糯小麥交聯(lián)淀粉的制備及其性質(zhì)研究

郭艷艷,劉鐘棟,楊士杰,占學(xué)旺

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450052)

糯小麥交聯(lián)淀粉的制備及其性質(zhì)研究

郭艷艷,劉鐘棟＊,楊士杰,占學(xué)旺

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450052)

以糯小麥淀粉為原料,三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑,固定淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%,探討反應(yīng)時(shí)間、pH值、反應(yīng)溫度、交聯(lián)劑用量對(duì)交聯(lián)度 (即沉降體積)的影響.在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)確定最適宜制備工藝為:反應(yīng)時(shí)間 4 h、pH 9.75、溫度 45℃、交聯(lián)劑用量 9%.同時(shí)考察了交聯(lián)程度高低對(duì)其淀粉糊性質(zhì)的影響,經(jīng)交聯(lián)后,與糯小麥原淀粉相比交聯(lián)淀粉有良好的凍融穩(wěn)定性、耐酸性能、耐剪切性能和一定的透明度、溶解度和膨潤(rùn)力,并且隨交聯(lián)程度的提高,交聯(lián)淀粉的耐酸、耐剪切能力顯著增強(qiáng).

糯小麥淀粉;交聯(lián);制備;性質(zhì)

0 引言

食品工業(yè)用淀粉常采用改性的方法達(dá)到提高其功能特性的目的.交聯(lián)淀粉是一種重要的改性淀粉,是淀粉與交聯(lián)劑通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)使 2個(gè)或 2個(gè)以上淀粉分子之間“架橋”所得到的淀粉衍生物,能加強(qiáng)淀粉顆粒間的結(jié)合作用,使之比較穩(wěn)定地存在[1-2].淀粉經(jīng)適度交聯(lián)之后,黏度比原淀粉高,并且具有更好的抗加工強(qiáng)度、耐熱性和耐酸堿穩(wěn)定性,因此常被作為增稠穩(wěn)定劑用于飲料、冷凍食品和肉制品中.能使淀粉發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的交聯(lián)劑種類很多,常用的淀粉交聯(lián)劑有環(huán)氧氯丙烷、三氯氧磷、三偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉等[3-4].

糯小麥淀粉是直鏈淀粉含量低于 1%的淀粉,具有獨(dú)特的物理和流變學(xué)特性,是一種新的天然淀粉資源[5].糯小麥淀粉糊對(duì)熱不穩(wěn)定,易糊化,且不易形成凝膠,老化速度慢,起始糊化溫度低、糊化溫度區(qū)間較窄、糊化吸熱焓變較低、峰值黏度高,凍融穩(wěn)定性較好,但糊透明度不高.以往文獻(xiàn)中對(duì)交聯(lián)淀粉的研究多集中在普通小麥淀粉、玉米淀粉和糯玉米淀粉等,對(duì)糯小麥改性淀粉的研究還不多,作者以糯小麥淀粉為原料,以三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑,探討了糯小麥交聯(lián)淀粉濕法工藝的最適宜制備條件,并對(duì)不同交聯(lián)度交聯(lián)淀粉的理化性質(zhì)進(jìn)行了分析,旨在為糯小麥交聯(lián)淀粉的工業(yè)化生產(chǎn)和在食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)中的應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料和主要試劑

糯小麥:鄭州農(nóng)林科學(xué)研究所提供;三偏磷酸鈉 (食品級(jí));鹽酸、氫氧化鈉等均為分析純.

1.1.2 主要儀器和設(shè)備

HH—S型恒溫水浴鍋:金壇市醫(yī)療儀器廠;增力電動(dòng)攪拌機(jī):上海標(biāo)本模型廠;SHB—III循環(huán)水式多用真空泵:鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司;TU—1800PC紫外 -可見(jiàn)分光光度計(jì):北京普析通用儀器有限公司;BS110S電子天平:北京賽多利斯天平有限公司;FE20型 pH計(jì):梅特勒 -托利多儀器有限公司;SNB—1數(shù)字式黏度計(jì):上海精密科學(xué)儀器有限公司;TLG—16G臺(tái)式高速離心機(jī):湖南星科科學(xué)儀器有限公司等.

1.2 方法

1.2.1 糯小麥淀粉的制備

以糯小麥為原料磨粉,參考馬丁法[6]提取淀粉.具體操作方法為:糯小麥面粉和水以 2︰1的比例制成面團(tuán),靜置 30 min后,加水用手反復(fù)搓洗.將洗好的面筋置于適量清水中搓洗,該過(guò)程重復(fù)3次,然后將所有的提取液合并,依次過(guò) 80、120目篩.再將濾液在 3 500 r/min下離心 5 min,倒出上清液,將沉淀平鋪在表面皿上,置于烘箱中35℃左右烘干,然后用研缽研磨,過(guò) 100目篩,得到糯質(zhì)小麥淀粉粗提物.采用十二烷基硫酸鈉純化得試驗(yàn)用糯小麥淀粉.

