崔 媛，羅菊香，崔國星

(1.三明百事達(dá)淀粉有限公司研發(fā)中心，福建 三明 365200；2.三明學(xué)院化學(xué)與生物工程系，福建 三明 365004)

交聯(lián)淀粉是重要的變性淀粉之一，用途廣泛。在淀粉分子中引入交聯(lián)鍵可得到交聯(lián)淀粉，使淀粉的性質(zhì)發(fā)生改變，主要表現(xiàn)在粘度提高、透明度增加或降低、耐剪切、耐高溫，能更好地適合加工需要，并且能代替部分價格較高的食用膠如明膠、海藻膠、瓊脂等，降低生產(chǎn)成本。制備交聯(lián)淀粉[1～3]所用的交聯(lián)劑主要有三偏磷酸鈉、三氯氧磷、環(huán)氧氯丙烷、甲醛等。作者在此以三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑制備馬鈴薯交聯(lián)淀粉，并對交聯(lián)反應(yīng)工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，總結(jié)了交聯(lián)劑用量對交聯(lián)淀粉粘度的影響規(guī)律。為改善馬鈴薯淀粉的性能、拓寬其應(yīng)用范圍、提高產(chǎn)品附加值提供了依據(jù)。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

馬鈴薯淀粉，優(yōu)級品，威力馬鈴薯淀粉有限公司。

三偏磷酸鈉，食品級；氫氧化鈉、鹽酸、硫酸鈉，均為工業(yè)助劑。

MICROVISCO-AMYLO-GRAPH型粘度儀，德國Brabender公司；101型真空干燥箱，上海路達(dá)實驗儀器有限公司；MF-50型紅外線快速水分測定儀，日本A&D 有限公司；AB204-S型電子分析天平，METTLER TOLEDO公司。

1.2 制備原理

利用交聯(lián)劑的多元官能團(tuán)與淀粉分子葡萄糖殘基上的第二、第三、第六的醇羥基反應(yīng)形成多功能鍵，使淀粉與交聯(lián)劑三偏磷酸鈉在氫氧化鈉的堿性環(huán)境中發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)[4]。化學(xué)反應(yīng)式為：

1.3 方法

以水為反應(yīng)溶劑，按一定的物料配比，將NaOH、Na2SO4、三偏磷酸鈉及馬鈴薯淀粉分別加入反應(yīng)器中，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笠迫胱匝h(huán)反應(yīng)器中，加熱夾套循環(huán)水，將物料升溫到一定值，在保溫條件下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后加入鹽酸調(diào)pH值至5.5～6.5，過濾，洗滌，干燥，得到粉末狀的馬鈴薯交聯(lián)淀粉。

1.4 測定方法

采用連續(xù)升溫法(淀粉乳濃度5%，量程扭矩特定值125 cmg)測定粘度。

2 結(jié)果與討論

2.1 馬鈴薯交聯(lián)淀粉的制備工藝條件優(yōu)化

2.1.1 淀粉乳濃度對交聯(lián)反應(yīng)的影響

在馬鈴薯淀粉用量為2000 g、反應(yīng)溫度為42℃、NaOH用量為8 g、三偏磷酸鈉用量為0.3 g、Na2SO4用量為500 g、反應(yīng)時間為4 h的條件下，考察淀粉乳濃度對馬鈴薯交聯(lián)淀粉粘度的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 淀粉乳濃度對粘度的影響

從圖1可知，馬鈴薯交聯(lián)淀粉的粘度隨淀粉乳濃度的增大而升高。這是因為，淀粉乳濃度較低，水分含量大，反應(yīng)物料與淀粉的接觸幾率減小，反應(yīng)效率低，所以粘度較低；淀粉乳濃度較高(>45%)，淀粉太粘稠，無法攪拌。因此，確定最佳淀粉乳濃度為43%。

2.1.2 NaOH用量對交聯(lián)反應(yīng)的影響

固定淀粉乳濃度為43%、其它條件同2.1.1，考察NaOH用量對馬鈴薯交聯(lián)淀粉粘度的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 NaOH用量對粘度的影響

從圖2可知，馬鈴薯交聯(lián)淀粉的粘度隨NaOH用量的增加而升高，當(dāng)NaOH用量超過8 g時，粘度反而有所下降。這是因為，NaOH的作用一方面是活化淀粉分子，產(chǎn)生可以發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的St-ONa活化分子[5]；另一方面是保證反應(yīng)在堿性環(huán)境下進(jìn)行。NaOH分子滲透到淀粉分子的速度隨其用量的增加而加快，生成更多的淀粉鈉鹽；但當(dāng)其用量超過8 g時，淀粉在反應(yīng)過程中會因為堿化反應(yīng)導(dǎo)致糊化溫度降低而糊化[6]，使后續(xù)處理困難，粘度下降。因此，確定最佳NaOH用量為8 g。

