微波法制備馬鈴薯淀粉的研究進(jìn)展綜述

段鈺雪，李佳琪，蔣 鑫，張佳艷

(廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院食品與化學(xué)工程系，廣西 柳州 545000)

微波法制備馬鈴薯淀粉的研究進(jìn)展綜述

段鈺雪，李佳琪，蔣 鑫，張佳艷

(廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院食品與化學(xué)工程系，廣西 柳州 545000)

氧化后的淀粉會產(chǎn)生諸多原淀粉不具備的優(yōu)點(diǎn)。然而，不同的氧化工藝使氧化淀粉的理化性質(zhì)發(fā)生不同的改變，使其具有黏合性、成膜性等有利于工業(yè)生產(chǎn)的性質(zhì)特點(diǎn)。目前，我國的生產(chǎn)技術(shù)水平仍停留在通過傳統(tǒng)濕法制備的基礎(chǔ)上，存在水資源浪費(fèi)、污水排放嚴(yán)重、制造成本過高而盈利低的問題。與國外制備馬鈴薯氧化淀粉常用微波法、超聲波法等干法制備相比較，我國還有待學(xué)習(xí)與提高。其中用微波法可以大大提高反應(yīng)效率，降低能耗，達(dá)到事半功倍的效果。本文嘗試從微波法制備馬鈴薯氧化淀粉的工藝和理化性質(zhì)進(jìn)行綜述性探討。

微波法；馬鈴薯氧化淀粉；研究進(jìn)展

1 馬鈴薯氧化淀粉概述

馬鈴薯在我國種植面廣，加工歷史較長，用途多，利用廣，工業(yè)鏈條長，增產(chǎn)增收能力大。并且其營養(yǎng)豐富，有“地下蘋果”和“第二面包”的美稱[1]。從淀粉含量高低和經(jīng)濟(jì)作用來看，馬鈴薯淀粉與其他各類淀粉相比，其顆粒粒徑大，糊化溫度不用太高，透明度好，黏度高，成膜性好，其衍生物也都具備這些性質(zhì)，所以適合深加工為變性淀粉[2]。氧化淀粉是淀粉在酸、堿或中性介質(zhì)中與氧化劑反應(yīng)，氧化所得的產(chǎn)物，是變性淀粉中的一種[3]。分子中的羥基轉(zhuǎn)化成羧基和羰基，同時(shí)淀粉分子中的-1,4糖苷鍵和-1,6糖苷鍵被破壞，分子形狀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，決定性質(zhì)的不同[4,5]。進(jìn)入20世紀(jì)后，有眾多國家的研究者在不同領(lǐng)域?qū)ρ趸矸圻M(jìn)行了各項(xiàng)研究。對淀粉原料、氧化劑種類、處理?xiàng)l件及應(yīng)用目的等方面作了詳細(xì)探討。

2 微波法及其制備工藝

2.1 微波法

在用微波法制備馬鈴薯氧化淀粉時(shí)，主要利用微波將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生熱效應(yīng)，使淀粉乳在較短的時(shí)間內(nèi)加熱到糊化溫度。這樣可以減少水資源的浪費(fèi)和提高制備效率，最重要的是采用微波法更易控制時(shí)間、溫度、功率等。通過對這些變量的分析，可以得到一個(gè)最佳制備馬鈴薯變性淀粉的工藝要求。

2.2 微波法制備工藝

稱取一定量的馬鈴薯原淀粉，加入去離子水制成不同濃度的淀粉乳。將淀粉乳放入恒溫磁力攪拌器中用 0.5 mol/L NaOH 調(diào)節(jié)pH到指定的值，加入不同有效氯用量的次氯酸鈉，以3 s/d的速度緩慢持續(xù)加至淀粉乳中，其間保持一定的溫度。放入微波儀中反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后用1 mol/ L HCl調(diào)節(jié)pH為7。用布氏漏斗抽濾，并用去離子水沖洗7次，用碘化鉀試紙查看流出的水是否含有氯離子(試紙為乳白色)，置于50℃的烘箱中干燥24 h。24 h后粉碎并置于干燥器中備用。