1.2.2 交聯(lián)淀粉的制備

準(zhǔn)確稱取一定量的三偏磷酸鈉溶解于水中,加入淀粉攪拌均勻配制成 40%的淀粉乳,并用3%的 NaOH溶液調(diào)至規(guī)定的 pH值,然后置于恒溫水浴鍋中,不斷攪拌加熱至規(guī)定時(shí)間,反應(yīng)結(jié)束后用 3%的 HCl溶液中和至 pH值 6.7,過(guò)濾、水洗、干燥、粉碎、過(guò)篩,即得產(chǎn)品.

1.2.3 交聯(lián)度的測(cè)定[7]

本試驗(yàn)中,由于淀粉與交聯(lián)劑反應(yīng)是輕度交聯(lián),交聯(lián)度很難直接測(cè)定,但交聯(lián)淀粉的交聯(lián)度與沉降積呈線性負(fù)相關(guān)的關(guān)系,即沉降積越小,交聯(lián)度越大,故采用沉降積來(lái)表示交聯(lián)度的大小.具體方法如下:準(zhǔn)確稱取 0.5 g絕干淀粉樣品于 100 mL燒杯中,加入 25 mL蒸餾水,配制成 2%的溶液.置于 82～85℃的水浴鍋中,稍加攪拌并保溫2 min,取出迅速冷卻至室溫.取 2支刻度離心管,分別加入上述得到的糊液 10 mL,對(duì)稱放入離心機(jī)內(nèi) 4 000 r/min離心 2 min.將離心管中上層清液倒入另一支同樣體積的離心管中,計(jì)算沉降積.對(duì)同一樣品進(jìn)行 2次平行測(cè)定,取平均值.

沉降積 (mL)=10― V,V為上清液的體積.

1.2.4 淀粉糊透明度的測(cè)定[8]

準(zhǔn)確稱取一定量的絕干淀粉樣品配制成 1%的淀粉乳,調(diào) pH至 6.5,置于沸水浴中加熱攪拌30 min并保持淀粉乳的體積不變 (前 5 min不斷攪拌),冷卻至室溫,以蒸餾水作參照,用 1 cm比色皿在 650 nm波長(zhǎng)處測(cè)定淀粉糊的透光率 (T),每個(gè)樣品測(cè) 3次取平均值,透光率越高,淀粉糊透明度也越高.

1.2.5 淀粉樣品凍融穩(wěn)定性的測(cè)定[9]

精確稱量 3.0 g絕干淀粉樣品,放入具塞的試管中,加入 100 mL蒸餾水并攪拌均勻,然后置于沸水浴中糊化并保溫 20 min,前 5 min不斷攪拌防止結(jié)塊.待完全糊化后取出試管,冷卻至室溫,然后將淀粉糊等分成 4份,分別倒入已知質(zhì)量為 m1的 4個(gè)塑料離心管中,稱重為 m2,放入冰箱中冷凍 24 h,取出自然解凍 6 h,取其中一管于3 000 r/min條件下離心 20 min,棄去上層液體,稱重為 m3.其余再冷凍、解凍,至 4管做完.按下式計(jì)算析水率:

式中:m1為離心管的質(zhì)量,g;m2為離心管加淀粉糊的質(zhì)量,g;m3為離心后離心管加淀粉糊的質(zhì)量,g.

1.2.6 淀粉樣品溶解度和膨潤(rùn)力的測(cè)定[10]

準(zhǔn)確稱取 1 g淀粉樣品溶于 30 mL蒸餾水中,加熱至 95℃并保持?jǐn)嚢?1 h,然后以 3 000 r/min離心 10 min,稱量離心管中沉淀物的質(zhì)量 P,將上清液在 130℃條件下干燥至恒重得干物質(zhì)的質(zhì)量 A,溶解度和膨潤(rùn)力的計(jì)算公式如下:

式中:A為上清液干燥恒重后的質(zhì)量,g;W為絕干樣品質(zhì)量,g;P為離心后離心管中沉淀物的質(zhì)量,g;S為溶解度.

1.2.7 淀粉樣品耐剪切性能研究[11]

分別準(zhǔn)確稱取一定量的原淀粉和改性淀粉,配制成 3%的淀粉乳,在 95℃水浴鍋中加熱 30 min使其完全糊化后,放入冷水中使其迅速冷卻至室溫,測(cè)其黏度,再用磁力攪拌機(jī)以 200 r/min攪拌淀粉樣品糊液 5 min,測(cè)其黏度,計(jì)算剪切前后黏度差值,以差值的大小來(lái)說(shuō)明樣品的耐剪切性能.

