兩種復合改性淀粉特性及其在面條中的應用

鄒 建 劉 潔

(河南商業高等專科學校食品加工技術專業1,鄭州 450045)

(河南工業大學食品學院2,鄭州 450001)

兩種復合改性淀粉特性及其在面條中的應用

鄒 建1劉 潔2

(河南商業高等專科學校食品加工技術專業1,鄭州 450045)

(河南工業大學食品學院2,鄭州 450001)

分別以木薯淀粉和玉米淀粉為原料,對其進行交聯和羥丙基醚化復合改性,制備了復合改性淀粉,并對復合改性淀粉的流變學特性、掃描電鏡分析 (SEM)及紅外光譜分析 (IR)進行了分析比較。流變學特性分析顯示,經過復合改性后的木薯淀粉抗老化性能比玉米淀粉抗老化性能強。SEM分析顯示淀粉經過復合改性后,淀粉表面棱角模糊,顆粒整體有小范圍扭曲,并可明顯觀察到表面粗糙,毛刺感較強。IR分析顯示復合改性淀粉與原淀粉的紅外吸收圖譜相比,在 2 250～2 500 cm-1處有強的吸收峰,復合改性木薯淀粉尤為明顯。添加復合改性淀粉的面條與空白相比,最佳烹煮時間縮短、烹煮損失明顯降低。

淀粉 復合改性 流變學特性 掃描電鏡分析 紅外光譜分析 面條

玉米淀粉具有很強的可變性能,經物理、化學、生物化學等方法處理,可獲得多種改性淀粉產物。木薯又稱樹薯,木薯淀粉產量比較高,2009年產量達83萬噸[1]。與其他淀粉相比,木薯淀粉在理化性能方面具有其特有的優點,如淀粉糊黏度相對較高、成膜性較好[2]。兩種淀粉目前被廣泛應用于食品、造紙、紡織及醫藥行業等。

本研究分別以玉米淀粉和木薯淀粉為原料對其進行交聯羥丙基復合改性,分析比較了兩種淀粉的流變學特性、SEM特性及 IR特性,并對其加入到面制品中后對面制品的影響進行研究。期望通過對上述兩種復合改性淀粉特性的分析與比較,能夠為企業生產者更好的選擇原料生產交聯羥丙基復合改性淀粉提供一定的理論依據和參考數據。

1 材料與方法

1.1 材料

木薯淀粉:鄭州市薈力工貿實業有限公司遷江淀粉廠;玉米淀粉:石家莊恒遠淀粉糖業有限公司;環氧丙烷 (分析純):上海市化學試劑一廠;氫氧化鈉 (分析純)、硫酸鈉 (分析純):洛陽市化學試劑廠;氯化鈉 (分析純):宿州市化學試劑廠;三偏磷酸鈉 (分析純):徐州化學試劑三廠;水合茚三酮 (分析純):天津市科密歐化學試劑開發中心;丙二醇(分析純):天津市瑞金特化學品有限公司

1.2 試驗儀器

1010-1電熱鼓風干燥箱:上海市實驗儀器總廠;NDJ-79旋轉式黏度計、L-90流變儀:同濟大學機電廠;PHS-25B數字酸度計:上海大普儀器有限公司;AMRAY-1000B掃描電鏡:中科科儀;I RPres2 tige-21紅外光譜儀:日本島津;JJ-1定時電動攪拌器:金壇市華峰儀器有限公司

1.3 試驗與檢測方法

1.3.1 復合改性淀粉的制備

稱取 50 g淀粉 (干基),配成 38.5%淀粉乳,均勻加入 6.9 g硫酸鈉攪拌均勻,并緩慢加入 1.1 g氫氧化鈉,再快速加入 11.8 mL環氧丙烷,密閉容器,置于 40.5℃恒溫攪拌器上進行反應,反應 9.9 h后,用氫氧化鈉溶液調 pH值至 10進行交聯反應,加入3%的氯化鈉 (相對于干基),加入 0.03%三偏磷酸鈉,反應 2.3 h后,用稀鹽酸 (3%)調節體系的 pH值至 6.7左右,終止反應,離心機離心脫水,水洗 3次,常溫干燥,即得到復合改性淀粉[3]。

