木薯交聯(lián)淀粉的制備及性質(zhì)研究

楊素

以木薯淀粉為原料，以沉降積為評價指標(biāo)，研究三偏磷酸鈉添加量、PH值、反應(yīng)溫度（T）、反應(yīng)時間（t）對淀粉交聯(lián)程度的影響，并對交聯(lián)淀粉的糊化特性進(jìn)行分析測定。結(jié)果表明交聯(lián)淀粉的最佳工藝為：三偏磷酸鈉添加量0.08%，反應(yīng)PH為11.0，反應(yīng)溫度為40℃，反應(yīng)時間為4h。在此條件下制得的交聯(lián)淀粉沉降積為0.90ml，與原淀粉相比，交聯(lián)淀粉糊化溫度升高，峰值粘度降低，熱穩(wěn)定性增加。

交聯(lián)淀粉即是一種通過化學(xué)方法對原淀粉進(jìn)行改性得到的一類淀粉衍生物[1，2]。相關(guān)研究表明[3]，淀粉經(jīng)交聯(lián)后，分子量增大，結(jié)構(gòu)變得緊密，具有更好的機(jī)械強(qiáng)度與空間結(jié)構(gòu)，且不易糊化，耐熱、耐酸、耐剪切，可以廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等多個領(lǐng)域。目前常用的交聯(lián)劑有三偏磷酸鈉、三氯氧磷、環(huán)氧氯丙烷等。與其它交聯(lián)劑相比，三偏磷酸鈉和淀粉的交聯(lián)為無機(jī)酯鍵交聯(lián)，對酸的作用穩(wěn)定性高。因此本研究以木薯淀粉為原料，三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑制備交聯(lián)淀粉，以沉降積為評價指標(biāo)，分別考察三偏磷酸鈉添加量、PH值、反應(yīng)溫度（T）、反應(yīng)時間（t）對淀粉交聯(lián)程度的影響，并對交聯(lián)淀粉的糊化特性進(jìn)行分析研究。

材料與方法

原料及試劑 木薯淀粉（工業(yè)級）;氯化鈉（分析純）;氫氧化鈉（分析純）;鹽酸（分析純）;三偏磷酸鈉（分析純）。

儀器及設(shè)備 ?Viscograph-E電子式粘度儀;PHS-3C型雷茲pH計;DD-5M型湘儀離心機(jī);JB300-D型強(qiáng)力電動攪拌機(jī);SHB-B95型循環(huán)水式多用真空泵。

木薯交聯(lián)淀粉的制備 取木薯淀粉配制濃度為20～22 °Bé的淀粉乳，加入氯化鈉作為膨脹抑制劑，調(diào)節(jié)pH值，在一定溫度下，加入三偏磷酸鈉作為交聯(lián)劑，反應(yīng)一定時間后將反應(yīng)體系調(diào)至中性，然后經(jīng)抽濾、洗滌、烘干、粉碎后即為交聯(lián)淀粉。

交聯(lián)度的測定 稱取0.75g淀粉干基，放入150m1燒杯中，加入25ml去離子水，調(diào)成淀粉乳，沸水浴準(zhǔn)確計時2分鐘，取出靜置冷卻至室溫;補(bǔ)水到恒重，吸取10ml淀粉糊于15ml離心管中，置離心機(jī)中以4000rpm離心5min，然后取上清液計算體積V，則沉降積（ml）=10-V。

糊化特性測定 準(zhǔn)確配制成5%的淀粉溶液于測量杯中，設(shè)置相應(yīng)的程序升溫模式進(jìn)行測定，測定結(jié)束后在粘度儀配套軟件中顯示Brabender曲線，并自動計算相關(guān)參數(shù)。

結(jié)果與討論

三偏磷酸鈉添加量對交聯(lián)程度的影響 如圖1所示，添加量為0.02%時，沉降積為2.3ml，表明淀粉交聯(lián)程度很低，這是因?yàn)榇藭r三偏磷酸鈉分子在體系中含量過少，與淀粉分子碰撞幾率低。當(dāng)逐漸增加三偏磷酸鈉含量至0.08%時，三偏磷酸鈉與淀粉分子的反應(yīng)機(jī)會大大增加，淀粉分子中的活性羥基可以結(jié)合更多的交聯(lián)劑，因此淀粉交聯(lián)程度增加。但當(dāng)添加量為0.1%時，沉降積變化不明顯，是因?yàn)榻宦?lián)化學(xué)鍵使淀粉分子較為穩(wěn)定的結(jié)合在一起，減緩了分子運(yùn)動速率，從而使分子運(yùn)動變緩。因此，三偏磷酸鈉添加量選擇0.08%較為合適。

