馬鈴薯酸解氧化淀粉的加工工藝研究

曹效海， 呼小鵬

(青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海西寧 810016)

馬鈴薯酸解氧化淀粉的加工工藝研究

曹效海， 呼小鵬

(青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海西寧 810016)

以馬鈴薯淀粉為原料，研究酸解氧化淀粉的加工工藝，采用正交試驗(yàn)確定了制備馬鈴薯酸解氧化淀粉的優(yōu)化工藝條件.結(jié)果表明，在溫度為55℃，鹽酸濃度為0.5 mol/L，過硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%，反應(yīng)時(shí)間為50 min的條件下制得的馬鈴薯酸解氧化淀粉的黏度最低，抗凝沉性較好.

馬鈴薯;酸解;氧化淀粉

變性淀粉研究生產(chǎn)已有100多年歷史，近三十年來，得到快速發(fā)展，目前已生產(chǎn)了近三千種淀粉衍生物，年產(chǎn)量約300萬噸.中國從20世紀(jì)80年代開始注意和重視變性淀粉的研究.發(fā)展到目前已有一百多種，一些產(chǎn)品出口，如糊精及其他改性淀粉，但與國外相比，出口量及品種差距仍很大.因此，國內(nèi)變性淀粉的生產(chǎn)和發(fā)展前景廣闊［1－2］.

酸變性淀粉是用酸處理一般淀粉乳使之改性的變性淀粉，屬于可溶性淀粉.用酸處理后的淀粉，凝膠性增強(qiáng)，凝膠強(qiáng)度增高，冷黏度與熱黏度比值增大［3－5］.

氧化變性淀粉是用氧化劑處理一般淀粉乳使之改性的變性淀粉.氧化淀粉可使淀粉糊化溫度降低，熱糊黏度變小而熱穩(wěn)定性增加，產(chǎn)品顏色潔白，糊透明，成膜性好，抗凍融性好，是低黏度高濃度的增稠劑等［6］.

酸解氧化淀粉較天然淀粉性能有了很大改進(jìn)，可以更廣泛地應(yīng)用于食品，醫(yī)藥，紡織，造紙，冶金，石油等領(lǐng)域［7－8］.氧化淀粉經(jīng)過物理和化學(xué)改性，黏合劑的初黏力、干燥速度、穩(wěn)定性等都較普通淀粉黏合劑有了明顯的改善，可以滿足各類需求.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料及輔料

青海省西寧市售馬鈴薯，過硫酸銨、鹽酸.

1.1.2 主要儀器設(shè)備

粉碎機(jī)、電熱鼓風(fēng)干燥箱、電子天平、水浴鍋、Brabender糊化儀、黏度儀.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 馬鈴薯酸解氧化變性淀粉的制備方法

工藝簡介:

1)調(diào)制淀粉乳:準(zhǔn)確稱取100 g馬鈴薯淀粉，置于250 mL燒杯中，攪拌下加入120 mL水，拌勻.

2)酸解和氧化:在水浴中，使淀粉乳溫度升到37～38℃，加入 150 mL 一定濃度(0.4，0.5，0.6 mol/L)的鹽酸和一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2.0%，2.5%，3.0%)的過硫酸銨，繼續(xù)升溫至所需的溫度(55，60，65 ℃)，反應(yīng)一定時(shí)間(50，60，70 min)即可.

3)中和:用Na2CO3溶液中和殘余酸，到pH值6.0左右.

4)洗滌、脫水、干燥:用水充分稀釋至pH值接近7.0為準(zhǔn)，再脫水，所得濕變性淀粉干燥，在80℃下烘干，使含水量降至12%以下，粉碎，即制得干變性淀粉.

