馬鈴薯交聯(lián)淀粉的性能分析

郭耀東，游新勇，王國(guó)澤

(1.商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西商洛 726000；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 數(shù)理與生物工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010)

交聯(lián)淀粉是淀粉與具有雙官能團(tuán)或多官能團(tuán)的交聯(lián)劑發(fā)生反應(yīng)，在不同淀粉分子之間的羥基間形成二醚鍵或酯鍵進(jìn)行交聯(lián)而形成的一類變性淀粉[1-2]。交聯(lián)淀粉可以有效改變淀粉原有的糊化溶脹性質(zhì)，提高淀粉糊的耐熱、耐酸、抗剪切能力，在食品工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用[3-4]。

中國(guó)已成為世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國(guó)，以馬鈴薯為原料生產(chǎn)制備馬鈴薯交聯(lián)淀粉，具有原料來(lái)源廣泛、成本低、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。已有研究主要以三氯氧磷、三偏磷酸鈉、乙二醛和環(huán)氧氯丙烷作為交聯(lián)劑制備馬鈴薯交聯(lián)淀粉[4-5]。本研究團(tuán)隊(duì)前期采用無(wú)毒、無(wú)害的六偏磷酸鈉為交聯(lián)劑制備馬鈴薯交聯(lián)淀粉，并對(duì)其工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。本文進(jìn)一步對(duì)前期制備得到的馬鈴薯交聯(lián)淀粉的各類基本性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)分析，以期為馬鈴薯交聯(lián)淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供一定技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 主要材料

馬鈴薯淀粉產(chǎn)自內(nèi)蒙古多倫縣銀都淀粉廠；六偏磷酸鈉，食品級(jí)；無(wú)水硫酸鈉、無(wú)水碳酸鈉、氫氧化鈉、鹽酸等均為分析純。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

JA5003電子分析天平：上海越平科技儀器有限公司；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱：北京科偉永興儀器有限公司；SYC-15B恒溫水浴鍋：南京桑力電子設(shè)備廠；TD4Z離心機(jī)：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)：上海森地科學(xué)儀器設(shè)備有限公司；UV-7504單光束紫外可見分光光度計(jì)：上海欣茂儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 馬鈴薯交聯(lián)淀粉的制備

稱取適量馬鈴薯淀粉置于三角瓶中，加水分散均勻，在一定溫度下先攪拌0.5 h，然后向淀粉乳中加入一定量的六偏磷酸鈉（以淀粉干基計(jì)）和Na2SO4，在一定的溫度下，用碳酸鈉維持pH一定，反應(yīng)一定時(shí)間后，用2%鹽酸將pH調(diào)至6.5左右，用蒸餾水洗滌數(shù)次，將產(chǎn)品置于40℃干燥箱烘干，粉碎，過(guò)80目篩，得到馬鈴薯交聯(lián)淀粉成品[3]。

1.2.2 馬鈴薯交聯(lián)淀粉性能指標(biāo)測(cè)定

1）沉降積的測(cè)定

由于大多數(shù)交聯(lián)淀粉交聯(lián)度較低，很難直接測(cè)定交聯(lián)淀粉的交聯(lián)度。本研究基于交聯(lián)淀粉沉降積與交聯(lián)度呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系的原理，通過(guò)測(cè)定淀粉沉降積來(lái)衡量交聯(lián)淀粉交聯(lián)度，沉降積越小，交聯(lián)度越大[6]。準(zhǔn)確稱取0.8 g交聯(lián)淀粉樣品，置于100 mL燒杯中，加入40 mL蒸餾水制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的溶液，將燒杯置于82℃-85℃水浴加熱，稍加攪拌，保溫2 min，取出冷卻至室溫。在離心管中裝入10 mL糊液，以4000 r·min-1離心2 min，取出離心管，讀出上清液體積V值，計(jì)算沉降積。沉降積計(jì)算公式為：

S=10-V

式中：S為沉降積，mL；V為清液體積，mL。

2）透明度的測(cè)定

用紫外可見分光光度計(jì)在波長(zhǎng) 620 nm處，室溫下測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的淀粉糊的透光率，透光率越大，透明度越高[7]。

3）粘度的測(cè)定

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的淀粉乳液，在沸水中加熱攪拌15 min，使淀粉完全糊化冷卻至室溫，用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定其粘度值[3]。

