孫純銳,崔波,邱立忠,卞希良,夏鳳清,黃亮亮
(1.齊魯工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,山東濟(jì)南250353;2.諸城興貿(mào)玉米開(kāi)發(fā)有限公司,山東諸城262200;3.山東省變性淀粉工程技術(shù)研究中心,山東諸城 262200)
基于疏水改性淀粉的親水性修飾研究
孫純銳1,2,3,崔波1,邱立忠2,3,卞希良2,3,夏鳳清2,黃亮亮2,3
(1.齊魯工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,山東濟(jì)南250353;2.諸城興貿(mào)玉米開(kāi)發(fā)有限公司,山東諸城262200;3.山東省變性淀粉工程技術(shù)研究中心,山東諸城 262200)
對(duì)制備疏水性淀粉的親水性修飾工藝進(jìn)行了研究,結(jié)果表明當(dāng)醚化溫度為40℃,醚化pH值為12,醚化反應(yīng)時(shí)間為14 h,環(huán)氧丙烷的添加量為淀粉干基重量的8.5%時(shí),經(jīng)過(guò)親水性修飾的硬脂酸淀粉酯的凝沉穩(wěn)定性最高,經(jīng)過(guò)在此條件下驗(yàn)證試驗(yàn)制備的該產(chǎn)品的穩(wěn)定性達(dá)到60%,比未經(jīng)過(guò)修飾的硬脂酸淀粉酯的穩(wěn)定性大大提高。
羥丙基-硬脂酸淀粉;疏水性淀粉的親水性修飾;凝沉穩(wěn)定性
淀粉是含有多羥基的多聚葡萄糖,由于含有大量的羥基,糊化后表現(xiàn)為親水性膠體,當(dāng)對(duì)其分子上面的羥基進(jìn)行疏水改性后,表現(xiàn)出較強(qiáng)的疏水性,可以對(duì)油性物料起到包埋乳化的作用,能夠代替阿拉伯膠等天然植物膠,與合成的甘油酯類相比更具有價(jià)格便宜,包埋效果好,耐剪切性好的優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。目前進(jìn)行疏水改性的方法主要有疏水烷基改性和疏水脂肪酸改性,硬脂酸改性屬于疏水脂肪酸改性,具有疏水性碳鏈長(zhǎng),親油性好的優(yōu)點(diǎn),目前報(bào)道的方法只是對(duì)淀粉進(jìn)行了簡(jiǎn)單的酯化改姓,淀粉分子上面的羥基被硬脂酸基團(tuán)部分替代,淀粉的疏水性提高的同時(shí),淀粉的親水性降低,由于淀粉容易老化[2],導(dǎo)致淀粉的凝沉穩(wěn)定性降低,使用過(guò)程中容易出現(xiàn)沉淀,隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)被包埋的油性物質(zhì)析出等不良現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的推廣應(yīng)用?;谶@種情況,本研究通過(guò)醚化反應(yīng)在淀粉分子上面接入親水性基團(tuán)—羥丙基,通過(guò)優(yōu)化醚化條件,確定對(duì)其進(jìn)行親水性修飾的最優(yōu)條件,達(dá)到提高該產(chǎn)品穩(wěn)定性的目的。
1.1 試驗(yàn)材料
蠟質(zhì)玉米淀粉(食品級(jí)):諸城興貿(mào)玉米開(kāi)發(fā)有限公司;環(huán)氧丙烷,硬脂酸,氫氧化鈉,鹽酸,氯化鈉均為化學(xué)試劑。
1.2 試驗(yàn)設(shè)備
液相反應(yīng)釜:諸城貝斯特工貿(mào)有限公司,高效干法變性淀粉反應(yīng)裝置:諸城興貿(mào)玉米開(kāi)發(fā)有限公司。
1.3 試驗(yàn)方法
1.3.1 羥丙基化親水性修飾[3]
將40%(干基)的淀粉乳加入到反應(yīng)其中,開(kāi)動(dòng)攪拌器攪拌均勻,保持轉(zhuǎn)速200 r/min左右,調(diào)整淀粉乳的溫度和pH,加入環(huán)氧丙烷,并充入氮?dú)?,在此條件下反應(yīng)一定時(shí)間,反映結(jié)束后中和至pH為6左右,洗劑,干燥,粉碎,得到羥丙基淀粉。
1.3.2 硬脂酸淀粉酯的制備[4]
將羥丙基淀粉用10%的鹽酸調(diào)節(jié)pH2.0,50℃酸化一定時(shí)間,再將其分散于溶解有一定量硬脂酸的60℃熱水中,調(diào)節(jié)pH,充分混合均勻,將得到的混合物通過(guò)40目篩,60℃干燥一定時(shí)間,調(diào)整水分含量,將淀粉在130℃~160℃加熱一定時(shí)間進(jìn)行酯化反應(yīng),酯化結(jié)束后將pH調(diào)節(jié)至中性,洗劑,噴霧干燥,過(guò)篩,包裝即得成品。
1.3.3 凝沉穩(wěn)定性的測(cè)定[2]
配成濃度為2.0%(干基)淀粉乳,置于三口瓶中,開(kāi)動(dòng)攪拌,在沸水浴中加熱20min,制成淀粉糊,冷卻至25℃,置于250mL量筒中,用保鮮膜將量筒封好置于恒溫箱中觀察一星期內(nèi)的沉降體積。
2.1 醚化溫度對(duì)穩(wěn)定性的影響
醚化反應(yīng)溫度對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖1。
圖1 醚化反應(yīng)溫度對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響Fig.1 The effect of reaction temperature on the sedimentation stability
由圖1醚化反應(yīng)溫度對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響可以看出,隨著醚化溫度的升高,經(jīng)過(guò)親水性修飾的硬脂酸淀粉酯凝沉穩(wěn)定性逐漸提高,當(dāng)反映溫度達(dá)到40℃時(shí),凝沉穩(wěn)定性達(dá)到最高;而之后隨著反應(yīng)溫度的升高,凝沉穩(wěn)定性逐漸降低。這是因?yàn)椋?dāng)醚化溫度低于40℃時(shí),隨著反應(yīng)溫度升高,醚化反應(yīng)效率越高,接入的羥丙基親水集團(tuán)數(shù)量越多,對(duì)淀粉的親水修飾效果越好,而當(dāng)高于40℃后,雖然介入的親水基團(tuán)的接入數(shù)量也是增加的,但是此時(shí)由于親水性大大增加,淀粉的糊化溫度降低,部分淀粉顆粒發(fā)生膨脹,導(dǎo)致出現(xiàn)回生老化現(xiàn)象,反而降低淀粉的凝沉穩(wěn)定性。
2.2 醚化pH對(duì)穩(wěn)定性的影響
醚化反應(yīng)pH對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖2。