試驗(yàn)變量設(shè)為淀粉乳濃度，次氯酸鈉的添加量、pH值、溫度，微波功率。對氧化淀粉的羰基和羧基含量進(jìn)行測定?？梢愿鶕?jù)前期單因素試驗(yàn)結(jié)果將次氯酸鈉、溫度、pH值三個(gè)因素作為試驗(yàn)因素，進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，確定最優(yōu)質(zhì)制備反應(yīng)條件。

3 微波法馬鈴薯氧化淀粉的理化性質(zhì)

3.1 有效氯濃度對羧基含量的影響

氧化劑用量是決定產(chǎn)品羧基含量的主要因素。安莉莉[6]發(fā)現(xiàn)加入的氧化劑越多，所得到的氧化淀粉羧基含量越高。超聲和微波可有效應(yīng)用于淀粉改性中。吳迪[7]的實(shí)驗(yàn)將馬鈴薯淀粉改為木薯淀粉，對其氧化后的羧基、羰基含量、凍融穩(wěn)定性等性質(zhì)做了大量的研究，發(fā)現(xiàn)利用微波法添加6.1%的次氯酸鈉，得到的木薯氧化淀粉羧基含量最高。吳迪[7]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著添加的次氯酸鈉濃度不斷上升，羧基含量呈拋物線的形狀，達(dá)到最大值之后會很快下降。通過這個(gè)結(jié)果推斷，在添加氧化劑時(shí)，隨著添加量的增加，有更多的原淀粉被氧化，但達(dá)到一個(gè)最大值，即所有淀粉都被反應(yīng)時(shí)，再添加氧化劑就會對反應(yīng)起到阻礙的作用。因?yàn)檫^多的氧化劑使淀粉乳糊化溫度降低，黏度上升，較大程度影響了氧化效率和反應(yīng)的進(jìn)行。

3.2 溫度對羧基含量的影響

吳迪[7]將溫度作為單變量，從40℃開始每次調(diào)高5℃直至60℃，并且固定氧化劑添加量、淀粉乳濃度、pH值、反應(yīng)時(shí)間，微波功率，發(fā)現(xiàn)羧基含量同樣呈拋物線的發(fā)展趨勢，溫度為 55℃時(shí)有個(gè)最大值，隨后羧基含量緩慢下降。根據(jù)布朗運(yùn)動可以得知，較高溫度可以加快分子間的無規(guī)則運(yùn)動，同時(shí)較高的溫度可以使淀粉分子迅速膨脹，氧化劑更容易進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，提高反應(yīng)效率。但當(dāng)溫度超過最大值時(shí)，淀粉乳會在高溫下糊化、變熟，黏度急劇上升，趨向于漿糊的形狀，使反應(yīng)變得緩慢。所以通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)找到最佳反應(yīng)溫度，是得到制作馬鈴薯氧化淀粉最佳工藝的關(guān)鍵。

3.3 pH值對羥基含量的影響

通過調(diào)節(jié)pH 值來控制馬鈴薯淀粉反應(yīng)環(huán)境的酸堿性，從而探討在酸性、堿性或中性環(huán)境中羥基含量的變化情況。當(dāng)用次氯酸鈉作為氧化劑在酸性環(huán)境中反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的氯氣會嚴(yán)重阻礙氧化進(jìn)行；在中性環(huán)境中會反應(yīng)生成酮基；只有在堿性環(huán)境中，有利于羧基生成。但研究發(fā)現(xiàn)當(dāng) pH 值大于 8 時(shí)，淀粉乳中產(chǎn)生很多次氯酸根離子，與帶負(fù)電荷的物質(zhì)之間發(fā)生排斥現(xiàn)象，導(dǎo)致反應(yīng)進(jìn)行艱難，最終羧基含量降低。

4 馬鈴薯氧化淀粉及高羧基氧化淀粉的應(yīng)用

4.1 馬鈴薯氧化淀粉的應(yīng)用

氧化后得到的馬鈴薯淀粉性質(zhì)發(fā)生改變，具有易糊化、穩(wěn)定性強(qiáng)、流動性高等特點(diǎn)，生產(chǎn)后可利用到各行各業(yè)中。食品工業(yè)中，氧化淀粉穩(wěn)定性強(qiáng)，可以作為食品添加劑，增加食品黏稠度與穩(wěn)定性，可代替CMC、瓊脂等增稠劑，制造酸奶果凍和軟糖類食品。紡織工業(yè)中，利用馬鈴薯氧化淀粉易糊化、流動性好、穩(wěn)定性好、易于滲入纖維內(nèi)部、與化學(xué)漿料的共溶性好等特點(diǎn)，可以作為上漿劑，也可以填補(bǔ)在布料的縫隙處，增加布料的牢度與柔軟性。

