糯小麦交联淀粉的制备及其性质研究

郭艳艳,刘钟栋,杨士杰,占学旺

(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052)

糯小麦交联淀粉的制备及其性质研究

郭艳艳,刘钟栋＊,杨士杰,占学旺

(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052)

以糯小麦淀粉为原料,三偏磷酸钠为交联剂,固定淀粉乳质量分数为 40%,探讨反应时间、pH值、反应温度、交联剂用量对交联度 (即沉降体积)的影响.在单因素试验的基础上采用正交试验确定最适宜制备工艺为:反应时间 4 h、pH 9.75、温度 45℃、交联剂用量 9%.同时考察了交联程度高低对其淀粉糊性质的影响,经交联后,与糯小麦原淀粉相比交联淀粉有良好的冻融稳定性、耐酸性能、耐剪切性能和一定的透明度、溶解度和膨润力,并且随交联程度的提高,交联淀粉的耐酸、耐剪切能力显著增强.

糯小麦淀粉;交联;制备;性质

0 引言

食品工业用淀粉常采用改性的方法达到提高其功能特性的目的.交联淀粉是一种重要的改性淀粉,是淀粉与交联剂通过交联反应使 2个或 2个以上淀粉分子之间“架桥”所得到的淀粉衍生物,能加强淀粉颗粒间的结合作用,使之比较稳定地存在[1-2].淀粉经适度交联之后,黏度比原淀粉高,并且具有更好的抗加工强度、耐热性和耐酸碱稳定性,因此常被作为增稠稳定剂用于饮料、冷冻食品和肉制品中.能使淀粉发生交联反应的交联剂种类很多,常用的淀粉交联剂有环氧氯丙烷、三氯氧磷、三偏磷酸钠、三聚磷酸钠等[3-4].

糯小麦淀粉是直链淀粉含量低于 1%的淀粉,具有独特的物理和流变学特性,是一种新的天然淀粉资源[5].糯小麦淀粉糊对热不稳定,易糊化,且不易形成凝胶,老化速度慢,起始糊化温度低、糊化温度区间较窄、糊化吸热焓变较低、峰值黏度高,冻融稳定性较好,但糊透明度不高.以往文献中对交联淀粉的研究多集中在普通小麦淀粉、玉米淀粉和糯玉米淀粉等,对糯小麦改性淀粉的研究还不多,作者以糯小麦淀粉为原料,以三偏磷酸钠为交联剂,探讨了糯小麦交联淀粉湿法工艺的最适宜制备条件,并对不同交联度交联淀粉的理化性质进行了分析,旨在为糯小麦交联淀粉的工业化生产和在食品、医药、化工等行业中的应用提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料和主要试剂

糯小麦:郑州农林科学研究所提供;三偏磷酸钠 (食品级);盐酸、氢氧化钠等均为分析纯.

1.1.2 主要仪器和设备

HH—S型恒温水浴锅:金坛市医疗仪器厂;增力电动搅拌机:上海标本模型厂;SHB—III循环水式多用真空泵:郑州长城科工贸有限公司;TU—1800PC紫外 -可见分光光度计:北京普析通用仪器有限公司;BS110S电子天平:北京赛多利斯天平有限公司;FE20型 pH计:梅特勒 -托利多仪器有限公司;SNB—1数字式黏度计:上海精密科学仪器有限公司;TLG—16G台式高速离心机:湖南星科科学仪器有限公司等.

1.2 方法

1.2.1 糯小麦淀粉的制备

以糯小麦为原料磨粉,参考马丁法[6]提取淀粉.具体操作方法为:糯小麦面粉和水以 2︰1的比例制成面团,静置 30 min后,加水用手反复搓洗.将洗好的面筋置于适量清水中搓洗,该过程重复3次,然后将所有的提取液合并,依次过 80、120目筛.再将滤液在 3 500 r/min下离心 5 min,倒出上清液,将沉淀平铺在表面皿上,置于烘箱中35℃左右烘干,然后用研钵研磨,过 100目筛,得到糯质小麦淀粉粗提物.采用十二烷基硫酸钠纯化得试验用糯小麦淀粉.

1.2.2 交联淀粉的制备

准确称取一定量的三偏磷酸钠溶解于水中,加入淀粉搅拌均匀配制成 40%的淀粉乳,并用3%的 NaOH溶液调至规定的 pH值,然后置于恒温水浴锅中,不断搅拌加热至规定时间,反应结束后用 3%的 HCl溶液中和至 pH值 6.7,过滤、水洗、干燥、粉碎、过筛,即得产品.

1.2.3 交联度的测定[7]

本试验中,由于淀粉与交联剂反应是轻度交联,交联度很难直接测定,但交联淀粉的交联度与沉降积呈线性负相关的关系,即沉降积越小,交联度越大,故采用沉降积来表示交联度的大小.具体方法如下:准确称取 0.5 g绝干淀粉样品于 100 mL烧杯中,加入 25 mL蒸馏水,配制成 2%的溶液.置于 82～85℃的水浴锅中,稍加搅拌并保温2 min,取出迅速冷却至室温.取 2支刻度离心管,分别加入上述得到的糊液 10 mL,对称放入离心机内 4 000 r/min离心 2 min.将离心管中上层清液倒入另一支同样体积的离心管中,计算沉降积.对同一样品进行 2次平行测定,取平均值.

