郭 朔，杜連起，許 瑞，閆榮榮

(1 河北科技師范學院食品科技學院，河北 秦皇島，066600；2 天津科技大學)

氧化-乙?；适淼矸壑苽浼靶再|(zhì)測定

郭 朔1，杜連起1，許 瑞1，閆榮榮2

(1 河北科技師范學院食品科技學院，河北 秦皇島，066600；2 天津科技大學)

以漂白甘薯淀粉為原料，對氧化-乙酰化甘薯淀粉的制備工藝進行了研究，并對其部分物理化學性質(zhì)進行了研究。通過單因素和正交試驗得出制備氧化-乙?；适淼矸圩罴压に嚄l件：乙酸酐添加量為為淀粉乳體積的8%，反應pH為7.0，反應時間1.5 h，通過以上制備條件可得取代度為0.029的氧化-乙?；适淼矸?。酯化改性后的甘薯淀粉透光率與凝沉性大大改善，凍融穩(wěn)定性、抗老化性、酸堿穩(wěn)定性、溶解度、白度都得到了提高。

甘薯淀粉；乙?；货セ?；性質(zhì)

天然淀粉由于凝膠性、保水性差、粘度低等因素不能滿足某些加工要求，需要對其進行變性處理[1]。變性淀粉系采用物理、化學及酶轉(zhuǎn)化的方法，使淀粉氧化、醚化、酯化、糊化，以改變淀粉的抗酸性、熱穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性及抗剪切能力等性質(zhì)，使其成為具有特殊用途的淀粉。應用食品工業(yè)的變性淀粉主要有冷水可溶淀粉、環(huán)狀糊精、交聯(lián)淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉等產(chǎn)品[2]。王春艷[3]研究表明，醋酸酐和己二酸的混合酸酐處理甘薯淀粉可以使其凍融穩(wěn)定性提高，凝沉性變?nèi)?，抗老化性能增強，但是耐堿性較差。劉強等[4]報道了氧化甘薯淀粉粘度太低的缺陷。杜連起等[5]研究了馬鈴薯原淀粉與醋酸酐、交聯(lián)劑作用，得到的馬鈴薯交聯(lián)淀粉醋酸酯的性質(zhì)。關于氧化-乙?；幚砀适淼矸鄣难芯可胁辉敱M。氧化淀粉具有糊化溫度低，熱糊粘度小而熱穩(wěn)定性強，產(chǎn)品顏色潔白，糊透明，成膜性好，凍融穩(wěn)定性好的優(yōu)點，但其抗老化性、酸堿穩(wěn)定性較差[3]。以氧化淀粉為原料制備乙?；矸?，可能得到較優(yōu)抗老化性、酸堿穩(wěn)定性的產(chǎn)品。本試驗系統(tǒng)的研究了乙?；男詫Ω适淼矸坌再|(zhì)和結(jié)構(gòu)的影響，為其在工業(yè)中的應用提供理論基礎[6]。

1 材料與方法

1.1 材料

甘薯原淀粉(市售)，體積分數(shù)為0.30的H2O2，乙酸酐，鹽酸，NaOH(均為分析純)，質(zhì)量濃度為10 g/L的酚酞(天津市天新精細化工開發(fā)中心)乙醇溶液。

1.2 主要儀器設備

JA2003型電子天平(上海良平儀器儀表有限公司生產(chǎn))，HW.SY11-K型電熱恒溫水浴鍋(北京市長風儀器儀表公司生產(chǎn))， pHS-3E型pH計(江蘇電分析儀器廠生產(chǎn))，723型分光光度計(上海光譜儀器有限公司生產(chǎn))，TDZS-WS臺式低俗離心機(長沙湘儀離心機儀器有限公司生產(chǎn))，NDJ-8S型旋轉(zhuǎn)粘度計(上海天平儀器廠生產(chǎn))，WMZK-10型烘箱(廣州冶金機械廠生產(chǎn))，SMY-2000測色色差計(北京盛名揚科技開發(fā)有限責任公司生產(chǎn))。

1.3 試驗方法

1.3.1甘薯淀粉的漂白預處理

H2O H2O2

↓ ↓

淀粉→淀粉乳→氧化反應→中和→過濾→洗滌→脫水→干燥→成品

↑

NaOH

1.3.2氧化-乙酰化甘薯淀粉的制備

蒸餾水 乙酸酐

↓ ↓

甘薯漂白淀粉→淀粉乳→乙?；磻S持pH值在7～11范圍內(nèi)→中和→洗滌→干燥→成品

1.3.3操作要點

(1)漂白甘薯淀粉的制作 配置甘薯淀粉質(zhì)量分數(shù)為0.40的淀粉乳，用質(zhì)量濃度30 g/L的NaOH調(diào)節(jié)至pH 10.0；將淀粉乳質(zhì)量4%的H2O2，與淀粉乳混合，在40 ℃下反應，反應完成后中和、過濾、洗滌、干燥得成品。