1.2.2 馬鈴薯酸解氧化變性淀粉性質(zhì)的測定

1)黏度的測定.稱取一定量的樣品，加入Brabender糊化儀的回轉(zhuǎn)杯中，加入100 mL蒸餾水，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的淀粉乳，設(shè)置扭矩為700 cm·g，回轉(zhuǎn)杯的轉(zhuǎn)速為250 r/min，淀粉乳從30℃開始升溫，以3.0℃/min速度升溫至95℃，保溫30 min后，以3.0℃/min的速度降溫，至50℃，保溫30 min，在整個(gè)過程中連續(xù)記錄淀粉乳或淀粉糊黏度的變化，得到Brabender黏度曲線.以黏度最高時(shí)的黏度值作為該淀粉的黏度［9－10］.

2)沉降體積的測定［11］.將100 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%(干基)的淀粉乳在沸水浴中煮沸15 min，將體積調(diào)整到初始的100 mL，靜置24 h后，沉降物所占的體積即為沉降體積.

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1)反應(yīng)時(shí)間對淀粉特性的影響實(shí)驗(yàn).在其他反應(yīng)條件相同情況下，用不同的反應(yīng)時(shí)間(25，50，75，90，120 min)制備變性淀粉，測定其黏度和沉降體積.

2)鹽酸濃度對淀粉特性的影響實(shí)驗(yàn).在其他反應(yīng)條件相同情況下，用不同的鹽酸濃度(0.25，0.5，0.75，1 mol/L)制備變性淀粉，測定其黏度和沉降體積.

3)反應(yīng)溫度對淀粉特性的影響實(shí)驗(yàn).在其他反應(yīng)條件相同情況下，在不同的反應(yīng)溫度(50，55，60，65℃)制備變性淀粉，測定其黏度和沉降體積.

4)過硫酸銨的用量對淀粉特性的影響實(shí)驗(yàn).在其他反應(yīng)條件相同，不同的過硫酸銨用量(0，1.5%，2.5%，3.5%，4.5%)的條件下制備變性淀粉，測定黏度和沉降體積.

1.2.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案(表1)，以淀粉黏度為指標(biāo)，確定加工馬鈴薯酸解氧化變性淀粉的優(yōu)化反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、鹽酸濃度以及過硫酸銨的添加量(%，占淀粉干基).

表1 正交試驗(yàn)因素水平表L9(34)Tab.1 Factors and levels of orthogonal design L9(34)

2 結(jié)果與分析

2.1 反應(yīng)時(shí)間對淀粉特性的影響

不同反應(yīng)時(shí)間對淀粉特性的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2.從圖1可以看出，在其他因素不變的情況下，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，淀粉的黏度在50 min左右下降得很快，75 min以后，黏度值下降緩慢，繼續(xù)延長反應(yīng)時(shí)間，黏度值幾乎不再下降.同時(shí)，從圖2可以看出，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，淀粉沉降體積有所增加，開始增加較快，而后趨于平緩.

圖1 反應(yīng)時(shí)間對淀粉黏度的影響Fig.1 Effect of reaction time on viscosity of starch

圖2 反應(yīng)時(shí)間對淀粉氧化的影響Fig.2 Effect of reaction time on oxidation of starch

2.2 鹽酸濃度對淀粉特性的影響

鹽酸濃度對淀粉黏度和氧化特性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3、圖4.從圖3可以看出，在其他因素不變的情況下，隨著鹽酸濃度增加，淀粉的黏度在0.50 mol/L左右下降得很快，當(dāng)鹽酸濃度達(dá)到0.75 mol/L以后，繼續(xù)加大鹽酸濃度，黏度值下降非常緩慢.同時(shí)，如圖4，隨著鹽酸濃度的增加，淀粉沉降體積有所增加，且在0.6 mol/L左右增加較快.

圖3 鹽酸濃度對淀粉黏度的影響Fig.3 Effect of concentration of hydrochloric acid on viscosity of starch

2.3 反應(yīng)溫度對淀粉特性的影響

不同反應(yīng)溫度對淀粉特性影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5、圖6.從圖5可以看出，在其他因素不變的情況下，隨著反應(yīng)溫度增加，淀粉黏度在50～60℃下降得很快，當(dāng)溫度達(dá)到60℃以后，繼續(xù)升高反應(yīng)溫度，黏度值下降緩慢.同時(shí)，如圖6，隨著溫度的升高，淀粉沉降體積有所增加，而且隨著溫度增高，沉降體積增加得越快，這主要是由于過硫酸銨在溫度較高時(shí)分解速率加快引起的.