沉降积 (mL)=10― V,V为上清液的体积.

1.2.4 淀粉糊透明度的测定[8]

准确称取一定量的绝干淀粉样品配制成 1%的淀粉乳,调 pH至 6.5,置于沸水浴中加热搅拌30 min并保持淀粉乳的体积不变 (前 5 min不断搅拌),冷却至室温,以蒸馏水作参照,用 1 cm比色皿在 650 nm波长处测定淀粉糊的透光率 (T),每个样品测 3次取平均值,透光率越高,淀粉糊透明度也越高.

1.2.5 淀粉样品冻融稳定性的测定[9]

精确称量 3.0 g绝干淀粉样品,放入具塞的试管中,加入 100 mL蒸馏水并搅拌均匀,然后置于沸水浴中糊化并保温 20 min,前 5 min不断搅拌防止结块.待完全糊化后取出试管,冷却至室温,然后将淀粉糊等分成 4份,分别倒入已知质量为 m1的 4个塑料离心管中,称重为 m2,放入冰箱中冷冻 24 h,取出自然解冻 6 h,取其中一管于3 000 r/min条件下离心 20 min,弃去上层液体,称重为 m3.其余再冷冻、解冻,至 4管做完.按下式计算析水率:

式中:m1为离心管的质量,g;m2为离心管加淀粉糊的质量,g;m3为离心后离心管加淀粉糊的质量,g.

1.2.6 淀粉样品溶解度和膨润力的测定[10]

准确称取 1 g淀粉样品溶于 30 mL蒸馏水中,加热至 95℃并保持搅拌 1 h,然后以 3 000 r/min离心 10 min,称量离心管中沉淀物的质量 P,将上清液在 130℃条件下干燥至恒重得干物质的质量 A,溶解度和膨润力的计算公式如下:

式中:A为上清液干燥恒重后的质量,g;W为绝干样品质量,g;P为离心后离心管中沉淀物的质量,g;S为溶解度.

1.2.7 淀粉样品耐剪切性能研究[11]

分别准确称取一定量的原淀粉和改性淀粉,配制成 3%的淀粉乳,在 95℃水浴锅中加热 30 min使其完全糊化后,放入冷水中使其迅速冷却至室温,测其黏度,再用磁力搅拌机以 200 r/min搅拌淀粉样品糊液 5 min,测其黏度,计算剪切前后黏度差值,以差值的大小来说明样品的耐剪切性能.

分别准确称取一定量的原淀粉和改性淀粉,配制成 3%的淀粉乳,在 95℃水浴锅中加热 30 min使其完全糊化后,放入冷水中使其迅速冷却至室温,测其黏度,然后加酸调整 pH值为 3,充分搅拌再测定黏度,两者的差值即可说明其耐酸性能.

2 结果与分析

2.1 正交试验及结果分析

单因素试验基础上,固定淀粉乳质量分数为40%,选取反应时间 (A)、pH值 (B)、温度 (C)和交联剂用量(D)为反应因素,以沉降积为考察指标,按 4因素 3水平 L9(34)安排试验,因素与水平见表1,结果与分析见表2.

表1 正交试验因素和水平

表2 正交试验结果及分析

由表2的极差分析可知:在设定的试验水平范围内,各因素对试验指标影响的重要性依次是:pH值 (B)＞反应时间 (A)＞温度 (C)＞交联剂用量 (D).根据 k值的变化可将交联反应的最适宜制备工艺确定为:A3B2C3D3.按照此工艺进行 3次验证试验,测得沉降积平均值为 2.2 mL,因此确定其为适宜的制备工艺,即:反应时间 4 h、pH值9.75、温度 45℃、交联剂用量 9%.

2.2 交联淀粉性质的测定

2.2.1 透明度

取原淀粉 (1号:沉降积为 0 mL)和不同沉降积的 4个交联淀粉样品 (2～4号的沉降积分别为2.200、2.625、2.950、3.425 mL)进行透明度测定 ,结果如图 1所示.淀粉糊的透明度反映了淀粉颗粒在水中的分散和溶胀程度,分散和溶胀程度越大,透明度越好,图 1表明,与原淀粉相比,在试验范围内,透明度随交联度增加而有一定程度的降低,这是因为交联使改性淀粉的平均分子质量增大,分子间强度增大,导致淀粉颗粒与原淀粉相比分散程度明显降低,很难溶胀.

2.2.2 冻融稳定性

取原淀粉和沉降积为 2.200 mL的交联淀粉样品进行冻融稳定性测定,结果如表3所示.淀粉糊冻融稳定性是影响冷冻食品的重要品质之一,冻融稳定性差,经冷冻和解冻之后会析出游离水,胶体结构被破坏,使食品原有的质构被破坏从而影响食品的品质.表3表明,糯小麦交联淀粉糊经过第 1次冻融循环后,析水率比原淀粉糊的析水率明显下降,经过 4次循环,虽然析水率都继续增加,但是都没有原淀粉的析水率高,由此表明糯小麦交联淀粉的冻融稳定性要比原糯小麦淀粉好,更适于用到冷冻食品中.

