柠檬酸应用于凝胶-冷冻法制备微孔淀粉的研究

傅新征　曾红莲　颜雅君

摘 要：为提高微孔淀粉的吸附性能，将柠檬酸用于凝胶-冷冻法制备红薯微孔淀粉，通过单因素试验和正交试验优化红薯微孔淀粉制备工艺。结果表明，红薯微孔淀粉制备的最佳工艺为：柠檬酸添加量3%、淀粉乳浓度100 g·L-1、糊化时间30 min、冷藏时间48 h、冷冻时间42 h。在此工艺参数条件下，制得的红薯微孔淀粉吸水率为277.32%、吸油率为68.61%。

关键词：柠檬酸;凝胶-冷冻法;红薯微孔淀粉

Abstract：In order to improve the absorption ability of microporous starch， the citric acid was used in the gel-freezing method to prepare sweet potato microporous starch. The parameters of sweet potato microporous starch process were determined by single factor and the orthogonal tests. The optimum preparation process conditions of sweet potato microporous starch were as follows： citric acid 3%， sweet potato starch milk concentration 100 g·L-1， pasting time 30 min， cold storage time 48 h， freezing time 42 h. Under the condition， the water absorption rate of sweet potato microporous starch was 277.32%， the oil absorption rate was 68.61%.

Key words：Citric acid; Gel-freezing method; Sweet potato microporous starch

中图分类号：TS235.2

微孔淀粉是一种变性淀粉，因多孔状的颗粒结构而具有较好的吸附性能，已在食品、化妆品、医药等领域广泛使用[1-4]。凝胶-冷冻法属于物理制备法，相比酶解法、酸解法等更加环保，不会带来酸碱等污染物，其一般工艺是将淀粉糊化，置于冰箱中冷藏和冷冻，再用乙醇洗淀粉凝胶以置换冰晶，最后干燥粉碎即可[5-6]。

为进一步提高微孔淀粉的吸附性能，本研究对凝胶-冷冻法的一般工艺进行了改良，加入适量食品添加剂后再进行淀粉糊化。食品添加剂对淀粉糊化、淀粉糊粘度和冻融性等均有影响，从而影响凝胶-冷冻法制备的微孔淀粉的吸附性能。本研究最终选定柠檬酸，对添加柠檬酸后制备微孔淀粉的工艺进行了优化，从而制备出高吸附性能的红薯微孔淀粉。

1 材料及方法

1.1 材料与试剂

红薯淀粉（实验室自制），食用油（市售），食品级柠檬酸（河南商贸有限公司），无水乙醇（分析纯，上海展云化工有限公司）。

1.2 仪器与设备

DHG-9075A型电热鼓风干燥箱，购自上海慧泰仪器制造有限公司;HH-S4型数显恒温水浴锅，购自常州中捷实验仪器制造有限公司;Neofuge23R台式高速冷冻离心机，购自上海力申科学仪器有限公司;星星冷藏陈列柜，购自浙江星星家电股份有限公司;超低温冷冻储存箱，购自中科美菱低温科技有限责任公司。

1.3 凝胶-冷冻法制备微孔淀粉的工艺

工艺流程：红薯淀粉→加柠檬酸、水→糊化→冷藏（4 ℃）→冷冻（-20 ℃）→无水乙醇洗涤→烘干→红薯微孔淀粉。此工艺和一般工藝的区别在于糊化前加入了适量柠檬酸。

1.4 试验方案设计

1.4.1 添加剂的筛选

参照1.3的凝胶-冷冻法工艺，在糊化前加入不同添加剂，研究柠檬酸、碳酸钠、白砂糖等添加剂对微孔淀粉吸附性能的影响。选择对红薯微孔淀粉吸附性能影响最大的添加剂进一步做单因素试验。

1.4.2 单因素试验

以红薯微孔淀粉的吸水率和吸油率作为吸附性能测量指标，对柠檬酸添加量（1%、2%、3%、4%和5%）、红薯淀粉乳浓度（50、100、150、200 g·L-1和250 g·L-1）、糊化时间（10、20、30、40 min和50 min）、冷藏时间（36、39、42、45、48、51 h和54 h）、冷冻时间（30、33、36、39、42 h和45 h）进行探讨。

1.4.3 正交优化试验

选取柠檬酸添加量、红薯淀粉乳浓度、糊化时间、冷藏时间等因素进行正交优化试验，试验因素水平见表1。

1.4.4 微孔淀粉吸附性能指标的测定方法

吸水率和吸油率的测定[4，7]：将红薯微孔淀粉m1（g）加入离心管中，加适量蒸馏水或食用油，摇匀静置

30 min，以4 000 r·min-1的转速离心10 min，离心后倒掉上清液，取出沉淀物测量质量m2（g），沉淀物即为吸水（油）后的微孔淀粉，按公式（1）计算吸水率和吸油率。

2 结果与分析

2.1 添加剂的确定

由表2可知，本实验所选用的添加剂对微孔淀粉吸附性能有不同程度的影响。添加柠檬酸、碳酸钠、白砂糖均能改善红薯微孔淀粉的吸附性，其中柠檬酸效果最好，因此选柠檬酸进行后续试验。

