交聯(lián)酯化淀粉制備工藝的研究

摘要：本研究以交聯(lián)玉米淀粉為原料，利用響應(yīng)面分析方法確定了以醋酸酐為酯化劑的玉米淀粉酯化的最佳工藝條件。

關(guān)鍵詞：玉米淀粉；酯化；制備工藝

中圖分類號(hào)：TS23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1674-0432（2013）-22-20-2

酯化淀粉是指淀粉羥基被無機(jī)酸及有機(jī)酸酯化而得到的產(chǎn)品，故酯化淀粉可分為淀粉無機(jī)酸酯和淀粉有機(jī)酸酯兩大類。淀粉無機(jī)酸酯有淀粉磷酸酯、淀粉硝酸酯等。淀粉有機(jī)酸酯目前在工業(yè)上應(yīng)用比較廣泛的有淀粉醋酸酯、淀粉順丁烯二酸酯等。與酸酐類的酯化反應(yīng)是將淀粉懸浮在有機(jī)溶劑介質(zhì)中，加入脂肪酸酐進(jìn)行酯化反應(yīng)，同時(shí)加入吡啶等堿性有機(jī)溶劑或無機(jī)堿溶液來維持反應(yīng)的pH值。酯化反應(yīng)一段時(shí)間后，中和，洗滌，干燥即得成品。

響應(yīng)面分析法（Response Surface Methodology，RSM）是一種優(yōu)化反應(yīng)條件和加工工藝參數(shù)的有效方法[1]。它與正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法相比，具有試驗(yàn)周期短，求得的回歸方程精度高，能研究幾個(gè)因素間交互作用等優(yōu)點(diǎn)[2，3]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米、市購三偏磷酸鈉、氫氧化鈉、鹽酸、乙酰酸酐，均為分析純。

1.2 主要儀器及設(shè)備

GB1302電子精密天平、LXJ-Ⅱ型離心沉降機(jī)、HZS-HA水浴振蕩器、101A-2E電熱鼓風(fēng)干燥箱、BS210S型電子天平、85-2 型恒溫磁力攪拌器、電子恒溫水浴鍋、CT15RT 型高速冷凍離心機(jī)、酸度計(jì) PHS-25型。

1.3 工藝流程

1.4 響應(yīng)面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取pH（A）、溫度（B）、時(shí)間（C）、交聯(lián)劑用量（D）作為考察變量，沉降積（Y）為響應(yīng)值，利用響應(yīng)曲面分析法優(yōu)化交聯(lián)淀粉提取工藝[4]。試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平見 醋酸酐用量增加時(shí)DS值上升，產(chǎn)物的性能大為改善，用量過小DS值停滯不前，且不能幫助產(chǎn)品改善性能，因此醋酸酐用量為10%較適宜。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 模型的建立與顯著性檢驗(yàn)

本試驗(yàn)共有29個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中1～24號(hào)為析因試驗(yàn)，25～29號(hào)為中心試驗(yàn)，其中析因點(diǎn)為自變量取值在A、B、C、D所構(gòu)成的四維定點(diǎn)，零點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹行狞c(diǎn)，零點(diǎn)試驗(yàn)重復(fù)5次，以估計(jì)試驗(yàn)誤差。試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

利用響應(yīng)面7.0軟件對(duì)表2結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可建立如下二次回歸方程：Y=+0.047+2.492E-003×A+2.975E-003×B+3.425E-003×C+3.358E-003×D-2.075E-003×A×B-5.000E-005×A×C-2.000E-003×A×D-2.750E-004×B×C-4.750E-004×B×D-8.000E-004×C×D-4.900E-003×A2-4.875E-003×B2-5.725E-003×C2-5.325E-003×D2，其中二次多項(xiàng)式的相關(guān)系數(shù)R2=98.81%，R2Adj=97.62%，R2Pred=93.13%。R2Pred的值與R2Adj的值在一致性上是合理的。所以此模型能被用來指導(dǎo)設(shè)計(jì)響應(yīng)面。

對(duì)二次回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。從表3可知，回歸模型達(dá)到極顯著水平（P <0.01），而誤差項(xiàng)不顯著，說明回歸方程與實(shí)際情況吻合得較好，試驗(yàn)誤差小。因此可用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

2.3.2 各因素的交互作用對(duì)取代度的響應(yīng)面分析

為了考察交互項(xiàng)對(duì)沉降積的影響，在兩個(gè)因素條件固定不變的情況下，考察交互項(xiàng)對(duì)取代度的影響[5，6]，對(duì)模型進(jìn)行降維分析。經(jīng)響應(yīng)面7.0軟件分析，所得響應(yīng)面及其等高線見下圖。

從表3中可知，兩因素交互作用由大到小為：反應(yīng)溫度和pH、pH和醋酸酐用量、反應(yīng)時(shí)間和醋酸酐用量、反應(yīng)溫度和醋酸酐用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間和pH。

3 結(jié)論

以交聯(lián)淀粉為原料，進(jìn)行交聯(lián)酯化淀粉的制備工藝的研究，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際可操作性得出較優(yōu)工藝條件為pH為10.00、反應(yīng)溫度50 ℃、反應(yīng)時(shí)間2.6小時(shí)、交聯(lián)劑用量10%。該條件下的試驗(yàn)結(jié)果測得取代度為0.0480。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊文雄， 高彥祥. 響應(yīng)面法及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 中國食品添加劑， 2005（2）： 68-71.

[2] 李亞娜， 林永成， 佘志剛. 響應(yīng)面分析法優(yōu)化羊棲菜多糖的提取工藝[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2004， 32（11）： 29-31.

[3] 劉洋， 趙謀明， 楊寧. 響應(yīng)面分析法優(yōu)化仙人掌多糖提取工藝的研究[J]. 食品與機(jī)械， 2006， 22（6）： 42-45.

[4] OZKAL S G， YENER M E， BAYINDIRLI L. Response surfaces of apricot kernel oil yield in supercritical carbon dioxide[J]. Food Science and Technology， 2005， 38（6）： 611-616.

[5] 楊文雄，高彥祥.響應(yīng)面法及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].中國食品添加劑，2005（2）： 68-71.

[6] 李亞娜，林永成，佘志剛.響應(yīng)面分析法優(yōu)化羊棲菜多糖的提取工藝[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，32（11）：29-31.

作者簡介：楊斌，男，吉林長春人，長春科技學(xué)院生物食品學(xué)院，助教，碩士，研究方向：食品營養(yǎng)，食品加工。