馬鈴薯交聯淀粉的制備及交聯劑的影響分析

崔 媛，羅菊香，崔國星

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

交聯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鍵可得到交聯淀粉，使淀粉的性質發生改變，主要表現在粘度提高、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，降低生產成本。制備交聯淀粉[1～3]所用的交聯劑主要有三偏磷酸鈉、三氯氧磷、環氧氯丙烷、甲醛等。作者在此以三偏磷酸鈉為交聯劑制備馬鈴薯交聯淀粉，并對交聯反應工藝條件進行了優化，總結了交聯劑用量對交聯淀粉粘度的影響規律。為改善馬鈴薯淀粉的性能、拓寬其應用范圍、提高產品附加值提供了依據。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

馬鈴薯淀粉，優級品，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

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

1.3 方法

以水為反應溶劑，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器中，充分攪拌均勻后移入自循環反應器中，加熱夾套循環水，將物料升溫到一定值，在保溫條件下進行反應。反應結束后加入鹽酸調pH值至5.5～6.5，過濾，洗滌，干燥，得到粉末狀的馬鈴薯交聯淀粉。

1.4 測定方法

采用連續升溫法(淀粉乳濃度5%，量程扭矩特定值125 cmg)測定粘度。

2 結果與討論

2.1 馬鈴薯交聯淀粉的制備工藝條件優化

2.1.1 淀粉乳濃度對交聯反應的影響

在馬鈴薯淀粉用量為2000 g、反應溫度為42℃、NaOH用量為8 g、三偏磷酸鈉用量為0.3 g、Na2SO4用量為500 g、反應時間為4 h的條件下，考察淀粉乳濃度對馬鈴薯交聯淀粉粘度的影響，結果見圖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，反應物料與淀粉的接觸幾率減小，反應效率低，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用量對交聯反應的影響

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

圖2 NaOH用量對粘度的影響

從圖2可知，馬鈴薯交聯淀粉的粘度隨NaOH用量的增加而升高，當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，產生可以發生交聯反應的St-ONa活化分子[5]；另一方面是保證反應在堿性環境下進行。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；但當其用量超過8 g時，淀粉在反應過程中會因為堿化反應導致糊化溫度降低而糊化[6]，使后續處理困難，粘度下降。因此，確定最佳NaOH用量為8 g。

2.1.3 Na2SO4用量對交聯反應的影響

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

圖3 Na2SO4用量對粘度的影響

從圖3可知，馬鈴薯交聯淀粉的粘度隨Na2SO4用量的增加而升高，當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。當其用量低(<500 g)時，反應效率低；當其用量高(>550 g)時，淀粉乳濃度過大，堿化反應嚴重，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 反應溫度對交聯反應的影響

固定淀粉乳濃度為43%、其它條件同2.1.1，考察反應溫度對馬鈴薯交聯淀粉粘度的影響，結果見圖4。

圖4 反應溫度對粘度的影響

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

2.1.5 反應時間對交聯反應的影響

固定淀粉乳濃度為43%、其它條件同2.1.1，考察反應時間對馬鈴薯交聯淀粉粘度的影響，結果見圖5。

圖5 反應時間對粘度的影響

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

2.2 三偏磷酸鈉用量對馬鈴薯交聯淀粉粘度的影響

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

圖6 三偏磷酸鈉用量對粘度的影響

由圖6可知，交聯劑用量對馬鈴薯淀粉的影響如下：

當三偏磷酸鈉用量為0.05～0.3 g時，交聯生成淀粉單酯化合物，粘度隨交聯劑用量增加而升高(5500～6600 BU)，并且粘度達到最大，產品透明性好，凝膠性好，但不耐剪切，適用于凝膠類產品(如果凍、仙草蜜等)的生產。

當三偏磷酸鈉用量為0.3～1.0 g時，粘度隨交聯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品(如醬料類、沙司類等)的生產。

當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 結論

以馬鈴薯淀粉為原料制備了馬鈴薯交聯淀粉，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，反應溫度為42℃，反應時間為4 h，三偏磷酸鈉用量為0.05～1.0 g。總結了交聯劑三偏磷酸鈉用量對馬鈴薯交聯淀粉粘度的影響規律；在適宜反應條件下，以三偏磷酸鈉為交聯劑的馬鈴薯交聯淀粉的粘度范圍較寬，可以根據實際應用需要，制備最合適的馬鈴薯交聯淀粉。

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