(2)氧化-乙酰化甘薯淀粉的制作 配制甘薯漂白淀粉質(zhì)量分數(shù)為0.40的淀粉乳，用0.75 mol/L的NaOH調(diào)淀粉乳pH值至一定值，將其置于40 ℃的水浴鍋中攪拌，待淀粉吸水溶脹、堿化1 h后，置其于磁力攪拌器上，逐滴加入一定質(zhì)量的乙酸酐，并用0.75 mol/L的NaOH控制反應體系的pH值不變，待酸酐加完后，繼續(xù)反應一段時間，調(diào)淀粉乳pH值為6.0～6.5之間，抽濾，并用蒸餾水洗滌3次，45 ℃下干燥過夜，粉碎，過篩(篩孔尺寸0.125 mm)，保存得成品。

1.3.4氧化-乙?；适淼矸壑苽鋯我蛩卦囼?/p>

(1)乙酸酐添加量的確定 配制甘薯漂白淀粉質(zhì)量分數(shù)為0.40的淀粉乳，用0.75 mol/L NaOH調(diào)淀粉乳pH為8，反應時間為2 h，以取代度DS為指標，確定最適乙酸酐添加量。

(2)反應pH的確定 配制甘薯漂白淀粉質(zhì)量分數(shù)為0.40的淀粉乳，將淀粉乳體積9%的乙酸酐與淀粉乳混合，反應時間為2 h，以取代度DS為指標，確定最適pH。

(3)反應時間的確定 配制甘薯漂白淀粉質(zhì)量分數(shù)為0.40的淀粉乳，用0.75 mol/L NaOH調(diào)淀粉乳pH為8，將淀粉乳體積9%的乙酸酐與淀粉乳混合，以取代度DS為指標，確定最佳反應時間。

1.3.5氧化-乙酰化甘薯淀粉制備最佳工藝的確定 在單因素試驗基礎上，取三水平設計L9(34)正交試驗。根據(jù)正交試驗計算極差(R)的大小，可以確定在設定的水平范圍內(nèi)，各因素對試驗指標的影響程度，并得到最佳工藝。

1.4 氧化-乙?；适淼矸劾砘笜说臏y定

1.4.1甘薯漂白淀粉取代度的測定[7]稱取5 g氧化-乙?；适淼矸蹣悠酚?50 mL碘量瓶，加50 mL蒸餾水，滴加1滴酚酞，用0.l mol/L的NaOH調(diào)至微紅色不消失，用25 mL移液管吸取25.00 mL 0.5 mol/L NaOH加入碘量瓶中，蓋上瓶塞，攪拌1 h，用少量蒸餾水沖洗瓶塞、內(nèi)壁，用0.5 mol/L的HCl滴定至紅色消失為終點。同時用漂白甘薯淀粉做空白。

式中:Wac為乙?；?%)。c為HCl的濃度(mol/L)。m為淀粉質(zhì)量(g)。 162為葡萄糖殘基的摩爾質(zhì)量(g/mol)。 43為乙酸酐的摩爾質(zhì)量(g/mo1)。DS為取代度。v1為漂白甘薯淀粉消耗的HCl體積(mL)。v2為氧化-乙?；适淼矸巯牡腍Cl體積(mL)。

1.4.2氧化-乙?；适淼矸坌再|(zhì)測定

透光率與凝沉性測定按參考文獻[6]介紹的方法進行。

凍融穩(wěn)定性測定按參考文獻[6]介紹的方法進行。

抗老化性測定按參考文獻[7]介紹的方法進行。

酸堿穩(wěn)定性測定按參考文獻[8]介紹的方法進行。

溶解度和膨潤力測定按參考文獻[9]介紹的方法進行。

白度使用色差計對樣品白板進行測定，讀取白度值。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

圖1 乙酸酐用量對DS的影響

2.1.1乙酸酐用量對DS的影響 當乙酸酐用量為淀粉乳體積9%時，得到的氧化-乙?；适淼矸廴〈茸罡?圖1)。在其他乙酸酐添加量條件下，氧化-乙?；适淼矸廴〈菵S都比較低。這是由于乙酸酐濃度增大，反應分子間的有效碰撞幾率增加，更多的反應試劑與淀粉結(jié)合，從而增加了氧化-乙?；适淼矸鄣娜〈菵S。但當乙酸酐添加量超過一定量時，部分乙酸酐可能會發(fā)生水解，降低酯化反應的效率。因此，乙酸酐添加量應該控制在淀粉乳體積的8%～9%，以便得到取代度較為理想的氧化-乙?；适淼矸?。