反應(yīng)pH對交聯(lián)程度的影響 在較高的pH條件下，淀粉易形成淀粉氧負(fù)離子[4]，該氧負(fù)離子親核性越強(qiáng)，越易同三偏磷酸鈉發(fā)生親核取代反應(yīng);但當(dāng)pH>11時，過高的堿濃度使淀粉過度溶脹，體系粘稠度增加，阻止淀粉分子與交聯(lián)試劑的碰撞將結(jié)合，導(dǎo)致交聯(lián)度降低，沉降積增加（圖1）。張皓等[5]研究表明，反應(yīng)體系中堿性過高時，可在一定程度上使三偏磷酸鈉發(fā)生水解，降低交聯(lián)效率。因此選擇PH=11.0為合適的反應(yīng)PH值。

反應(yīng)溫度對交聯(lián)程度的影響 T<40℃時，沉降積隨溫度升高而降低，T>40℃時，沉降積隨溫度升高而增加（圖1）。一定的反應(yīng)溫度可以提高淀粉分子運(yùn)動速率，增分子之間相互碰撞機(jī)會，還可促進(jìn)試劑在淀粉分子中的擴(kuò)散滲透，當(dāng)溫度過高時，淀粉易糊化，影響交聯(lián)反應(yīng)的順利進(jìn)行。因此選擇40℃作為合適的反應(yīng)溫度。

反應(yīng)時間對交聯(lián)程度的影響 沉降積隨反應(yīng)時間的增加而增加，在t=4h時沉降積最小，交聯(lián)度最大;t=5h時沉降積有所回升（圖1），這是因?yàn)榈竭_(dá)一定反應(yīng)時間后，反應(yīng)體系中的交聯(lián)劑已經(jīng)消耗殆盡，反應(yīng)開始向逆方向進(jìn)行，副產(chǎn)物逐漸在體系中積累，導(dǎo)致交聯(lián)度降低。因此選擇4h為合適的反應(yīng)時間。

糊化特性測定結(jié)果 淀粉分子在加熱過程中氫鍵受熱強(qiáng)度減弱，顆粒吸水膨脹，粘度上升，繼續(xù)受熱至一定程度后，氫鍵斷裂，顆粒崩潰分解，粘度下降[6]。而淀粉經(jīng)過交聯(lián)后，交聯(lián)的化學(xué)鍵強(qiáng)度較好，可在氫鍵破裂后繼續(xù)維持淀粉顆粒強(qiáng)度，抑制淀粉膨脹，因此交聯(lián)淀粉糊化需要更大的能量，表現(xiàn)為糊化溫度高于原淀粉，峰值粘度低于原淀粉（圖2），且在整個加熱期間粘度損失較小，熱穩(wěn)定性較好。這與楊月等[7]的研究結(jié)果相一致。

本研究以木薯淀粉為原料，三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑制備交聯(lián)淀粉，以沉降積為評價指標(biāo)，對影響淀粉交聯(lián)程度的四個因素（三偏磷酸鈉添加量、pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間）進(jìn)行研究，得到最佳工藝為：三偏磷酸鈉添加量0.08%，反應(yīng)PH 11.0，反應(yīng)溫度 40℃，反應(yīng)時間 4h，此時淀粉沉降積為0.9ml。與原淀粉相比，交聯(lián)淀粉糊化溫度升高，峰值粘度降低，熱穩(wěn)定性增加。

參考文獻(xiàn)

[1] 邵華為. 芭蕉芋交聯(lián)淀粉的制備及性質(zhì)研究[J]. 中國糧油學(xué)報， 2019， 34（04）：58-64.

[2] Shah N ， ?Mewada R K ， ?Mehta T . Crosslinking of starch and its effect on viscosity behaviour[J]. Reviews in Chemical Engineering， 2016， 32（2）：265-270.

[3] 問娟娟、崔建強(qiáng)、張爽. 玉米淀粉微球制備條件優(yōu)化及其載藥性研究[J]. 化學(xué)工程師， 2020， 300（09）：15-18.

[4] 劉璟銜， 張玲， 楊海英，等. 響應(yīng)面法優(yōu)化戊二醛交聯(lián)木薯淀粉的制備及結(jié)構(gòu)表征[J]. 食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報， 2019， 010（020）：6869-6875.

[5] 張皓， 石文杰. 六偏磷酸鈉制備交聯(lián)淀粉中不同反應(yīng)條件對沉降積的影響分析[J]. 當(dāng)代化工研究， 2017， 0（05）：P.128-129.

[6] 安飛， 劉亞偉， 劉潔. 交聯(lián)程度對木薯淀粉特性的影響[J]. 食品科學(xué)， 2017， 38（15）：101-107.

[7] 楊月， 陸丹英， 凌靜，等. 交聯(lián)木薯淀粉對蜜橘涂膜保鮮效果研究[J]. 食品科學(xué)， 2011（06）：275-278.