木薯交聯(lián)淀粉的制備及性質(zhì)研究

以木薯淀粉為原料，以沉降積為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究三偏磷酸鈉添加量、PH值、反應(yīng)溫度(T)、反應(yīng)時(shí)間(t)對(duì)淀粉交聯(lián)程度的影響，并對(duì)交聯(lián)淀粉的糊化特性進(jìn)行分析測(cè)定。結(jié)果表明交聯(lián)淀粉的最佳工藝為：三偏磷酸鈉添加量0.08%，反應(yīng)PH為11.0，反應(yīng)溫度為40℃，反應(yīng)時(shí)間為4h。在此條件下制得的交聯(lián)淀粉沉降積為0.90ml，與原淀粉相比，交聯(lián)淀粉糊化溫度升高，峰值粘度降低，熱穩(wěn)定性增加。

交聯(lián)淀粉即是一種通過化學(xué)方法對(duì)原淀粉進(jìn)行改性得到的一類淀粉衍生物[1,2]。相關(guān)研究表明[3]，淀粉經(jīng)交聯(lián)后，分子量增大，結(jié)構(gòu)變得緊密，具有更好的機(jī)械強(qiáng)度與空間結(jié)構(gòu)，且不易糊化，耐熱、耐酸、耐剪切，可以廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域。目前常用的交聯(lián)劑有三偏磷酸鈉、三氯氧磷、環(huán)氧氯丙烷等。與其它交聯(lián)劑相比，三偏磷酸鈉和淀粉的交聯(lián)為無機(jī)酯鍵交聯(lián)，對(duì)酸的作用穩(wěn)定性高。因此本研究以木薯淀粉為原料，三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑制備交聯(lián)淀粉，以沉降積為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別考察三偏磷酸鈉添加量、PH值、反應(yīng)溫度(T)、反應(yīng)時(shí)間(t)對(duì)淀粉交聯(lián)程度的影響，并對(duì)交聯(lián)淀粉的糊化特性進(jìn)行分析研究。

材料與方法

原料及試劑木薯淀粉(工業(yè)級(jí))；氯化鈉(分析純)；氫氧化鈉(分析純)；鹽酸(分析純)；三偏磷酸鈉(分析純)。

儀器及設(shè)備Viscograph-E電子式粘度儀；PHS-3C型雷茲pH計(jì)；DD-5M型湘儀離心機(jī)；JB300-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)；SHB-B95型循環(huán)水式多用真空泵。

木薯交聯(lián)淀粉的制備取木薯淀粉配制濃度為20～22 °Bé的淀粉乳，加入氯化鈉作為膨脹抑制劑，調(diào)節(jié)pH值，在一定溫度下，加入三偏磷酸鈉作為交聯(lián)劑，反應(yīng)一定時(shí)間后將反應(yīng)體系調(diào)至中性，然后經(jīng)抽濾、洗滌、烘干、粉碎后即為交聯(lián)淀粉。

交聯(lián)度的測(cè)定稱取0.75g淀粉干基，放入150m1燒杯中，加入25ml去離子水，調(diào)成淀粉乳，沸水浴準(zhǔn)確計(jì)時(shí)2分鐘，取出靜置冷卻至室溫；補(bǔ)水到恒重，吸取10ml淀粉糊于15ml離心管中，置離心機(jī)中以4000rpm離心5min，然后取上清液計(jì)算體積V，則沉降積(ml)=10-V。

糊化特性測(cè)定準(zhǔn)確配制成5%的淀粉溶液于測(cè)量杯中，設(shè)置相應(yīng)的程序升溫模式進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)束后在粘度儀配套軟件中顯示Brabender曲線，并自動(dòng)計(jì)算相關(guān)參數(shù)。

