木薯黃糊精制備條件的研究

李權(quán)書，黎 可，黃家滿, 朱彩麗，馬麗梅，劉群艷

（廣西農(nóng)墾明陽(yáng)生化集團(tuán)股份有限公司，非糧生物質(zhì)酶解國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530226）

木薯黃糊精制備條件的研究

李權(quán)書，黎 可，黃家滿, 朱彩麗，馬麗梅，劉群艷

（廣西農(nóng)墾明陽(yáng)生化集團(tuán)股份有限公司，非糧生物質(zhì)酶解國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530226）

本實(shí)驗(yàn)以木薯淀粉為原料，采用干熱法制備黃糊精淀粉。通過實(shí)驗(yàn)得知，當(dāng)體系含水量、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、pH值變化時(shí)，產(chǎn)品黏度及穩(wěn)定性有相應(yīng)的變化趨勢(shì)。

黃糊精；干熱法；含水量；時(shí)間；溫度；pH值；

與石油化工原料相比，淀粉作為化工原料具有價(jià)廉、可再生、易生物降解、綠色環(huán)保等突出特點(diǎn)。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，對(duì)淀粉性質(zhì)的要求也越來越苛刻，原淀粉的性質(zhì)已不適于很多領(lǐng)域。因此，有必要根據(jù)淀粉的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)進(jìn)行變性處理，使之能符合應(yīng)用要求[1]。

糊精是變性淀粉中的一個(gè)重要品種，是淀粉經(jīng)過不同方法降解的產(chǎn)物，因其具有水溶性、乳化性、分散性、粘附性及成膜性等優(yōu)良性能，在各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，被公認(rèn)為是安全、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的化工助劑。工業(yè)上生產(chǎn)的糊精主要有麥芽糊精、環(huán)狀糊精和熱裂解糊精三大類。利用干熱法使淀粉降解所得產(chǎn)物稱為熱裂解糊精，按變性程度分為白糊精、黃糊精、英國(guó)膠[2]。與傳統(tǒng)的工藝相比，利用干熱法生產(chǎn)糊精具有流程短、能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)便、反應(yīng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種節(jié)能、綠色的工藝，既能提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低成本、減少污染[3]。糊精的黏度是重要的理化指標(biāo)，關(guān)系到糊精的膠粘力、應(yīng)用操作與效果。糊精的黏度通常用熱黏度和冷黏度（即常溫黏度）來表示。黃糊精的黏度隨著轉(zhuǎn)化度的提高而逐漸下降，但是當(dāng)轉(zhuǎn)化作用使溶解度達(dá)100%時(shí)，黏度降低的速率減慢，最后降到一定值。不同品種的淀粉都能用來生產(chǎn)糊精，但在轉(zhuǎn)化難易、產(chǎn)品性質(zhì)方面存在差異，而木薯、馬鈴薯淀粉最易糊精化，且產(chǎn)品水溶液透明度、穩(wěn)定性都高。以木薯為原料，利用干熱法制成的黃糊精產(chǎn)品，黏度低，能溶成高濃度膠液，膠粘力強(qiáng)，粘合快，干燥快，在工業(yè)上用作膠粘劑具有很大的優(yōu)勢(shì)。

本文以木薯淀粉為原料，采用干熱法生產(chǎn)工藝制得黃糊精，以產(chǎn)品的黏度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，探討反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值與黃糊精黏度的變化關(guān)系，為制備穩(wěn)定性最佳的黃糊精淀粉提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備與材料

HH-S型恒溫水浴鍋，PHS-3C型pH計(jì)，101-2-SⅡ型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，SS250-A5型食品粉碎機(jī)，JJ600精密電子天平。玻璃杯，玻璃棒，DV-S數(shù)顯黏度計(jì)。

木薯原淀粉（自產(chǎn)，食品級(jí)），濃鹽酸、燒堿（市售分析純）。

1.2 反應(yīng)原理

糊精干法轉(zhuǎn)化過程中，淀粉發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，主要為水解反應(yīng)、苷鍵轉(zhuǎn)移作用和重聚反應(yīng)。

1）水解反應(yīng)。水解反應(yīng)主要發(fā)生在預(yù)干燥工序和糊精轉(zhuǎn)化階段。轉(zhuǎn)化水解階段，酸不斷催化淀粉中的α-1,4糖苷鍵和α-1,6糖苷鍵斷裂，使淀粉分子量不斷降低，也反映在苷鍵水解形成的還原性端基增加。水解反應(yīng)基本決定糊精產(chǎn)品的黏度，水解程度高則相對(duì)應(yīng)的淀粉黏度低，水解反應(yīng)的主要成分是較低分子低聚糖和葡萄糖。

2）苷鍵反應(yīng)。在受熱條件下α-1,4糖苷鍵會(huì)斷裂，產(chǎn)生糖苷鍵轉(zhuǎn)移，鄰近的游離羥基會(huì)與之再結(jié)合形成分支結(jié)構(gòu)。