1.3.2 流變學特性測定

準確稱取淀粉樣品,用蒸餾水將它們配成 5%的乳液 (按干基計算),攪拌使之充分分散,然后在沸水浴中加熱糊化 5 min。取適量樣品在 25℃下用流變儀測定不同剪切速率下淀粉糊的剪切應力,繪制曲線,計算冪指數回歸方程[4]。

1.3.3 掃描電鏡 (Scanning ElectronMicroscopy)測定

選取少量樣品于測定盤上,鍍上一層金2鈀合金膜,放入儀器中掃描,放大倍數為 1 000倍和 2 000倍[5]。

1.3.4 紅外光譜分析 (I R)測定

樣品處理:將待分析的樣品和分析純 KBr置于烘箱內,在 120℃下干燥 48 h后,保存在干燥器中。

KBr壓片過程是:稱取約 2 mg樣品,在紅外燈的照射下,置于瑪瑙研缽中研磨 4～10 min,再和 150 mg左右干燥的 K Br粉末充分混合,繼續研磨 2～5 min,將研磨后的混合物粉末倒在硫酸紙上灌注于壓模器中,抽真空,緩慢除去壓力,取出樣品薄片,放入樣品架上,置于傅里葉變換紅外光譜儀上進行紅外光譜分析,繪出紅外光譜圖[6]。

1.3.5 復合改性淀粉在面條中的應用試驗1.3.5.1 面條制作

面條的制作方法依據行業標準 ST/T 10068—1992[7]。

1.3.5.2 烹調時間測定

抽取掛面 40根,放入盛有樣品質量 50倍沸水的1 000 mL燒杯 (或鋁鍋)中,用可調式電爐加熱,保持水的微沸狀態,從 2 min開始取樣,然后每隔 0.5 min取樣一次,每次一根,用二塊玻璃片壓扁,觀察掛面內部白硬心線,白硬心線消失時所記錄的時間即為烹調時間。

1.3.5.3 烹調損失測定

稱取約 10 g樣品,精確至 0.1 g,放入盛有 500 mL沸水 (蒸餾水)的燒杯中,用電爐加熱,保持水的微沸狀態,按測定的烹調時間煮熟后,用筷子挑出掛面,面湯放至常溫后,轉入 500 mL容量瓶中定容混勻,吸 50 mL面湯倒入恒重的 250 mL燒杯中,放在可調式電爐上蒸發掉大部分水分后,再吸入面湯 50 mL,繼續蒸發至近干,放入 105℃烘箱內烘至恒重,計算烹調損失[8]:

式中:P為烹調損失/%;M為 100 mL面湯中干物質質量 /g;W為掛面水分 /%;G為樣品質量 /g。

2 結果與討論

2.1 流變學特性

通過一元非線性回歸,在圖 1～圖 4的左上角上分別列出原淀粉和各檢測樣品剪切應力和剪切速率關系的冪方程。從 4個方程中可以看出,各樣品的流變方程均達到顯著水平,其剪切應力隨剪切速率的增加而增加,表明所有的淀粉糊樣品都為非牛頓流體[4]。