2.1.2pH對DS的影響 當反應pH為8.0時，得到的氧化-乙?；适淼矸廴〈茸罡?圖2)。而在其它反應pH條件下，氧化-乙?；适淼矸鄣娜〈菵S較低。這是由于乙?；磻膒H是依靠一定濃度的NaOH來維持的，NaOH在該反應中起著催化作用，在一定條件下會促使反應朝正反應方向進行。反應pH過低，不利于淀粉分子羥基的活化，會嚴重影響氧化-乙酰化甘薯淀粉的生成，進而反映到其取代度DS較低這一現(xiàn)象上。然而，反應pH超過8.0時，氧化-乙?；适淼矸鄣娜〈菵S開始下降，這是由于過高的pH不僅讓乙酸酐和NaOH直接反應，使參與有效反應的乙酸酐含量減少，產(chǎn)品還可能會在這種高pH環(huán)境下發(fā)生水解，降低改性淀粉乙酰基的含量，進而降低成品的取代度。因此，甘薯淀粉的乙酰化反應應該在適宜的pH條件下進行，一般控制在8～9之間。

2.1.3反應時間對DS的影響 當反應時間為1～3 h時，氧化-乙?；适淼矸鄣娜〈菵S隨反應時間的延長有所增加(圖3)。這是因為反應時間過短，可能會有部分乙酸酐未與淀粉反應，所以無法得到理想取代度的成品；反應時間的延長，有利于乙酸酐與淀粉充分結(jié)合，使乙?；磻映浞?、完全，從而提高成品的取代度。在實際操作中反應時間超過2 h，DS差異不大，故反應時間控制在2 h左右。

圖2 pH對DS的影響 圖3 反應時間對DS的影響

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

試驗因素水平表見表1。正交試驗的結(jié)果見表2。從極差(R)的計算結(jié)果可以看出，在設定的水平范圍內(nèi)，各因素對取代度影響的重要性依次為pH，乙酸酐添加量，反應時間。根據(jù)K值變化，可以將氧化-乙?；适淼矸圩罴压に嚄l件確定為A2B1C1。而由表2試驗結(jié)果得到的最佳工藝條件為A1B1C1，故需要進行驗證試驗，確定最優(yōu)組合。具體驗證的試驗結(jié)果見表3。由表3的試驗結(jié)果可以看出，最優(yōu)組合為A1B1C1，即乙酸酐添加量8%，pH值7.0，反應時間1.5 h。

表1 氧化-乙?；适淼矸鄣脑O計因素水平

表2 正交試驗因素水平及結(jié)果

表3 氧化-乙?；适淼矸圩顑?yōu)組合驗證試驗

2.3 氧化-乙?；适淼矸圪|(zhì)量分析

為了驗證采用乙酰化制備甘薯變性淀粉的性能，對其相關的性質(zhì)進行了測定，同時和甘薯原淀粉、其他變性淀粉進行了比較。

2.3.1透光率與凝沉性 氧化-乙?；适淼矸鄣耐腹饴瘦^原甘薯淀粉和甘薯漂白淀粉(16.5)[10]大大改善(表4)。主要是由于乙?；男云茐牧说矸鄯肿娱g的氫鍵和相互作用力，空隙增大，增加了可見光的透射性，提高淀粉糊的透光率。原淀粉的凝沉性很大，經(jīng)過漂白預處理后，凝沉性大大降低，氧化作用可以切斷直鏈淀粉分子鏈，使甘薯漂白淀粉凝沉性降低。乙?；男院蟮母适砥椎矸?40.5)，凝沉性有所降低。這是因為乙?；怯H水基團，使得氧化-乙酰化甘薯淀粉可以與水密切結(jié)合，降低凝沉性。2.3.2凍融穩(wěn)定性 試驗結(jié)果表明，甘薯原淀粉和甘薯漂白淀粉(85.00)[11]的析水率大于氧化-乙?；适淼矸?表5)，說明乙酰化改性大大提高了淀粉凍融穩(wěn)定性。這是因為在甘薯淀粉分子中引入了親水基團乙酰基,它會與直鏈淀粉的脫水葡萄糖羥基形成分子內(nèi)氫鍵,破壞直鏈淀粉分子的直線性,改善凍融穩(wěn)定性。