圖2 醚化反應(yīng)pH對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響Fig.2 The effect of reaction pH on the sedimentation stability
由圖2醚化反應(yīng)pH對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響可以看出,隨著反應(yīng)pH的升高,淀粉的凝沉穩(wěn)定性逐漸提高,當(dāng)達(dá)到pH12以上時(shí)穩(wěn)定性略有降低,這與高pH下淀粉顆粒氫鍵更容易打開(kāi)[5],從而出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象并導(dǎo)致淀粉老化,從而使凝沉穩(wěn)定性降低有關(guān)。
2.3 醚化時(shí)間對(duì)穩(wěn)定性的影響
醚化反應(yīng)時(shí)間對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖3。
圖3 醚化反應(yīng)時(shí)間對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響Fig.3 The effect of reaction time on the sedimentation stability
由圖3醚化反應(yīng)時(shí)間對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響可以看出,隨著反映時(shí)間的延長(zhǎng),凝沉穩(wěn)定性逐漸提高,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到14 h,凝沉穩(wěn)定性達(dá)到最高,再延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間對(duì)穩(wěn)定性無(wú)影響,這說(shuō)明當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定時(shí)間時(shí),醚化反應(yīng)達(dá)到反映平衡,反應(yīng)效率達(dá)到最高,羥丙基基團(tuán)接入數(shù)量最多,親水性修飾程度達(dá)到最高。
2.4 醚化劑添加量對(duì)穩(wěn)定性的影響
醚化劑用量對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖4。
圖4 醚化劑用量對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響Fig.4 The effect of ratio of Propylene oxide to starch(dry base)on the sedimentation stability
由圖4醚化劑用量對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響可以看出,隨著醚化劑用量的增加,凝沉穩(wěn)定性逐漸提高,當(dāng)醚化劑用量達(dá)到8.5%時(shí),淀粉的凝沉穩(wěn)定性達(dá)到最高,之后隨著醚化劑用量的增加,穩(wěn)定性逐漸降低。這是因?yàn)殡S著醚化劑用量的增加,淀粉的取代度升高,接入的親水基團(tuán)羥丙基數(shù)量增加,淀粉的親水性提高,膨脹程度增加,淀粉易出現(xiàn)老化現(xiàn)象,從而導(dǎo)致淀粉的凝沉穩(wěn)定性降低。
通過(guò)考察各因素對(duì)凝沉穩(wěn)定性的影響可以看出,當(dāng)醚化溫度為40℃,醚化pH為12,醚化反應(yīng)時(shí)間為14 h,環(huán)氧丙烷的添加量為淀粉干基重量的8.5%時(shí),經(jīng)過(guò)親水性修飾的硬脂酸淀粉酯的凝沉穩(wěn)定性最高,經(jīng)過(guò)在此條件下驗(yàn)證試驗(yàn)制備的該產(chǎn)品的穩(wěn)定性達(dá)到60%,比未經(jīng)過(guò)修飾的硬脂酸淀粉酯的穩(wěn)定性大大提高。
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Study on the Hydrophilic Modification Based on Hydrophobic Starch Molecular
SUN Chun-rui1,2,3,CUI Bo1,QIU Li-zhong2,3,BIAN Xi-liang2,3,XIA Feng-qing2,HUANG Liang-liang2,3
(1.School of Food and Biology,Qilu Industral University,Ji'nan 250353,Shandong,China;2.Zhucheng Xingmao Corn Developing CO.,LTD.,Zhucheng 262200,Shandong,China;3.Shandong Province Modified Starch Engine and Technology Center,Zhucheng 262200,Shandong,China)
The process of modification hydrophilic based on hydrophobic starch molecular was studied.The result showed that when the8.5%(w/w)Propylene oxide was added with the pH 12 at temperature 40℃for 14 hours,sedimentation stability could reach to 60%more than non-modification hydrophilic based on hydrophobic starch molecular.
hydroxy propyl-stearic acid starch;hydrophilic based on hydrophobic starch;sedimentation stability
10.3969/j.issn.1005-6521.2015.01.001
2013-12-15
國(guó)家十二五“主食產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)與裝備及其產(chǎn)業(yè)化”(2012BAD37B00)
孫純銳(1978—),男(漢),副高級(jí)工程師,在讀碩士研究生,主要從事淀粉深加工研究。