2.1.3 Na2SO4用量對交聯(lián)反應(yīng)的影響

固定淀粉乳濃度為43%、其它條件同2.1.1，考察Na2SO4用量對馬鈴薯交聯(lián)淀粉粘度的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 Na2SO4用量對粘度的影響

從圖3可知，馬鈴薯交聯(lián)淀粉的粘度隨Na2SO4用量的增加而升高，當(dāng)Na2SO4用量增加到500 g后，粘度反而下降。這是因為，Na2SO4的作用一方面是作為膨脹抑制劑，提高淀粉的糊化溫度；另一方面是起催化作用。當(dāng)其用量低(<500 g)時，反應(yīng)效率低；當(dāng)其用量高(>550 g)時，淀粉乳濃度過大，堿化反應(yīng)嚴(yán)重，造成淀粉堿水解，無法操作。因此，確定最佳Na2SO4用量為500 g。

2.1.4 反應(yīng)溫度對交聯(lián)反應(yīng)的影響

固定淀粉乳濃度為43%、其它條件同2.1.1，考察反應(yīng)溫度對馬鈴薯交聯(lián)淀粉粘度的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 反應(yīng)溫度對粘度的影響

從圖4可知，馬鈴薯交聯(lián)淀粉的粘度隨反應(yīng)溫度的升高而升高，當(dāng)反應(yīng)溫度超過42℃后，粘度增幅趨緩。這是因為，當(dāng)反應(yīng)溫度升高時，分子運動加速，反應(yīng)物分子間碰撞幾率增加，使反應(yīng)加速；但反應(yīng)溫度超過42℃后，反應(yīng)后期易發(fā)生熱糊化現(xiàn)象，無法攪拌。因此，確定最佳反應(yīng)溫度為42℃。

2.1.5 反應(yīng)時間對交聯(lián)反應(yīng)的影響

固定淀粉乳濃度為43%、其它條件同2.1.1，考察反應(yīng)時間對馬鈴薯交聯(lián)淀粉粘度的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 反應(yīng)時間對粘度的影響

從圖5可知，馬鈴薯交聯(lián)淀粉的粘度隨反應(yīng)時間的延長而升高，當(dāng)反應(yīng)時間達(dá)到4 h后，粘度反而下降。這是因為，隨著反應(yīng)時間的延長，反應(yīng)物料與淀粉充分接觸，產(chǎn)品粘度逐漸升高；當(dāng)反應(yīng)時間達(dá)到4 h時，反應(yīng)已基本接近終點，產(chǎn)品的粘度最大；繼續(xù)延長反應(yīng)時間，反應(yīng)很慢，不僅浪費能源，而且長時間的攪拌導(dǎo)致淀粉分子堿化降解，使產(chǎn)品粘度降低。因此，確定最佳反應(yīng)時間為4 h。

2.2 三偏磷酸鈉用量對馬鈴薯交聯(lián)淀粉粘度的影響

在淀粉乳濃度為43%、NaOH用量為8 g、Na2SO4用量為500 g、反應(yīng)溫度為42℃、反應(yīng)時間為4 h的最佳工藝條件下，考察交聯(lián)劑三偏磷酸鈉用量對馬鈴薯交聯(lián)淀粉粘度的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 三偏磷酸鈉用量對粘度的影響

由圖6可知，交聯(lián)劑用量對馬鈴薯淀粉的影響如下：

當(dāng)三偏磷酸鈉用量為0.05～0.3 g時，交聯(lián)生成淀粉單酯化合物，粘度隨交聯(lián)劑用量增加而升高(5500～6600 BU)，并且粘度達(dá)到最大，產(chǎn)品透明性好，凝膠性好，但不耐剪切，適用于凝膠類產(chǎn)品(如果凍、仙草蜜等)的生產(chǎn)。

當(dāng)三偏磷酸鈉用量為0.3～1.0 g時，粘度隨交聯(lián)劑用量的增加而下降(5499～2000 BU)，淀粉無凝膠性，耐剪切，耐酸，耐高溫，適用于工藝條件比較苛刻的產(chǎn)品(如醬料類、沙司類等)的生產(chǎn)。

當(dāng)三偏磷酸鈉的用量大于1.0 g時，粘度<2000 BU。淀粉在熱水里也不會糊化，適合替代滑石粉作為潤滑劑等。

3 結(jié)論

以馬鈴薯淀粉為原料制備了馬鈴薯交聯(lián)淀粉，確定其適宜工藝條件如下：淀粉用量為2000 g，NaOH用量為8 g，Na2SO4用量為500 g，反應(yīng)溫度為42℃，反應(yīng)時間為4 h，三偏磷酸鈉用量為0.05～1.0 g?？偨Y(jié)了交聯(lián)劑三偏磷酸鈉用量對馬鈴薯交聯(lián)淀粉粘度的影響規(guī)律；在適宜反應(yīng)條件下，以三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑的馬鈴薯交聯(lián)淀粉的粘度范圍較寬，可以根據(jù)實際應(yīng)用需要，制備最合適的馬鈴薯交聯(lián)淀粉。

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