3）重聚反應(yīng)。水解反應(yīng)產(chǎn)生的葡萄糖在酸的存在下，高溫時(shí)具有發(fā)生重聚和作用的能力。在水分存在下，重聚和作用與水解反應(yīng)相繼發(fā)生。

圖1 淀粉分子結(jié)構(gòu)圖

1.3 黃糊精的制備[4]

將濃鹽酸與水按一定的比例進(jìn)行稀釋，在常溫下將適量稀釋的鹽酸與淀粉在容器中混合均勻，常溫放置8h，再將淀粉置于50℃的烘箱中進(jìn)行預(yù)干燥，直至水分達(dá)到10%以下。將上述淀粉按反應(yīng)條件進(jìn)行糊精化反應(yīng)，再經(jīng)冷卻、中和等工序即得到黃糊精成品。工藝流程簡(jiǎn)圖見圖2。

圖2 黃糊精生產(chǎn)工藝流程圖

1.4 黃糊精黏度的測(cè)定

1.4.1 冷黏度的測(cè)定

控制室溫25℃，稱取150.0g樣品置于1000mL鐵杯中，加入350mL蒸餾水制成淀粉乳，使用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌淀粉乳，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速1300r·min-1，攪拌時(shí)間30min。將上述淀粉乳倒入500mL燒杯中，使用DV-S型黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，黏度計(jì)參數(shù)：3#轉(zhuǎn)子、30r·min-1轉(zhuǎn)速，讀取數(shù)值即為冷黏度。

1.4.2 熱黏度的測(cè)定

稱取150.0g樣品置于1000mL鐵杯中，加入350mL蒸餾水制成淀粉乳，將鐵杯置于沸水浴加熱，同時(shí)使用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌淀粉乳，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速300r·min-1，于90～95℃保溫30min。將上述淀粉乳倒入500mL燒杯中，冷卻至25℃，使用DV-S型黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，黏度計(jì)參數(shù)：3#轉(zhuǎn)子、30r·min-1轉(zhuǎn)速，讀取數(shù)值即為熱黏度。

常溫黏度與熱黏度的差值范圍為2000～ 3000mPa· s，差值越小越好。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

反應(yīng)溫度140℃，反應(yīng)時(shí)間150min，反應(yīng)pH=2.3，考察反應(yīng)體系含水量對(duì)黃糊精黏度的影響，結(jié)果見表1。

表1 黃糊精黏度隨體系含水量的變化

由表1可知，在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)含水量為4%時(shí)，得出的黃糊精常溫黏度與熱黏度的差值最小，穩(wěn)定性最好。隨著體系含水量增加，黃糊精的冷黏度隨之降低，說明糊精的水解程度逐漸加大。但是，隨著體系含水量增加，黃糊精的熱黏度呈先升高后降低的趨勢(shì)，含水量達(dá)到4%時(shí)，糊精的熱黏度最高，冷黏度與熱黏度的差值最小。這是因?yàn)轶w系含水量較低時(shí)，不利于酸催化劑在淀粉中擴(kuò)散、滲透及化學(xué)反應(yīng)，影響產(chǎn)品的均一性，淀粉的水解作用較??；當(dāng)含水量較高時(shí)，淀粉表面易形成膠化層，且由于表面水揮發(fā)速度較快，淀粉易結(jié)塊，同時(shí)也會(huì)加速副反應(yīng)，使淀粉糊化、發(fā)黏[5]。

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)黏度的影響

反應(yīng)體系含水量4%，反應(yīng)溫度150℃，反應(yīng)pH=2.3，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)糊精黏度的影響，結(jié)果見表2。

表2 黃糊精黏度隨反應(yīng)時(shí)間的變化

由表2可知，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間小于140min時(shí)，熱黏度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于140min時(shí)，熱黏度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，在反應(yīng)時(shí)間為140min時(shí)，熱黏度達(dá)到最大值，此時(shí)黃糊精的穩(wěn)定性最好。原因可能是隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，酸催化劑能更好地?cái)U(kuò)散滲透到淀粉中，糊精的含量增大，導(dǎo)致熱黏度升高，但當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于140min后，小分子的物質(zhì)重聚和，難溶物質(zhì)增加，糊精含量降低，導(dǎo)致熱黏度降低[6]。

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)黏度的影響

反應(yīng)體系的含水量4%，反應(yīng)時(shí)間140min，反應(yīng)pH=2.3，考察反應(yīng)溫度對(duì)糊精黏度的影響，結(jié)果見表3。

表3 黃糊精黏度隨反應(yīng)溫度的變化

由表3可知，糊精的熱黏度隨著溫度的升高呈先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)反應(yīng)溫度為150℃時(shí)，達(dá)到最大值。這可能是因?yàn)闇囟鹊纳?，有利于?1,4糖苷鍵與鄰近分子的游離羥基結(jié)合，發(fā)生轉(zhuǎn)苷反應(yīng)，分支結(jié)構(gòu)增大；溫度的升高也有利于淀粉水解和淀粉顆粒膨脹，使轉(zhuǎn)化作用增大，糊精含量增大，導(dǎo)致熱黏度升高。但溫度過高時(shí)，葡萄糖在酸存在下，具有聚合作用的能力，生成較大的分子，使得糊精的含量降低，熱黏度降低，而且當(dāng)溫度過高時(shí)，碳化物增多，所得產(chǎn)品的顏色為棕色。