圖4 鹽酸濃度對淀粉氧化的影響Fig.4 Effect of concentration of hydrochloric acid on oxidation of starch

圖5 反應(yīng)溫度對淀粉黏度的影響Fig.5 Effect of reachtion temperature on viscosity of starch

圖6 反應(yīng)溫度對淀粉氧化的影響Fig.6 Effect of reaction temperature on oxidation of starch

2.4 過硫酸銨用量對淀粉特性的影響

圖7、圖8為不同過硫酸銨用量對淀粉特性影響的結(jié)果.從圖7可以看出，在其他因素不變的情況下，隨著過硫酸銨用量的增加，淀粉的黏度緩慢下降.同時(shí)，如圖8，隨著過硫酸銨用量的增加，淀粉沉降體積呈直線上升.

圖7 過硫酸銨的用量對淀粉黏度的影響Fig.7 Effect of amount of usage about ammonium peroxydisulfate on viscosity of starch

2.5 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2.通過對表2分析，由極差大小可知，在實(shí)驗(yàn)因素的水平范圍內(nèi)，影響馬鈴薯酸解氧化淀粉黏度的主要因素主次關(guān)系為鹽酸濃度＞反應(yīng)溫度＞反應(yīng)時(shí)間＞過硫酸銨用量，即鹽酸濃度對馬鈴薯酸解氧化淀粉的黏度影響最大，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間次之，過硫酸銨的用量對其影響不大.各因素的優(yōu)選組合為A1B2C2D3，即反應(yīng)時(shí)間為50 min，反應(yīng)溫度為55℃，鹽酸濃度為0.5 mol/L，過硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%.

圖8 過硫酸銨用量對淀粉氧化的影響Fig.8 Effect of amount of usage about ammonium peroxydisulfate on oxidation of starch

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Result of orthogonal design

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

1)本實(shí)驗(yàn)中，氫離子濃度對過硫酸銨在水溶液中的熱分解反應(yīng)有催化作用.當(dāng)氫離子濃度較大時(shí)，過硫酸銨分解較快，能產(chǎn)生較多的活性氧;而活性氧具有強(qiáng)氧化性，可使淀粉糖苷健發(fā)生斷裂，并能使淀粉分子上的基團(tuán)發(fā)生氧化.因此，理論上，過硫酸銨在酸性條件下能對淀粉起到較好的氧化作用.

2)在酸轉(zhuǎn)化過程中，酸水解苷鍵縮短了淀粉鏈的長度.根據(jù)對酸變性過程的玉米淀粉的直鏈組分及支鏈組分的檢測酸變性顆粒狀淀粉研究，證明酸轉(zhuǎn)化對淀粉顆粒的作用可分為兩個(gè)階段，最初迅速水解支鏈淀粉的非結(jié)晶區(qū)，接著緩慢地作用于結(jié)晶區(qū)中的直鏈和支鏈兩個(gè)組分.

3)酸變性對淀粉性質(zhì)的影響.

熱糊黏度:淀粉糊的黏度主要與淀粉物質(zhì)水溶液(連續(xù)液相)中的溶脹淀粉粒和淀粉粒碎片懸浮體(不連續(xù)凝膠相)有關(guān).酸變性淀粉比原淀粉在熱水中的溶解度大，且有較低的熱糊黏度，這是由于連續(xù)相對不連續(xù)相的比例較大之故.冷糊對熱糊黏度的比例:膠凝能力和冷糊對熱糊黏度之比隨著酸液處理時(shí)間的減少而增加.這可能是由于無定形結(jié)構(gòu)優(yōu)先被破壞，或中和鹽的數(shù)量較高所致.酸變性淀粉的凝膠強(qiáng)度對熱糊黏度的比值比原淀粉的大.