图1 不同交联度样品的透明度

表3 糯小麦原淀粉和糯小麦_交联淀粉的冻融稳定性 %

2.2.3 溶解度和膨润力

促进天津市文化产业发展财税政策研 究 ………………………………………… 林永春，黄丽艳，李 慧（65）

取原淀粉 (1号:沉降积为 0 mL)和不同沉降积的 4个交联淀粉样品(2～4号的沉降积分别为2.200、2.625、2.950、3.425 mL)进行溶解度和膨润力测定,结果如图 2和图 3所示.

淀粉的溶解度和膨润力反映了淀粉与水相互作用的能力.由图 2和图 3可以看出,交联淀粉的溶解度和膨润力与原淀粉相比都有所降低,并且随交联度的增加,溶解度和膨润力呈下降趋势.因为化学交联键增强淀粉颗粒间的强度远高于氢键的强度,原淀粉在热水中受热糊化时氢键强度减弱,淀粉颗粒易吸水膨胀,并有少量溶解于水中,而交联增加了淀粉分子的有序性,抑制淀粉颗粒膨胀,与水相互作用能力降低,并且交联度越高,这种影响越大.

2.2.4 耐剪切性能

取原淀粉 (1号:沉降积为 0 mL)和不同沉降积的 4个交联淀粉样品 (2～4号的沉降积分别为2.200、2.625、2.950、3.425 mL)进行高速搅拌稳定性测定,结果如图 4所示.

图4 不同交联度样品的耐剪切性能

从图 4可以看出,交联淀粉的交联度越高,表观黏度越低,但经搅拌后表观黏度降低越来越少,即高速搅拌稳定性增强,这是因为原淀粉糊液黏度受高速搅拌产生的剪切力的影响显著降低,而交联淀粉由于交联键的存在使淀粉颗粒的网格结构更加牢固,增强了淀粉颗粒结构的稳定性,黏度降低较小,同时这也表明淀粉糊为假塑性流体.

2.2.5 耐酸性能

取原淀粉 (1号:沉降积为 0 mL)和不同沉降积的 4个交联淀粉样品 (2～4号的沉降积分别为2.200、2.625、2.950、3.425 mL)进行耐酸性测定 ,结果如图 5所示.

图5 不同交联度样品的耐酸性

从图 5可以看出,原淀粉对酸非常敏感,加酸之后黏度下降较大,而交联淀粉加酸后黏度降低很小,并且交联程度越高,黏度下降越小.这是因为酸会加速淀粉颗粒的破裂,所以原淀粉的黏度会显著下降,而交联淀粉由于交联键的存在,使淀粉分子的平均分子质量增加,并加强了淀粉分子间的氢键,在一定程度上抑制淀粉颗粒破裂,所以其耐酸性有很大提高.

3 结论

1)通过正交试验设计,得到湿法制备三偏磷酸钠交联糯小麦淀粉的最适宜制备工艺条件为:反应时间 4 h、pH值 9.75、温度 45℃、交联剂用量 9%,所制备交联淀粉的沉降积为 2.200 mL.

2)与糯小麦原淀粉相比,经三偏磷酸钠交联后其具有更好的冻融稳定性、耐剪切性、耐酸性和一定程度的透明度、溶解度、膨润力,提高了淀粉的稳定性.

致谢:本研究得到大科装置 SSFR,NSRL的支持,在此一并致谢.

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PREPARATION AND PROPERTIESOF CROSS-L INKED WAXY-WHEAT STARCH

GUO Yan-yan,L IU Zhong-dong,YANG Shi-jie,ZHAN Xue-wang
(School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou450052,China)

Using waxy-wheat as the raw materials and sodium trimetaphosophate as the cross-linking agent,the paper studied the effects of reaction time,pH value,reaction temperature and the amount of the cross-linking agent on the cross-linking degree(sedimentation volume).On the basis of single factor experiments,we carried out the orthogonal experiment to determine the optimal preparation conditions:reaction ti me 4 hours,pH 9.75,temperature 45℃,and the amountof cross-linking agent 9%.The paper also studied the effects of the cross-linking degree on the property of starch paste. In comparison with the waxy-wheat starch,the crosslinked waxy-wheat starch had the advantages of good freeze-thaw stability,high acid resistance,high shearing resistance,and high transparency,solubility and swelling power,and the resistance to acid and shearing of the cross-linked starch was enhanced remarkably as the cross-linking degree was enhanced.

waxy-wheat starch;cross-linking;preparation;property

TS231

B

1673-2383(2011)01-0022-05

2010-09-05

国家自然科学基金 (31071606;11079019);国家 863项目(2007AA100401)

郭艳艳 (1983-),女,河南南阳人,硕士研究生,研究方向为食品营养与功能性食品开发.

＊通信作者