分別準(zhǔn)確稱取一定量的原淀粉和改性淀粉,配制成 3%的淀粉乳,在 95℃水浴鍋中加熱 30 min使其完全糊化后,放入冷水中使其迅速冷卻至室溫,測(cè)其黏度,然后加酸調(diào)整 pH值為 3,充分?jǐn)嚢柙贉y(cè)定黏度,兩者的差值即可說(shuō)明其耐酸性能.

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)及結(jié)果分析

單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,固定淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%,選取反應(yīng)時(shí)間 (A)、pH值 (B)、溫度 (C)和交聯(lián)劑用量(D)為反應(yīng)因素,以沉降積為考察指標(biāo),按 4因素 3水平 L9(34)安排試驗(yàn),因素與水平見(jiàn)表1,結(jié)果與分析見(jiàn)表2.

表1 正交試驗(yàn)因素和水平

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

由表2的極差分析可知:在設(shè)定的試驗(yàn)水平范圍內(nèi),各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的重要性依次是:pH值 (B)＞反應(yīng)時(shí)間 (A)＞溫度 (C)＞交聯(lián)劑用量 (D).根據(jù) k值的變化可將交聯(lián)反應(yīng)的最適宜制備工藝確定為:A3B2C3D3.按照此工藝進(jìn)行 3次驗(yàn)證試驗(yàn),測(cè)得沉降積平均值為 2.2 mL,因此確定其為適宜的制備工藝,即:反應(yīng)時(shí)間 4 h、pH值9.75、溫度 45℃、交聯(lián)劑用量 9%.

2.2 交聯(lián)淀粉性質(zhì)的測(cè)定

2.2.1 透明度

取原淀粉 (1號(hào):沉降積為 0 mL)和不同沉降積的 4個(gè)交聯(lián)淀粉樣品 (2～4號(hào)的沉降積分別為2.200、2.625、2.950、3.425 mL)進(jìn)行透明度測(cè)定 ,結(jié)果如圖 1所示.淀粉糊的透明度反映了淀粉顆粒在水中的分散和溶脹程度,分散和溶脹程度越大,透明度越好,圖 1表明,與原淀粉相比,在試驗(yàn)范圍內(nèi),透明度隨交聯(lián)度增加而有一定程度的降低,這是因?yàn)榻宦?lián)使改性淀粉的平均分子質(zhì)量增大,分子間強(qiáng)度增大,導(dǎo)致淀粉顆粒與原淀粉相比分散程度明顯降低,很難溶脹.

2.2.2 凍融穩(wěn)定性

取原淀粉和沉降積為 2.200 mL的交聯(lián)淀粉樣品進(jìn)行凍融穩(wěn)定性測(cè)定,結(jié)果如表3所示.淀粉糊凍融穩(wěn)定性是影響冷凍食品的重要品質(zhì)之一,凍融穩(wěn)定性差,經(jīng)冷凍和解凍之后會(huì)析出游離水,膠體結(jié)構(gòu)被破壞,使食品原有的質(zhì)構(gòu)被破壞從而影響食品的品質(zhì).表3表明,糯小麥交聯(lián)淀粉糊經(jīng)過(guò)第 1次凍融循環(huán)后,析水率比原淀粉糊的析水率明顯下降,經(jīng)過(guò) 4次循環(huán),雖然析水率都繼續(xù)增加,但是都沒(méi)有原淀粉的析水率高,由此表明糯小麥交聯(lián)淀粉的凍融穩(wěn)定性要比原糯小麥淀粉好,更適于用到冷凍食品中.

圖1 不同交聯(lián)度樣品的透明度

表3 糯小麥原淀粉和糯小麥_交聯(lián)淀粉的凍融穩(wěn)定性 %

2.2.3 溶解度和膨潤(rùn)力

促進(jìn)天津市文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展財(cái)稅政策研 究 ………………………………………… 林永春，黃麗艷，李 慧（65）

取原淀粉 (1號(hào):沉降積為 0 mL)和不同沉降積的 4個(gè)交聯(lián)淀粉樣品(2～4號(hào)的沉降積分別為2.200、2.625、2.950、3.425 mL)進(jìn)行溶解度和膨潤(rùn)力測(cè)定,結(jié)果如圖 2和圖 3所示.

淀粉的溶解度和膨潤(rùn)力反映了淀粉與水相互作用的能力.由圖 2和圖 3可以看出,交聯(lián)淀粉的溶解度和膨潤(rùn)力與原淀粉相比都有所降低,并且隨交聯(lián)度的增加,溶解度和膨潤(rùn)力呈下降趨勢(shì).因?yàn)榛瘜W(xué)交聯(lián)鍵增強(qiáng)淀粉顆粒間的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于氫鍵的強(qiáng)度,原淀粉在熱水中受熱糊化時(shí)氫鍵強(qiáng)度減弱,淀粉顆粒易吸水膨脹,并有少量溶解于水中,而交聯(lián)增加了淀粉分子的有序性,抑制淀粉顆粒膨脹,與水相互作用能力降低,并且交聯(lián)度越高,這種影響越大.

