。正交試驗方案及結(jié)果見表1~表2。由表中極差值R值可看出:在這4種因素中,混合酸的加入量對交聯(lián)淀粉沉降積影響最大,其次為反應(yīng)溫度,影響最小的是混合酸比例,根據(jù)上表的統(tǒng)計結(jié)果計算得出最優(yōu)水平為A3B3C2D2。由此確定制備交聯(lián)淀粉的最佳反應(yīng)條件為:混合酸加入量為5 %,混合酸比例是1∶50(g/mL),溫度35℃,反應(yīng)時間2.5 h。
表1交聯(lián)淀粉試驗各因素水平Table 1 Factor and level about cross-linked starch experiment
表2正交試驗設(shè)計與結(jié)果Table 2 Design and results of the orthogonal experiments
本文研究了制備交聯(lián)淀粉的最佳工藝條件,結(jié)論如下:
1)在制備交聯(lián)淀粉的過程中,混合酸的加入量對交聯(lián)淀粉沉降積的影響最大,其次為反應(yīng)溫度,再次為反應(yīng)時間和混合酸比例。
2)經(jīng)試驗驗證和正交試驗分析,確定了交聯(lián)淀粉制備的最佳工藝條件為:混合酸加入量5 %,溫度35℃,反應(yīng)時間2.5 h,混合酸比例1∶50(g/mL)。
參考文獻(xiàn):
[1]王慧,偉寧,周美琴,等.多孔淀粉吸附性能的應(yīng)用研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工, 2008(7): 70-72
[2]王慧,偉寧,楊萍,等.食用復(fù)合變性淀粉研究進展[C].無錫:中國淀粉工業(yè)協(xié)會變性淀粉專業(yè)委員會第十次學(xué)術(shù)報告會論文集, 2009: 99-102
[3] Megumi Miyazaki, Pham Van Hung, Tomoko Maeda, et al. Technological Advances and Benefits of Modified Starches[J]. Prepared Foods, 2008, 1(1): 101-110
[4]許麗娜,董海洲,張緒霞,等.多孔淀粉制備及開發(fā)前景[J].糧食與油脂, 2007(2): 18-20
[5] R L惠斯特勒, J N貝密勒, E F帕斯卡爾.淀粉的化學(xué)與工藝學(xué)[M].王雒文,等,譯.北京:中國輕工業(yè)出版社, 1987: 257-293
[6]姚衛(wèi)蓉,姚惠源.淀粉性質(zhì)及預(yù)處理對多孔淀粉形成的影響[J].中國糧油學(xué)報, 2005, 20(5): 51-56
[7]袁懷波,曹健,陳宗道.紅薯微孔淀粉的制備及性質(zhì)研究[J].食品研究與開發(fā), 2007, 28(2): 10-13
[8]徐坤,馬嫄,谷絨.交聯(lián)改性多孔淀粉方法的比較研究[J].中國糧油學(xué)報, 2009, 24(9): 40-44
[9] Trindade M A, Grosso C R F. The Stability of Asorbic Acid Microencapsulated in Granules of Rice Starch and in Gum Arabic[J]. Journal of Microencapsulation, 2000, 17(2): 169-176
Preparation of Crosslinked Starch With Corn Starch
Lü Xiao-jing
(Heilongjiang Forestry Vocation Technical College,Mudanjiang 157011,Heilongjiang,China)
Abstract:Based on corn starch as raw material,citric acid and acetic anhydride as cross-linking agent for preparing crosslinked starch,through repeated experiments to study the effect of different mixed acid,mixed acid ratio,reaction time,reaction temperature on different cross -linked starch cross -linkingeffect,the preparation process of cross-linked starch optimization orthogonal test,for the preparation of cross-linked starch presents a new process.
Key words:corn starch;cross-linked starch;cross-linking degree
收稿日期:2014-05-30
作者簡介:呂曉晶(1978—),女(漢),副教授,碩士研究生,研究方向:食品科學(xué)。
DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2016.03.034