淀粉的酸催化水解作用，可能發(fā)生在分支點(diǎn)和直線段上.這樣可減少分化度和增加直線段百分率，可能對酸變性淀粉膠凝能力的提高起作用.

酸變性淀粉還原值:低于75流度時(shí)，還原值基本上與原淀粉相同;超過75流度時(shí)，還原值增大.

滲透壓、碘親合性及膜強(qiáng)度:直到70流度，酸變性淀粉與碘的親合性變化不大，而在同樣范圍內(nèi)，淀粉的數(shù)均聚合度(DPn)從470降至190.由此推測，酸優(yōu)先作用于支鏈部分，淀粉的酸變性對抗張強(qiáng)度沒有較大影響.

3.2 結(jié)論

1)以馬鈴薯淀粉為原料，鹽酸為酸解催化劑，過硫酸銨作為氧化劑，可在較短時(shí)間里得到黏度較低并具有一定氧化程度的酸解氧化淀粉.在制備過程中，酸解和氧化同時(shí)進(jìn)行，可以縮短反應(yīng)時(shí)間，提高反應(yīng)效率.

2)利用酸解工藝可以得到質(zhì)量較好的改性淀粉.酸解氧化淀粉是一類性質(zhì)比較特殊的變性淀粉，在一定程度上克服了酸解淀粉的缺陷.

3)通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)，確定了制備馬鈴薯酸解氧化淀粉的優(yōu)化工藝條件為，反應(yīng)時(shí)間50 min，反應(yīng)溫度55℃，鹽酸濃度0.5 mol/L，過硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%.

［1］劉亞東，金征宇.變性淀粉在我國應(yīng)用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析［J］.糧食與油脂，2005(10):7－10.

［2］唐洪波，馬冰潔.乙?；峤鈴?fù)合變性淀粉的制備及性能研究［J］.食品科學(xué)，2007，28(1):47－50.

［3］容元平，劉昭明，李克林，等.酸變性淀粉降耗研究［J］.廣西大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2001，26(4):295－297.

［4］陸雪良，殷黎萍.酸變性微孔淀粉的制備工藝研究［J］.常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，19(6):46－49.

［5］張雯，張盛貴，張會翔，等.馬鈴薯氧化淀粉的工藝優(yōu)化［J］.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，43(4):131－134.

［6］李兆豐，顧正彪.酸解氧化變性淀粉的制備及其性質(zhì)研究［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，21(2):14－17.

［7］劉亞偉.淀粉基食品添加劑［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［8］王秀艷，朱文倉，王彪.氧化淀粉研究的新進(jìn)展［J］.粘接，2004，25(3):35－38.

［9］羅勤貴.變性淀粉的生產(chǎn)與應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.糧食加工，2006，31(6):50 －53.

［10］郝曉敏，谷長生，宋文東，等.酸水解制備變性紅薯淀粉的工藝及性質(zhì)研究［J］.糧油食品科技，2008，16(2):44－46.

［11］王良東，顧正彪.小麥B淀粉的性質(zhì)［J］.無錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22(6):5 －8.

(責(zé)任編輯:葉紅波)

Study on Production Technology of Acid-Thinned and Oxidized Potato Starch

CAO Xiao-hai，HU Xiao-peng
(College of Agriculture and Animal Husbandry，Qinghai University，Xining 810016，China)

The production technology of acid-thinned and oxidized potato starch were studied in this paper.The production conditions were optimized using orthogonal design.The optimum conditions were as follows:temperature of 55℃，hydrochloric acid concentration of 0.5 mol/L，ammonium persulfate of 3.0%and response time of 50 min.The acid-thinned and oxidized potato starch under the conditions showed the minimum viscosity and good anti-precipitability property.

potato;acidolysis;oxidize starch

TS235.2

A

1671-1513(2011)04-0046-04

2011－04－26

曹效海，男，教授，主要從事食品科學(xué)與工程方面的教學(xué)與科研工作.