表4 氧化-乙?；适淼矸叟c原淀粉透光率與凝沉性

表5 氧化-乙?；适淼矸叟c原淀粉的凍融穩(wěn)定性

2.3.3抗老化性 變性淀粉冷熱粘度差值越大說明其抗老化性越差，反之則抗老化性越強。試驗結(jié)果表明，原甘薯淀粉的冷熱粘度差值較大，達到了0.341 mPa·s(表6)，而氧化-乙?；适淼矸鄣睦錈狃ざ炔钪递^小，僅為0.059 mPa·s，兩者相差0.282 mPa·s。這說明甘薯原淀粉老化傾向較大,抗老化性能弱，而氧化-乙酰化甘薯淀粉的老化傾向較小，抗老化性能較強。

表6 氧化-乙?；适淼矸叟c原淀粉的抗老化性

2.3.4酸堿穩(wěn)定性 對于原甘薯淀粉糊液和氧化-乙?；适淼矸酆海铀釅A和未加酸堿的粘度差值可反應出其抗酸堿性的大小，粘度差值越大抗酸堿性越差，反之則越強。圖4表明，在實際生產(chǎn)中應根據(jù)所生產(chǎn)食品對粘度的要求，合理選擇pH和氧化-乙酰化甘薯淀粉[15]。

圖4 氧化-乙?；适淼矸叟c原淀粉抗酸抗堿性

2.3.5溶解度和膨潤力 試驗結(jié)果表明，氧化-乙酰化甘薯淀粉的溶解度比原淀粉高，膨潤力比原淀粉低(表7)。這是因為甘薯經(jīng)過酯化，引入了乙?；?，故極性增強，親水能力增大，而且酯化高溫處理后，一部分不溶性的大分子降解成可溶性的小分子，也使溶解度增加。由參考文獻[1]可知，氧化-乙?；适淼矸廴芙舛葍?yōu)于馬鈴薯氧化淀粉(10.0)，而膨潤力低于馬鈴薯氧化淀粉(14.0)。氧化-乙酰化甘薯淀粉更適合做增稠劑和穩(wěn)定劑。

2.3.6白度 氧化-乙?；适淼矸鄣陌锥雀哂谠适淼矸?、乙酰化玉米淀粉(96.0)[12](表8)，提高了淀粉色澤，使之更加美觀。

表7 氧化-乙酰化甘薯淀粉與原淀粉溶解度和膨潤力

表8 氧化-乙?；适淼矸叟c原淀粉的白度

3 結(jié) 論

本試驗以甘薯淀粉為主要原料，以研究氧化-乙?；适淼矸鄣闹苽涔に嚍榛A，重點研究了乙酰化改性對甘薯淀粉性質(zhì)的影響，通過對試驗結(jié)果的綜合分析得如下結(jié)論：

(1)各反應因素對氧化-乙?；适淼矸廴〈鹊挠绊懼鞔雾樞驗閜H，乙酸酐添加量，反應時間；最佳工藝為乙酸酐添加量為淀粉乳體積的8%，pH 7.0，反應時間1.5 h。

(2)與原淀粉相比，氧化-乙?；适淼矸鄣娜芙舛?、凍融穩(wěn)定性提高，凝沉性、膨潤力降低，抗老化性、酸堿穩(wěn)定性增強。適用于食品的增稠劑和穩(wěn)定劑。

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(責任編輯：朱寶昌)

Abstract: The application of natural sweet potato starch was limited due to the thermal instability of the pastes, weak acid and alkali resistance and poor freeze-thaw stability. On the basis of the above reasons, the bleached sweet potato starch was used as the raw material to carry out the preparation of the oxidized acetylated sweet potato starch. And the physical and chemical properties were also studied. The single factor and orthogonal experiments resulted in the optimum conditions of preparation of the oxidized acetylated sweet potato starch as: addition of 8% acetic anhydride at pH 7.0 for 1.5 h. By this way, the substitution degree of oxidized acetylated sweet potato starch might reach as much as 0.029. The light transmission rate and the retrogradation properties, as well as the freeze-thaw stability, the anti-aging ability, the acid-base stability, the solubility and the whiteness were all improved in the esterification modified sweet potato starch.

Keywords：sweet potato starch; acetylation; esterification; property

PreparationandPropertiesofOxidizedAcetylationSweetPotatoStarch

GUO Shuo1, DU Lianqi1, XU Rui1,YAN Rongrong2

(1 College of Food Science & Technology, Hebei Normal University of Science & Technology, Qinhuangdao Hebei,066600; 2 Tianjin University of Science & Technology; China)

S662.1

A

1672-7983(2017)02-0043-06

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2017.02.008

2016-12-19;修改稿收到日期2017-05-04

郭朔(1983-)，女，講師，碩士。主要研究方向：糧油食品開發(fā)。