2.2.4 耐剪切性能

取原淀粉 (1號(hào):沉降積為 0 mL)和不同沉降積的 4個(gè)交聯(lián)淀粉樣品 (2～4號(hào)的沉降積分別為2.200、2.625、2.950、3.425 mL)進(jìn)行高速攪拌穩(wěn)定性測(cè)定,結(jié)果如圖 4所示.

圖4 不同交聯(lián)度樣品的耐剪切性能

從圖 4可以看出,交聯(lián)淀粉的交聯(lián)度越高,表觀黏度越低,但經(jīng)攪拌后表觀黏度降低越來(lái)越少,即高速攪拌穩(wěn)定性增強(qiáng),這是因?yàn)樵矸酆吼ざ仁芨咚贁嚢璁a(chǎn)生的剪切力的影響顯著降低,而交聯(lián)淀粉由于交聯(lián)鍵的存在使淀粉顆粒的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)更加牢固,增強(qiáng)了淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,黏度降低較小,同時(shí)這也表明淀粉糊為假塑性流體.

2.2.5 耐酸性能

取原淀粉 (1號(hào):沉降積為 0 mL)和不同沉降積的 4個(gè)交聯(lián)淀粉樣品 (2～4號(hào)的沉降積分別為2.200、2.625、2.950、3.425 mL)進(jìn)行耐酸性測(cè)定 ,結(jié)果如圖 5所示.

圖5 不同交聯(lián)度樣品的耐酸性

從圖 5可以看出,原淀粉對(duì)酸非常敏感,加酸之后黏度下降較大,而交聯(lián)淀粉加酸后黏度降低很小,并且交聯(lián)程度越高,黏度下降越小.這是因?yàn)樗釙?huì)加速淀粉顆粒的破裂,所以原淀粉的黏度會(huì)顯著下降,而交聯(lián)淀粉由于交聯(lián)鍵的存在,使淀粉分子的平均分子質(zhì)量增加,并加強(qiáng)了淀粉分子間的氫鍵,在一定程度上抑制淀粉顆粒破裂,所以其耐酸性有很大提高.

3 結(jié)論

1)通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),得到濕法制備三偏磷酸鈉交聯(lián)糯小麥淀粉的最適宜制備工藝條件為:反應(yīng)時(shí)間 4 h、pH值 9.75、溫度 45℃、交聯(lián)劑用量 9%,所制備交聯(lián)淀粉的沉降積為 2.200 mL.

2)與糯小麥原淀粉相比,經(jīng)三偏磷酸鈉交聯(lián)后其具有更好的凍融穩(wěn)定性、耐剪切性、耐酸性和一定程度的透明度、溶解度、膨潤(rùn)力,提高了淀粉的穩(wěn)定性.

致謝:本研究得到大科裝置 SSFR,NSRL的支持,在此一并致謝.

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PREPARATION AND PROPERTIESOF CROSS-L INKED WAXY-WHEAT STARCH

GUO Yan-yan,L IU Zhong-dong,YANG Shi-jie,ZHAN Xue-wang
(School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou450052,China)

Using waxy-wheat as the raw materials and sodium trimetaphosophate as the cross-linking agent,the paper studied the effects of reaction time,pH value,reaction temperature and the amount of the cross-linking agent on the cross-linking degree(sedimentation volume).On the basis of single factor experiments,we carried out the orthogonal experiment to determine the optimal preparation conditions:reaction ti me 4 hours,pH 9.75,temperature 45℃,and the amountof cross-linking agent 9%.The paper also studied the effects of the cross-linking degree on the property of starch paste. In comparison with the waxy-wheat starch,the crosslinked waxy-wheat starch had the advantages of good freeze-thaw stability,high acid resistance,high shearing resistance,and high transparency,solubility and swelling power,and the resistance to acid and shearing of the cross-linked starch was enhanced remarkably as the cross-linking degree was enhanced.

waxy-wheat starch;cross-linking;preparation;property

TS231

B

1673-2383(2011)01-0022-05

2010-09-05

國(guó)家自然科學(xué)基金 (31071606;11079019);國(guó)家 863項(xiàng)目(2007AA100401)

郭艷艷 (1983-),女,河南南陽(yáng)人,碩士研究生,研究方向?yàn)槭称窢I(yíng)養(yǎng)與功能性食品開(kāi)發(fā).

＊通信作者