其中,對于玉米淀粉來說,改性前 a=0.201 6,改性后 a=0.119 6;對于木薯淀粉來說,改性前 a=0.253 6,改性后 a=0.195 7,說明原淀粉經過復合改性后老化黏度明顯降低、抗老化明顯增強,這是由于淀粉鏈上經復合改性后淀粉鏈上不但引入了羥丙基基團,增加了淀粉鏈分支性,而且由于交聯鍵的存在,交聯作用相對于氫鍵作用強度大得多,冷卻至室溫后分子形成有序排列的難度增加,使得改性后淀粉的室溫黏度比原淀粉的黏度明顯降低;對于玉米淀粉來說,改性前 b=0.761 4,改性后 b=0.630 2;對于木薯淀粉來說,改性前 b=0.791 1,改性后 b=0.615 1。說明原淀粉經過復合改性后抗剪切能力有所增加,這可能是由于復合改性淀粉中交聯建的存在,使得淀粉分子被交聯劑三偏磷酸鈉的雙官能團連接而成了一個整體,形成了更為嚴密的結構,抗剪切能力增加。

同時還可以看到,木薯原淀粉的老化黏度比玉米原淀粉的老化黏度高,但抗剪切性能比玉米淀粉差。而經過復合改性后木薯淀粉的抗老化性能比玉米淀粉的抗老化性能強。

2.2 SEM分析

從圖 5和圖 6中可以看出木薯原淀粉呈現半橢圓形狀,表面光滑,棱角分明。從圖 7和圖 8中可以看出淀粉經過復合改性后,表面棱角模糊,顆粒整體有小范圍扭曲,并可明顯觀察到表面粗糙,毛刺感較強.這可能是由于淀粉與藥品發生反應時,淀粉顆粒吸水膨脹,藥品部分進入淀粉顆粒內部發生反應[5],但從圖 7、圖 8中可以清楚看到,藥品還是主要集中在顆粒表面反應。

粉彩花鳥瓷繪畫在經過長期以來的發展而不衰，這說明了粉彩花鳥瓷畫適應了人們不斷改變的審美，這也同時說明了花鳥題材在粉彩瓷繪畫中不斷進步，不斷更進的表現。

2.3 I R分析

圖 9為原玉米淀粉圖譜,圖 11為改性后的玉米淀粉圖譜,改性前后玉米淀粉的圖譜在主要波數下的吸收強度相似,圖譜形狀相同;圖 10為原木薯淀粉圖譜,圖 12為改性后的木薯淀粉圖譜,改性前后木薯淀粉的圖譜在主要波數下的吸收強度相似,圖譜形狀相同;兩種淀粉改性前后的圖譜對照說明改性反應后淀粉仍然保持原淀粉的結構特征,證明交聯和醚化反應主要發生在淀粉的無定形區域。

兩種復合改性淀粉與各自的原淀粉的圖譜相比,在 2 250～2 500 cm-1處有強的吸收峰,尤其是復合改性木薯淀粉,這是由于三偏磷酸鈉與淀粉反應產生的基團 P=O和 P—O形成共軛體系,使得 P—O鍵具備了雙鍵的性質,從而產生了O=P=O的性質,在 2 250～2 500 cm-1有較強吸收。

從圖 12與圖 11圖譜的對比分析可以看出,復合改性木薯淀粉與復合改性玉米淀粉相比在 2 250～2 500 cm-1處吸收明顯,從另一個側面反應了木薯淀粉比玉米淀粉更易于與三偏磷酸鈉反應,從而印證了木薯淀粉在相同的條件下比玉米淀粉更易于與三偏磷酸鈉反應,這可能是由于木薯淀粉支鏈淀粉含量比較高的緣故。

從圖 9與圖 11、圖 10與圖 12的圖譜對比分析可知,改性淀粉與原淀粉相比在 1 250～1 500 cm-1處原淀粉呈現較強的吸收峰,這是由于 C—O—H的面內彎曲振動引起,而改性后淀粉呈現較弱的吸收峰,這可能是由于淀粉被環氧丙烷取代后生成 St—O—CH2—CH(OH)—CH3后 C—O—H鍵發生移位使其面內彎曲振動減弱造成。