4.2 高羧基氧化淀粉的應(yīng)用

高羧基氧化淀粉是食品等行業(yè)中的增稠劑，也可以除去污水中的部分金屬離子。不同羧基含量的氧化淀粉有著不同的應(yīng)用，羧基含量高的氧化淀粉黏度高，可以作為膠黏劑使用。不同的氧化過程直接影響氧化淀粉的結(jié)構(gòu)和性能。試驗(yàn)可采用熱糊滴定、配位滴定、醋酸鈣法3種方法測定淀粉氧化完成時(shí)的羧基含量，相對偏差平均值分別為 0.18%、1.60%和 0.91%， 測定時(shí)間分別為 90 min、70 min和 85 min[8]。

為了制備出高羧基含量的氧化淀粉，丁龍龍等人從糊化溫度、催化劑用量、氧化劑用量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度5個(gè)因素進(jìn)行研究，研究結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同氧化條件下氧化淀粉的羧基質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.1 Carboxyl content of oxidized starch under different oxidation conditions

5 結(jié)語

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對馬鈴薯氧化淀粉的研究日益深入，一些實(shí)驗(yàn)也說明馬鈴薯氧化淀粉具有優(yōu)于原淀粉的加工特性，并在食品等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)根據(jù)馬鈴薯原淀粉的特點(diǎn)以及不同氧化劑氧化淀粉的規(guī)律，通過實(shí)驗(yàn)得到最佳工藝流程，優(yōu)化制備工藝條件，嚴(yán)格控制氧化度，生產(chǎn)出符合要求、合格的適用于各種食品或者更多領(lǐng)域的氧化淀粉。

[1] 楊家順譯.淀粉的化學(xué)與工藝[M].北京: 中國食品出版社，1987.

[2] 陳永勝，李新華，旨曉秀，等.玉米氧化淀粉的制備及性能研究[J].內(nèi)蒙古學(xué)報(bào)，2003，(06): 511-513.

[3] 張濤，李文哲.馬鈴薯淀粉應(yīng)用研究[J].廣西輕工業(yè)，2009，(05):8-9.

[4] 于天峰，夏平.馬鈴薯淀粉特性及其利用研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，(01):55-58.

[5] 劉冠軍，董海州，文化.氧化淀粉新工藝制備和應(yīng)用[J].糧食加工，2006，(01)44-46.

[6] 安莉莉.物理場作用下木馨淀粉氧化交聯(lián)及結(jié)構(gòu)表征[D].天津:天津科技大學(xué)，2015.

[7] 吳迪.微波法對氧化和陽離子化兩性木薯淀粉特性的影響[D].河南:河南工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，2013.

[8] 陳瀟晶，程芳琴.氧化淀粉羧基含量的分析方法研究[J].山西化工，2010，30(06):1-2.

Review on the development of potato starch prepared by microwave method

DUAN Yu-xue, LI Jia-qi, JIANG Xin, ZHANG Jia-yan

(Department of Food and Chemical Engineering, Lushan College, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545000, China)

Starch after oxidation will acquire many advantages the original starch does not have. However, different oxidation processes will change the physical and chemical properties of oxidized starch, which will make oxidized starch having characteristics of bonding and film-forming property conductive to industrial production. At present, China’s production technology level is still on traditional wet preparation, there are problems in waste of water resources, serious sewage discharge, and high manufacturing costs with low profit. Compared with the conventional preparation of potato starch oxidized starch microwave method, ultrasonic method and other dry method, China has yet to be studied and improved. Microwave method can greatly improve the reaction efficiency and reduce energy consumption, so as to achieve a multiplier effect. This paper attempts to make a discussion from the process and physicochemical properties of potato starch with microwave preparation method.

Microwave method; Potato oxidation starch; Research progress

2017-04-17

廣西壯族自治區(qū)高等學(xué)校科學(xué)研究項(xiàng)目(KY2015YB519)；廣西大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(201513639015，201713639058)

段鈺雪(1995-)，女，本科在讀學(xué)生。

張佳艷(1986-)，女，碩士，講師。

TS236.9

A

1674-8646(2017)12-0175-02