木薯交聯淀粉的制備及性質研究

楊素

以木薯淀粉為原料，以沉降積為評價指標，研究三偏磷酸鈉添加量、PH值、反應溫度（T）、反應時間（t）對淀粉交聯程度的影響，并對交聯淀粉的糊化特性進行分析測定。結果表明交聯淀粉的最佳工藝為：三偏磷酸鈉添加量0.08%，反應PH為11.0，反應溫度為40℃，反應時間為4h。在此條件下制得的交聯淀粉沉降積為0.90ml，與原淀粉相比，交聯淀粉糊化溫度升高，峰值粘度降低，熱穩定性增加。

交聯淀粉即是一種通過化學方法對原淀粉進行改性得到的一類淀粉衍生物[1，2]。相關研究表明[3]，淀粉經交聯后，分子量增大，結構變得緊密，具有更好的機械強度與空間結構，且不易糊化，耐熱、耐酸、耐剪切，可以廣泛應用于食品、醫藥等多個領域。目前常用的交聯劑有三偏磷酸鈉、三氯氧磷、環氧氯丙烷等。與其它交聯劑相比，三偏磷酸鈉和淀粉的交聯為無機酯鍵交聯，對酸的作用穩定性高。因此本研究以木薯淀粉為原料，三偏磷酸鈉為交聯劑制備交聯淀粉，以沉降積為評價指標，分別考察三偏磷酸鈉添加量、PH值、反應溫度（T）、反應時間（t）對淀粉交聯程度的影響，并對交聯淀粉的糊化特性進行分析研究。

材料與方法

原料及試劑 木薯淀粉（工業級）;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）。

儀器及設備 ?Viscograph-E電子式粘度儀;PHS-3C型雷茲pH計;DD-5M型湘儀離心機;JB300-D型強力電動攪拌機;SHB-B95型循環水式多用真空泵。

木薯交聯淀粉的制備 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，調節pH值，在一定溫度下，加入三偏磷酸鈉作為交聯劑，反應一定時間后將反應體系調至中性，然后經抽濾、洗滌、烘干、粉碎后即為交聯淀粉。

交聯度的測定 稱取0.75g淀粉干基，放入150m1燒杯中，加入25ml去離子水，調成淀粉乳，沸水浴準確計時2分鐘，取出靜置冷卻至室溫;補水到恒重，吸取10ml淀粉糊于15ml離心管中，置離心機中以4000rpm離心5min，然后取上清液計算體積V，則沉降積（ml）=10-V。

糊化特性測定 準確配制成5%的淀粉溶液于測量杯中，設置相應的程序升溫模式進行測定，測定結束后在粘度儀配套軟件中顯示Brabender曲線，并自動計算相關參數。

結果與討論

三偏磷酸鈉添加量對交聯程度的影響 如圖1所示，添加量為0.02%時，沉降積為2.3ml，表明淀粉交聯程度很低，這是因為此時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。當逐漸增加三偏磷酸鈉含量至0.08%時，三偏磷酸鈉與淀粉分子的反應機會大大增加，淀粉分子中的活性羥基可以結合更多的交聯劑，因此淀粉交聯程度增加。但當添加量為0.1%時，沉降積變化不明顯，是因為交聯化學鍵使淀粉分子較為穩定的結合在一起，減緩了分子運動速率，從而使分子運動變緩。因此，三偏磷酸鈉添加量選擇0.08%較為合適。

反應pH對交聯程度的影響 在較高的pH條件下，淀粉易形成淀粉氧負離子[4]，該氧負離子親核性越強，越易同三偏磷酸鈉發生親核取代反應;但當pH>11時，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試劑的碰撞將結合，導致交聯度降低，沉降積增加（圖1）。張皓等[5]研究表明，反應體系中堿性過高時，可在一定程度上使三偏磷酸鈉發生水解，降低交聯效率。因此選擇PH=11.0為合適的反應PH值。

反應溫度對交聯程度的影響 T<40℃時，沉降積隨溫度升高而降低，T>40℃時，沉降積隨溫度升高而增加（圖1）。一定的反應溫度可以提高淀粉分子運動速率，增分子之間相互碰撞機會，還可促進試劑在淀粉分子中的擴散滲透，當溫度過高時，淀粉易糊化，影響交聯反應的順利進行。因此選擇40℃作為合適的反應溫度。

反應時間對交聯程度的影響 沉降積隨反應時間的增加而增加，在t=4h時沉降積最小，交聯度最大;t=5h時沉降積有所回升（圖1），這是因為到達一定反應時間后，反應體系中的交聯劑已經消耗殆盡，反應開始向逆方向進行，副產物逐漸在體系中積累，導致交聯度降低。因此選擇4h為合適的反應時間。

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

本研究以木薯淀粉為原料，三偏磷酸鈉為交聯劑制備交聯淀粉，以沉降積為評價指標，對影響淀粉交聯程度的四個因素（三偏磷酸鈉添加量、pH值、反應溫度、反應時間）進行研究，得到最佳工藝為：三偏磷酸鈉添加量0.08%，反應PH 11.0，反應溫度 40℃，反應時間 4h，此時淀粉沉降積為0.9ml。與原淀粉相比，交聯淀粉糊化溫度升高，峰值粘度降低，熱穩定性增加。

參考文獻

[1] 邵華為. 芭蕉芋交聯淀粉的制備及性質研究[J]. 中國糧油學報， 2019， 34（04）：58-64.

[2] Shah N ， ?Mewada R K ， ?Mehta T . Crosslinking of starch and its effect on viscosity behaviour[J]. Reviews in Chemical Engineering， 2016， 32（2）：265-270.

[3] 問娟娟、崔建強、張爽. 玉米淀粉微球制備條件優化及其載藥性研究[J]. 化學工程師， 2020， 300（09）：15-18.

[4] 劉璟銜， 張玲， 楊海英，等. 響應面法優化戊二醛交聯木薯淀粉的制備及結構表征[J]. 食品安全質量檢測學報， 2019， 010（020）：6869-6875.

[5] 張皓， 石文杰. 六偏磷酸鈉制備交聯淀粉中不同反應條件對沉降積的影響分析[J]. 當代化工研究， 2017， 0（05）：P.128-129.

[6] 安飛， 劉亞偉， 劉潔. 交聯程度對木薯淀粉特性的影響[J]. 食品科學， 2017， 38（15）：101-107.

[7] 楊月， 陸丹英， 凌靜，等. 交聯木薯淀粉對蜜橘涂膜保鮮效果研究[J]. 食品科學， 2011（06）：275-278.