2.2 柠檬酸添加量的确定

由图1可知，柠檬酸添加量小于3%时，红薯微孔淀粉的吸水率和吸油率均随柠檬酸添加量的增加而升高;柠檬酸添加量为3%时，吸水率和吸油率分别为267.32%和63.72%;柠檬酸添加量大于3%时，吸水和吸油率降低。因此确定柠檬酸的适宜添加量为3%。

2.3 紅薯淀粉乳浓度的确定

由图2可知，红薯淀粉乳浓度为100 g·L-1时，微孔淀粉吸水率达到最高峰，值为260.41%;红薯淀粉乳浓度小于150 g·L-1时，吸油率缓慢增大，150 g·L-1时吸油率值为65.36%，超过150 g·L-1后吸油率快速下降。整体来看，淀粉乳浓度在50、100、150 g·L-1时，吸水和吸油率明显高于200 g·L-1和250 g·L-1时的值，因此选定50、100、150 g·L-1进行后续正交优化试验。

2.4 糊化时间的确定

由图3可知，糊化时间从10 min增加到30 min时，吸水率逐渐升高，吸油率快速升高;糊化时间30 min

时，吸水率和吸油率均达峰值，值为261.56%和62.53%;糊化时间大于30 min时，微孔淀粉吸附性能减弱，故糊化时间为30 min较为适宜。

2.5 冷藏时间的确定

由图4可知，冷藏时间小于48 h时，吸水率快速升高，而吸油率缓慢升高;冷藏时间大于48 h时，吸水率和吸油率都缓慢下降。冷藏时间为48 h时，吸水率和吸油率分别为270.28%和67.41%。因此确定冷藏时间为48 h较为适宜。

2.6 冷冻时间的确定

由图5可知，随着冷冻时间的延长，吸油率的变化趋势是先缓慢升高，到39 h后吸油率略微降低，数值接近，趋势平缓;吸水率随冷冻时间的延长，先升高后下降，42 h达峰值，值为267.49%。当冷冻时间为39、42、45 h时，吸油率数值接近，说明在39～45 h

内冷冻时间对吸油率无明显影响，且42 h的吸水率明显高于39 h和45 h，因此后续正交试验不探讨冷冻时间，直接确定用42 h进行后续试验。

2.7 正交优化试验的结果

由表3的正交试验结果可知，以吸水率为指标时，4个因素的极差大小为A>D>C>B，即可判断对红薯微孔淀粉吸水率影响最大的因素是柠檬酸添加量，其次是冷藏时间、糊化时间，最后是红薯淀粉乳浓度;由各因素的均值大小可知，最优的参数组合为A2B2C2D2，即柠檬酸添加量为3%、淀粉乳浓度为100 g·L-1、糊化时间为30 min、冷藏时间为48 h，此时吸水率最大。

当以吸油率为指标时，4个因素的极差大小也为A>D>C>B，即4个因素对吸油率的影响顺序与吸水率一致;吸油率最优的参数组合为A2B2C3D2，即柠檬酸添加量为3%、淀粉乳浓度为100 g·L-1、糊化时间40 min、冷藏时间48 h，此时吸油率最大。

对比吸水率和吸油率的最优参数组合可知，糊化时间分别是30 min和40 min。因糊化时间对微孔淀粉吸水率和吸油率的影响较弱，且从节约时间提高效率的角度出发，最终选定糊化时间为30 min。综上，将柠檬酸用于凝胶-冷冻法制备红薯微孔淀粉的最优工艺参数组合为A2B2C2D2。

2.8 验证试验的结果

按照最优组合A2B2C2D2制备红薯微孔淀粉，测得吸水率和吸油率分别为277.32%和68.61%，数值高于以上9组正交试验组，说明A2B2C2D2为柠檬酸用于凝胶-冷冻法制备红薯微孔淀粉的最优组合。

3 结论

本研究为了提高微孔淀粉的吸附性能，对凝胶-冷冻法进行了改良，具体方法是在制备过程中添加柠檬酸，通过试验探讨添加柠檬酸后制备微孔淀粉的工艺参数。结果表明，最优的工艺组合为：柠檬酸添加量3%、淀粉乳浓度100 g·L-1、糊化时间30 min、冷藏时间48 h、冷冻时间42 h。最优工艺下制备的微孔淀粉吸水率和吸油率分别为277.32%和68.61%。

参考文献：

[1]陶 利，渠广民，李兆明，等.多孔淀粉在食品药品中的应用进展[J].食品与药品，2018，20（6）：480-483.

[2]李 显，范小平，蒋 卓，等.多孔淀粉的成孔技术及应用研究进展[J].食品工业科技，2016，37（12）：354-360.

[3]陈朝军，陈中爱.多孔淀粉制备技术及其在化工工艺中的应用[J].食品安全导刊，2016（24）：115.

[4]朱 玉，郭 丽，杜先锋，等.变性多孔淀粉吸附卷烟烟气气相物的研究[J].中国粮油学报，2012，27（8）：24-30.

[5]傅新征，许海基，张仪秀.凝胶-冷冻法制备红薯微孔淀粉工艺的研究[J].武夷学院学报，2015，34（12）：37-41.

[6]周 琼.微孔淀粉材料优化制备技术及其应用研究[D].重庆：西南大学，2012.

[7]吕 峰，傅新征，李宇翔.薏苡仁淀粉酶改性多孔化关键工艺优化[J].中国粮油学报，2013，28（6）：44-49.