結(jié)果與討論

三偏磷酸鈉添加量對(duì)交聯(lián)程度的影響如圖1所示，添加量為0.02%時(shí)，沉降積為2.3ml，表明淀粉交聯(lián)程度很低，這是因?yàn)榇藭r(shí)三偏磷酸鈉分子在體系中含量過少，與淀粉分子碰撞幾率低。當(dāng)逐漸增加三偏磷酸鈉含量至0.08%時(shí)，三偏磷酸鈉與淀粉分子的反應(yīng)機(jī)會(huì)大大增加，淀粉分子中的活性羥基可以結(jié)合更多的交聯(lián)劑，因此淀粉交聯(lián)程度增加。但當(dāng)添加量為0.1%時(shí)，沉降積變化不明顯，是因?yàn)榻宦?lián)化學(xué)鍵使淀粉分子較為穩(wěn)定的結(jié)合在一起，減緩了分子運(yùn)動(dòng)速率，從而使分子運(yùn)動(dòng)變緩。因此，三偏磷酸鈉添加量選擇0.08%較為合適。

反應(yīng)pH對(duì)交聯(lián)程度的影響在較高的pH條件下，淀粉易形成淀粉氧負(fù)離子[4]，該氧負(fù)離子親核性越強(qiáng)，越易同三偏磷酸鈉發(fā)生親核取代反應(yīng)；但當(dāng)pH＞11時(shí)，過高的堿濃度使淀粉過度溶脹，體系粘稠度增加，阻止淀粉分子與交聯(lián)試劑的碰撞將結(jié)合，導(dǎo)致交聯(lián)度降低，沉降積增加(圖1)。張皓等[5]研究表明，反應(yīng)體系中堿性過高時(shí)，可在一定程度上使三偏磷酸鈉發(fā)生水解，降低交聯(lián)效率。因此選擇PH=11.0為合適的反應(yīng)PH值。

反應(yīng)溫度對(duì)交聯(lián)程度的影響T＜40℃時(shí)，沉降積隨溫度升高而降低，T＞40℃時(shí)，沉降積隨溫度升高而增加(圖1)。一定的反應(yīng)溫度可以提高淀粉分子運(yùn)動(dòng)速率，增分子之間相互碰撞機(jī)會(huì)，還可促進(jìn)試劑在淀粉分子中的擴(kuò)散滲透，當(dāng)溫度過高時(shí)，淀粉易糊化，影響交聯(lián)反應(yīng)的順利進(jìn)行。因此選擇40℃作為合適的反應(yīng)溫度。

反應(yīng)時(shí)間對(duì)交聯(lián)程度的影響沉降積隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增加，在t=4h時(shí)沉降積最小，交聯(lián)度最大；t=5h時(shí)沉降積有所回升(圖1)，這是因?yàn)榈竭_(dá)一定反應(yīng)時(shí)間后，反應(yīng)體系中的交聯(lián)劑已經(jīng)消耗殆盡，反應(yīng)開始向逆方向進(jìn)行，副產(chǎn)物逐漸在體系中積累，導(dǎo)致交聯(lián)度降低。因此選擇4h為合適的反應(yīng)時(shí)間。

糊化特性測(cè)定結(jié)果淀粉分子在加熱過程中氫鍵受熱強(qiáng)度減弱，顆粒吸水膨脹，粘度上升，繼續(xù)受熱至一定程度后，氫鍵斷裂，顆粒崩潰分解，粘度下降[6]。而淀粉經(jīng)過交聯(lián)后，交聯(lián)的化學(xué)鍵強(qiáng)度較好，可在氫鍵破裂后繼續(xù)維持淀粉顆粒強(qiáng)度，抑制淀粉膨脹，因此交聯(lián)淀粉糊化需要更大的能量，表現(xiàn)為糊化溫度高于原淀粉，峰值粘度低于原淀粉(圖2)，且在整個(gè)加熱期間粘度損失較小，熱穩(wěn)定性較好。這與楊月等[7]的研究結(jié)果相一致。

本研究以木薯淀粉為原料，三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑制備交聯(lián)淀粉，以沉降積為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)影響淀粉交聯(lián)程度的四個(gè)因素(三偏磷酸鈉添加量、pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間)進(jìn)行研究，得到最佳工藝為：三偏磷酸鈉添加量0.08%，反應(yīng)PH 11.0，反應(yīng)溫度 40℃，反應(yīng)時(shí)間 4h，此時(shí)淀粉沉降積為0.9ml。與原淀粉相比，交聯(lián)淀粉糊化溫度升高，峰值粘度降低，熱穩(wěn)定性增加。