2.4 復合改性淀粉在面條中的應用

從表 1中還可以看出,復合改性淀粉的添加量對面條特性的影響比較大。對于添加了復合改性玉米淀粉的面條隨加入量從 0.5%增加到 2%,最佳烹煮時間由 7.5 min縮短到 6.5 min,烹煮損失由 7.1%降低到 4.93%;對于添加了復合改性木薯淀粉的面條隨加入量從 0.5%增加到 2%,最佳烹煮時間由7 min縮短到 6 min,烹煮損失由 6.97%降低到5.22%。因此,單一從減小面條最佳烹煮時間和烹煮損失方面來講添加復合改性淀粉的量越高對其影響越大。但是在實際中還要考慮復合改性淀粉加入量的增加會提高產品的成本以及影響口感等原因,因此添加量不宜過高。

表 1 復合改性淀粉對面條烹煮特性的影響

3 結論

3.1 木薯原淀粉的老化黏度比玉米原淀粉的老化黏度高,但抗剪切性能比玉米淀粉差。而經過復合改性后木薯淀粉的抗老化性能比玉米淀粉的抗老化性能強。

3.2 木薯原淀粉呈現半橢圓形狀,表面光滑,棱角分明。而淀粉經過復合改性醚化后,淀粉表面棱角模糊,顆粒整體有小范圍扭曲,并可明顯觀察到表面粗糙,毛刺感較強。

3.3 復合改性淀粉與原淀粉的紅外吸收圖譜相比,在 2 250～2 500 cm-1處有強的吸收峰,復合改性木薯淀粉尤為明顯,木薯復合改性淀粉比玉米復合改性淀粉在 2 250～2 500 cm-1處吸收明顯。

3.4 添加復合改性淀粉的面條與空白相比,最佳烹煮時間縮短、烹煮損失明顯降低。

[1]梁怡,劉康懷.木薯淀粉企業實施節能減排的經濟分析[J].中國經濟與管理科學,2009,4:46-49

[2]二國二郎.淀粉科學手冊 [M].北京:輕工業出版社,1990:221-236

[3]Kyungsoo woo,Paul A Seib.Cross-linking of wheat starch and hydroxypropylatedwheat starch in alkaline slurrywith so2 dium tri metaphossphate[J].Carbohydrate Polymers1997,33:263-271

[4]Diego B Genovese,M A Rao.Role of Starch Granule Charac2 teristics(volume fraction,rigidity,and fractal dimension)on Rheology of Starch Dispersions W ith and W ithout Amylose[J].Cereal Chem,201,80(3):350-355

[5]CM McDonough,B J Anderson,L W Rooney.Structral Char2 acteristics of Steam-Flaked Sorghum[J].Cereal Chem,1997,74(5):542-547

[6]商菊清,黃可龍.改性淀粉的交聯度和紅外光譜性質的研究[J].當代化工:2003,3:133-135

[7]ST/T 10068—1892,面條的制作[S]

[8]ST/T 10068—1992,最佳烹煮時間的測定和面條烹煮損失的測定[S].

Multi-Modified Starch:Characteristics and Application forNoodleMaking

Zou Jian1Liu Jie2
(Henan Business College1,Zhengzhou 450045)
(Henan University of Tecnology2,Zhengzhou 450001)

Multi-modified starch were prepared by cross-linking and hydroxy-propylating from tapioca starch and corn starch.The rheology characteristic,SEM detection and particle structure of the starcheswere investiga2 ted.Results:The cross-linked and hydroxy-propylated tapioca starch displaysmarkedly enhanced anti-aging prop2 erties.SEM shows that the surface edgesof themodified starch granules are blurred and Burr sense increases.IR anal2 ysis shows that infrared absorption apices appear in the absorption spectrum of the modified starch.The noodlesmade of flour added with the multi-modified starch exhibit a shorter best-cooking ti me and less cooking loss.

starch,multi-modification,rheology characteristic,SEM,IR,noodle

Q51

A

1003-0174(2011)02-0033-05

2010-04-02

鄒建,男,1981年出生,碩士,講師,糧食、油脂及植物蛋白工程