木薯交联淀粉的制备及性质研究

2021-06-30 16:08:48 来源: 食品安全导刊

　　木薯交联淀粉的制备及性质研究

　　以木薯淀粉为原料，以沉降积为评价指标，研究三偏磷酸钠添加量、PH值、反应温度(T)、反应时间(t)对淀粉交联程度的影响，并对交联淀粉的糊化特性进行分析测定。结果表明交联淀粉的最佳工艺为：三偏磷酸钠添加量0.08%，反应PH为11.0，反应温度为40℃，反应时间为4h。在此条件下制得的交联淀粉沉降积为0.90ml，与原淀粉相比，交联淀粉糊化温度升高，峰值粘度降低，热稳定性增加。

　　交联淀粉即是一种通过化学方法对原淀粉进行改性得到的一类淀粉衍生物[1,2]。相关研究表明[3]，淀粉经交联后，分子量增大，结构变得紧密，具有更好的机械强度与空间结构，且不易糊化，耐热、耐酸、耐剪切，可以广泛应用于食品、医药等多个领域。目前常用的交联剂有三偏磷酸钠、三氯氧磷、环氧氯丙烷等。与其它交联剂相比，三偏磷酸钠和淀粉的交联为无机酯键交联，对酸的作用稳定性高。因此本研究以木薯淀粉为原料，三偏磷酸钠为交联剂制备交联淀粉，以沉降积为评价指标，分别考察三偏磷酸钠添加量、PH值、反应温度(T)、反应时间(t)对淀粉交联程度的影响，并对交联淀粉的糊化特性进行分析研究。

　　材料与方法

　　原料及试剂木薯淀粉(工业级)；氯化钠(分析纯)；氢氧化钠(分析纯)；盐酸(分析纯)；三偏磷酸钠(分析纯)。

　　仪器及设备 Viscograph-E电子式粘度仪；PHS-3C型雷兹pH计；DD-5M型湘仪离心机；JB300-D型强力电动搅拌机；SHB-B95型循环水式多用真空泵。

　　木薯交联淀粉的制备取木薯淀粉配制浓度为20~22 °Bé的淀粉乳，加入氯化钠作为膨胀抑制剂，调节pH值，在一定温度下，加入三偏磷酸钠作为交联剂，反应一定时间后将反应体系调至中性，然后经抽滤、洗涤、烘干、粉碎后即为交联淀粉。

　　交联度的测定称取0.75g淀粉干基，放入150m1烧杯中，加入25ml去离子水，调成淀粉乳，沸水浴准确计时2分钟，取出静置冷却至室温；补水到恒重，吸取10ml淀粉糊于15ml离心管中，置离心机中以4000rpm离心5min，然后取上清液计算体积V，则沉降积(ml)=10-V。

　　糊化特性测定准确配制成5%的淀粉溶液于测量杯中，设置相应的程序升温模式进行测定，测定结束后在粘度仪配套软件中显示Brabender曲线，并自动计算相关参数。

　　结果与讨论

　　三偏磷酸钠添加量对交联程度的影响如图1所示，添加量为0.02%时，沉降积为2.3ml，表明淀粉交联程度很低，这是因为此时三偏磷酸钠分子在体系中含量过少，与淀粉分子碰撞几率低。当逐渐增加三偏磷酸钠含量至0.08%时，三偏磷酸钠与淀粉分子的反应机会大大增加，淀粉分子中的活性羟基可以结合更多的交联剂，因此淀粉交联程度增加。但当添加量为0.1%时，沉降积变化不明显，是因为交联化学键使淀粉分子较为稳定的结合在一起，减缓了分子运动速率，从而使分子运动变缓。因此，三偏磷酸钠添加量选择0.08%较为合适。

　　反应pH对交联程度的影响在较高的pH条件下，淀粉易形成淀粉氧负离子[4]，该氧负离子亲核性越强，越易同三偏磷酸钠发生亲核取代反应；但当pH＞11时，过高的碱浓度使淀粉过度溶胀，体系粘稠度增加，阻止淀粉分子与交联试剂的碰撞将结合，导致交联度降低，沉降积增加(图1)。张皓等[5]研究表明，反应体系中碱性过高时，可在一定程度上使三偏磷酸钠发生水解，降低交联效率。因此选择PH=11.0为合适的反应PH值。

　　反应温度对交联程度的影响 T＜40℃时，沉降积随温度升高而降低，T＞40℃时，沉降积随温度升高而增加(图1)。一定的反应温度可以提高淀粉分子运动速率，增分子之间相互碰撞机会，还可促进试剂在淀粉分子中的扩散渗透，当温度过高时，淀粉易糊化，影响交联反应的顺利进行。因此选择40℃作为合适的反应温度。

　　反应时间对交联程度的影响沉降积随反应时间的增加而增加，在t=4h时沉降积最小，交联度最大；t=5h时沉降积有所回升(图1)，这是因为到达一定反应时间后，反应体系中的交联剂已经消耗殆尽，反应开始向逆方向进行，副产物逐渐在体系中积累，导致交联度降低。因此选择4h为合适的反应时间。

　　糊化特性测定结果淀粉分子在加热过程中氢键受热强度减弱，颗粒吸水膨胀，粘度上升，继续受热至一定程度后，氢键断裂，颗粒崩溃分解，粘度下降[6]。而淀粉经过交联后，交联的化学键强度较好，可在氢键破裂后继续维持淀粉颗粒强度，抑制淀粉膨胀，因此交联淀粉糊化需要更大的能量，表现为糊化温度高于原淀粉，峰值粘度低于原淀粉(图2)，且在整个加热期间粘度损失较小，热稳定性较好。这与杨月等[7]的研究结果相一致。

　　本研究以木薯淀粉为原料，三偏磷酸钠为交联剂制备交联淀粉，以沉降积为评价指标，对影响淀粉交联程度的四个因素(三偏磷酸钠添加量、pH值、反应温度、反应时间)进行研究，得到最佳工艺为：三偏磷酸钠添加量0.08%，反应PH 11.0，反应温度 40℃，反应时间 4h，此时淀粉沉降积为0.9ml。与原淀粉相比，交联淀粉糊化温度升高，峰值粘度降低，热稳定性增加。

　　参考文献

　　[1] 邵华为. 芭蕉芋交联淀粉的制备及性质研究[J]. 中国粮油学报, 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] 问娟娟、崔建强、张爽. 玉米淀粉微球制备条件优化及其载药性研究[J]. 化学工程师, 2020, 300(09):15-18.

　　[4] 刘璟衔, 张玲, 杨海英,等. 响应面法优化戊二醛交联木薯淀粉的制备及结构表征[J]. 食品安全质量检测学报, 2019, 010(020):6869-6875.

　　[5] 张皓, 石文杰. 六偏磷酸钠制备交联淀粉中不同反应条件对沉降积的影响分析[J]. 当代化工研究, 2017, 0(05):P.128-129.

　　[6] 安飞, 刘亚伟, 刘洁. 交联程度对木薯淀粉特性的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(15):101-107.

　　[7] 杨月, 陆丹英, 凌静,等. 交联木薯淀粉对蜜橘涂膜保鲜效果研究[J]. 食品科学, 2011(06):275-278.

　　杨素

　　佛山高峰淀粉科技有限公司

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