4）膨脹度和溶解度的測(cè)定

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的淀粉乳液在85℃攪拌加熱 30 min，冷卻至室溫，在 2000 r·min-1下離心15 min，糊下沉部分為膨脹淀粉[7]。將上清液分離、干燥，計(jì)算溶解度和膨脹度公式為：

式中：A為上清液蒸干后恒重后的質(zhì)量，g；W為上清液質(zhì)量，g；P為離心后沉淀物質(zhì)量，g。

5）凍融穩(wěn)定性的測(cè)定

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的淀粉乳，在沸水浴中加熱20 min，冷卻至室溫，置于-20℃～-15℃的冰箱中冷凍，24 h后取出，自然解凍。在3000 r·min-1離心20 min，棄去上清液，稱取沉淀物重量，計(jì)算凍融析水率[8]。凍融析水率=（糊重-沉淀物重）/糊重。

6）耐酸堿性的測(cè)定

用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的HCl和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaOH配制不同pH的溶液，用不同pH的溶液配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的淀粉糊，測(cè)定其粘度值并繪制粘度-pH關(guān)系曲線[9]。

7）抗老化性能的測(cè)定

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的淀粉乳，在95℃水浴中加熱20 min，保溫，測(cè)定粘度。然后冷卻至室溫25℃，測(cè)定粘度。比較冷熱粘度差值，差值越小，老化傾向越小[3]。

8）熱穩(wěn)定性的測(cè)定

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的淀粉乳，沸水浴中加熱完全糊化1 h后，保溫測(cè)定粘度，再加熱3 h后保溫測(cè)定粘度，記錄并比較兩次測(cè)定值之間的差值，差值越小，熱穩(wěn)定性越高[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯淀粉的交聯(lián)度及糊特性

馬鈴薯交聯(lián)淀粉和原淀粉的交聯(lián)度及糊特性分析結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，馬鈴薯淀粉經(jīng)交聯(lián)后沉降積下降，交聯(lián)度上升。馬鈴薯淀粉經(jīng)交聯(lián)后透明度有所下降，其主要原因是交聯(lián)程度的提高使馬鈴薯淀粉分子量變大，光的透射減少，透光率下降[10]。馬鈴薯交聯(lián)淀粉的粘度較原淀粉提高11.8%，這是由于引入的化學(xué)交聯(lián)鍵使直鏈分子與支鏈分子相互交聯(lián)形成更大、更穩(wěn)定的支鏈分子，增加了淀粉的平均分子量，使黏度升高[11]。相同條件下，馬鈴薯交聯(lián)淀粉的凍融析水率明顯低于原淀粉，說(shuō)明交聯(lián)反應(yīng)能有效提高淀粉糊的凍融穩(wěn)定性，增強(qiáng)其應(yīng)用特性。

表1 馬鈴薯淀粉的交聯(lián)度及糊特性

2.2 馬鈴薯交聯(lián)淀粉的膨脹度和溶解度

馬鈴薯交聯(lián)淀粉和原淀粉的膨脹度和溶解度分析結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，與原淀粉相比，馬鈴薯交聯(lián)淀粉的膨脹度和溶解度明顯降低，其主要原因是化學(xué)交聯(lián)鍵能有效增強(qiáng)淀粉顆粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抑制淀粉的膨脹、破裂和溶解[12]。

圖1 馬鈴薯淀粉及其交聯(lián)淀粉的溶解度和膨脹度

2.3 馬鈴薯交聯(lián)淀粉的耐酸堿性

馬鈴薯交聯(lián)淀粉和原淀粉的耐酸堿性能分析結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，馬鈴薯原淀粉的粘度隨pH變化較大，特別是耐酸性較差，其原因可能是淀粉顆粒在酸性條件下發(fā)生部分水解造成粘度發(fā)生變化。馬鈴薯交聯(lián)淀粉在不同pH條件下的粘度變化較小，淀粉糊粘度隨pH升高僅有小幅升高，說(shuō)明馬鈴薯淀粉經(jīng)交聯(lián)后耐酸堿性能明顯增強(qiáng)，可以在不同pH的食品基質(zhì)中進(jìn)行應(yīng)用[5]。