2.4 反應(yīng)pH值對(duì)黏度的影響

點(diǎn)擊Editor(編輯器)工具條里的Attributes(屬性)可填寫判讀圖斑的屬性信息。其中PAN_DILEI為判讀地類，即2017年圖斑地類；YS_BHYY為疑似變化原因；BHQ_DILEI為變化前地類，即2016年圖斑地類；BEIZU為備注，根據(jù)需要填寫(圖15)。

反應(yīng)體系的含水量4%，反應(yīng)時(shí)間140min，反應(yīng)溫度150℃，考察反應(yīng)pH值對(duì)糊精黏度的影響，結(jié)果見表4。

表4 黃糊精黏度隨反應(yīng)pH值的變化

由表4可知，隨著反應(yīng)pH值，熱黏度不斷提高，當(dāng)反應(yīng)pH值達(dá)到2.3時(shí)，熱黏度最高。但當(dāng)pH值繼續(xù)時(shí)，熱黏度降低。說明鹽酸的催化作用對(duì)淀粉的糊精轉(zhuǎn)化存在著先促進(jìn)后抑制的作用，這可能是因?yàn)榉磻?yīng)體系中存在一定的酸催化劑，可使淀粉的顆粒膨脹，有利于酸催化劑滲透到淀粉顆粒中，從而顯著提高糊精含量，使得熱黏度升高。但當(dāng)鹽酸的含量過高，pH值過低時(shí)，過量的酸使淀粉水解成的小分子又重新聚合和復(fù)合，使不溶解物質(zhì)增多。同時(shí)，鹽酸的量過多時(shí)，會(huì)形成結(jié)塊，抑制水解反應(yīng)的進(jìn)行，而且產(chǎn)品的顏色很深。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，反應(yīng)pH值為2.3時(shí)最合適[6]。

3 結(jié)論

1）提高反應(yīng)體系的含水量，對(duì)糊精的水解反應(yīng)有利，能提高糊精的黏度值，但含水量過高，反而降低糊精的熱黏度值。

2）糊精的熱黏度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降的趨勢(shì)。

3）隨著溫度的升高，糊精的熱黏度值升高，達(dá)到一定值后，呈下降的趨勢(shì)。

4）降低反應(yīng)的pH值，能提高糊精的水解反應(yīng)，但達(dá)到一定值后則會(huì)有下降的趨勢(shì)，副反應(yīng)作用增加。

目前我國(guó)黃糊精的生產(chǎn)和應(yīng)用仍處于起步階段，品種較單一，質(zhì)量的穩(wěn)定性、產(chǎn)量與人均消費(fèi)量與國(guó)外存在較大的差距，因此，糊精的生產(chǎn)和應(yīng)用前景廣闊。

[1] 吳修利，薛冬樺，修利華，秦玉衛(wèi).干法制備白糊精工藝研究[J] .長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，29(1)：29-33.

[2] 張力田.變性淀粉(第2版) [M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，1999.

[3] 段春紅.糊精干法制備工藝及性質(zhì)研究[D] .泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

[4] 張燕萍.變性淀粉制造與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[5] 李培鳳，李曉琳，付榮，等.玉米白糊精的干法制備及理化特性研究[J].糧油食品科技，2013，21(2)：53.

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[7] 羅發(fā)興，黃強(qiáng)，楊連生.淀粉基膠黏劑的研究進(jìn)展[J].化學(xué)與粘合，2003(2)：78.

Preparation Conditions Study of Yellow dextrin with Cassava Starch

LI Quanshu，Li Ke，Huang Jiamian，Zhu Caili，Ma Limei，Liu Qunyan
(Guangxi State Farms Mingyang Biochemical Group, INC., State Key Lab of Non-grains Biomass and Enzyme Technology, Nanning 530226, China)

Yellow dextrin was prepared with cassava starch as raw material by dry heating method. The results showed that water content, reaction temperature, reaction time and pH strongly influenced the viscosity and stability of the products.

yellow dextrin; dry heating; water content; time; temperature; pH

TS 236.9

A

1671-9905(2017)08-0005-03

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目（桂科能1598020-1）；廣西高等學(xué)校高水平創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)及卓越學(xué)者計(jì)劃項(xiàng)目；廣西培養(yǎng)新世紀(jì)學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目

李權(quán)書(1975-)，男，廣西博白人，本科，工程師，主要從事淀粉衍生物的工藝技術(shù)研究和生產(chǎn)管理工作

朱彩麗 (1986-)，女，廣西北海人，本科，助理工程師，主要從事淀粉衍生物的工藝技術(shù)研究、技術(shù)應(yīng)用、生產(chǎn)管理工作。電話：4219290，15578320579，E-mail：282581669@qq.com

2017-05-11