圖2 不同pH條件下馬鈴薯淀粉及其交聯(lián)淀粉的粘度

2.4 馬鈴薯交聯(lián)淀粉的抗老化性

馬鈴薯交聯(lián)淀粉和原淀粉的抗老化性分析結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，馬鈴薯交聯(lián)淀粉與原淀粉相比，在95℃下的粘度與冷卻后的粘度差值較小，并且差值隨著沉降積的下降而減小，表明馬鈴薯淀粉交聯(lián)后抗老化性有所提高。當(dāng)沉降積為2.32 mL時(shí)，抗老化性較原淀粉提高了21.1%。這主要是由于交聯(lián)淀粉化學(xué)鍵的引入提高了淀粉糊組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以有效地防止淀粉糊受低溫的影響而出現(xiàn)的凝沉老化現(xiàn)象，保證了淀粉顆粒的完整性，使交聯(lián)淀粉具有更強(qiáng)的抗老化性，能夠用以延長(zhǎng)食品的貨架期[9]。

圖3 馬鈴薯交聯(lián)淀粉的抗老化性

2.5 馬鈴薯交聯(lián)淀粉的熱穩(wěn)定性

馬鈴薯交聯(lián)淀粉和原淀粉的熱穩(wěn)定性分析結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，馬鈴薯交聯(lián)淀粉在沸水中保溫1 h與3 h的粘度差值隨沉降積的減小而減小，即隨著沉降積的減小當(dāng)沉降積為2.32 mL時(shí)，熱穩(wěn)定性提高了81.7%，表明馬鈴薯淀粉經(jīng)過(guò)交聯(lián)后熱穩(wěn)定性得到提高。淀粉在高溫加熱過(guò)程中氫鍵受到破壞，使淀粉顆粒破裂溶脹導(dǎo)致粘度下降[13]，但馬鈴薯交聯(lián)淀粉中交聯(lián)鍵的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于氫鍵，可以有效增強(qiáng)淀粉顆粒強(qiáng)度，使粘度下降較小。因此，馬鈴薯交聯(lián)淀粉具有較好的熱穩(wěn)定性，用于高溫處理食品基質(zhì)，可以較好保持其所需粘度，改善產(chǎn)品品質(zhì)[14]。

圖4 馬鈴薯交聯(lián)淀粉的熱穩(wěn)定性

3 結(jié)論

馬鈴薯淀粉經(jīng)六偏磷酸鈉交聯(lián)后，透光率有所下降，膨脹度和溶解度降低，但粘度增大。相同條件下，馬鈴薯交聯(lián)淀粉的凍融穩(wěn)定性、抗酸性、抗老化性和熱穩(wěn)定性均明顯增強(qiáng)，在食品工業(yè)中具有更大的應(yīng)用空間。

[1]張 平,王小林.玉米交聯(lián)淀粉的制備與特性研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工(學(xué)刊),2006,4(4):38-42.

[2]魏海香,鄔應(yīng)龍.大米交聯(lián)淀粉的制備及其凍融穩(wěn)定性的研究[J].食品研究與開發(fā),2006,27(2):18-23.

[3]陳志成.薯類精深加工利用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:35-50.

[4]劉軍海,李志洲,付 蕾,等.復(fù)合交聯(lián)淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].河南化工,2009,26(11):22-25.

[5]何邵凱,梁 琪,田映良,等.馬鈴薯交聯(lián)淀粉的制備及性能研究[J].糧食與飼料工業(yè),2013(1):39-41.

[6]張力田.變性淀粉[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,1999:4-31.

[7]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,2001:261-325.

[8]許 暉,孫蘭萍,趙大慶,等.馬鈴薯交聯(lián)淀粉的制備與結(jié)構(gòu)表征[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2007,22(5):68-71.

[9]史 娟,楊海濤.交聯(lián)羧甲基玉米淀粉和交聯(lián)酯化木薯淀粉的制備與性質(zhì)研究[J].糧食與飼料工業(yè),2011(9):31-35.

[10]梁 勇,張本山,楊連生,等.三偏磷酸鈉交聯(lián)馬鈴薯淀粉顆粒膨脹歷程及溶脹機(jī)理研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2002,17(2):45-47.

[11]孫 吉.馬鈴薯酯化交聯(lián)淀粉的合成及其在攪拌型酸奶中的應(yīng)用[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2009:5-11.

[12]張本山,高大維,耿予歡,等.高交聯(lián)玉米淀粉非糊化特性研究[J].鄭州糧食學(xué)院學(xué)報(bào),1998,19(4):37-42.

[13]方志林.馬鈴薯交聯(lián)淀粉的制備及理化性質(zhì)的研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué),2009:32-35.

[14]唐洪波,馬冰潔.交聯(lián)糯玉米淀粉合成工藝及性能研究[J].糧食與飼料工業(yè),2005(2):24-26.