马铃薯淀粉糊化工艺研究

马铃薯淀粉糊化工艺研究魏显华,党斌＊　(青海省农林科学院,青海西宁810016)摘要　[目的]优化马铃薯淀粉糊化工艺条件。[方法]以青海省马铃薯淀粉为原料,采用低温糊化法,通过单因素和正交试验对其糊化条件进行了优化。[结果]马铃薯淀粉糊化的最佳工艺条件:马铃薯淀粉与水的比例1∶18,糊化温度55℃,40%的添加量1.0,糊化时间30;在此条件下,所制得的淀粉糊黏稠、透明、糊化度达到96%。各单因素中,糊化温度对淀粉糊化度的影响最大,马铃薯淀粉与水的比例(∶)、添加量次之,糊化时间对糊化度的影响最小,糊化温度和马铃薯淀粉与水的比例是影响马铃薯淀粉糊化度的关键因子。[结论]该研究结果为淀粉糊化工艺的研究和应用提供了理论依据。关键词　马铃薯淀粉;糊化工艺;优化中图分类号　532　　文献标识码　　　文章编号　0517-6611(2010)12-06512-03-　(,,810016)　[].[]-,--.[]:1∶18,1.0,55℃,30;-,,96%.:,.[].　;;基金项目　青海省农林科学院青年创新基金项目。作者简介　魏显华(1956-),女,吉林长春人,实验师,从事测试分析工作。＊通讯作者,-:811@.。收稿日期　2009-12-30　　淀粉是由天然光合成,以微小颗粒存在,不溶于水,难被酶解。淀粉颗粒的直接应用很少,一般是利用其糊化性质,在水的存在下加热,使颗粒吸水膨胀,形成水溶黏稠的糊,应用所得淀粉糊[1]。淀粉糊主要用作食品添加剂、胶水、浆糊,并用于纸张和纺织品的制造中,淀粉糊的好坏直接影响到实际生产。特别是在研究淀粉与不饱和单体的接枝共聚反应过程中,淀粉糊的质量则是决定实际应用效果的重要基础。淀粉糊化后分子链伸展,成为比较均匀的糊状胶体,对于水溶性的单体和引发剂,淀粉糊化后提高了与单体、引发剂之间的相容性,使单体分子更容易扩散到淀粉大分子周围,有助于反应体系均匀性,从而有利于接枝共聚反应[2-3]。可见淀粉的糊化程度对接枝共聚反应影响较大,研究淀粉的糊化性质与淀粉糊的性质关系至为重要[4-5]。淀粉糊化条件是决定其作用效果的主要因素之一,该研究中,笔者以青海省马铃薯淀粉为原料,利用单因素和正交试验设计对其糊化条件进行优化,以期为淀粉糊化工艺的研究和应用提供理论依据。1　材料与方法1.1　材料　马铃薯精制淀粉,由青海绿源实业有限责任公司提供。1.2　糊化度的测定　β-淀粉酶在适当的值和温度下,能在一定的时间内,将糊化淀粉转化成还原糖及β-糊精,转化的糖量与淀粉的糊化程度成比例。用铁氰化钾法测其还原糖量,即可计算出淀粉的糊化度[6]。所测试样糊化度α(%),按下式计算:α(%)=〔(-)/(-)〕×100式中,为空白滴定量,为完全糊化样品溶液滴定量,为样品溶液滴定量。1.3　各单因素对马铃薯淀粉糊化度的影响1.3.1　淀粉与水的比例(∶)对马铃薯淀粉糊化度的影响。在40%添加量为1.0(淀粉质量的10%)、糊化温度55℃、糊化时间30的条件下,分别研究不同淀粉与水的比例(1∶16、1∶18、1∶20、1∶25)对马铃薯淀粉糊化度的影响。1.3.2　糊化时间对马铃薯淀粉糊化度的影响。在40%添加量1.0、“1.3.1”节试验中确定的最佳淀粉与水的比例、糊化温度55℃的条件下,分别研究不同糊化时间(10、20、30、40、50)对马铃薯淀粉糊化度的影响。1.3.3　添加量对马铃薯淀粉糊化度的影响。在糊化温度55℃、“1.3.1、1.3.2”节试验中确定的最佳淀粉与水的比例和糊化时间的条件下,分别研究不同40%添加量(0.4、0.6、0.8、1.0、1.2)对马铃薯淀粉糊化度的影响。1.3.4　糊化温度对马铃薯淀粉糊化度的影响。以“1.3.1、1.3.2、1.3.3”节试验中确定的最佳马铃薯淀粉与水的比例、糊化时间、添加量的条件下,分别研究不同糊化温度(45、50、55、60、65℃)对马铃薯淀粉糊化度的影响。1.4　正交试验设计优化马铃薯淀粉糊化工艺　在单因素试验的基础上,采用9(34)正交设计表,以马铃薯淀粉的糊化度为评价指标,考察马铃薯淀粉与水的比例、糊化温度、添加量和糊化时间4个因素对马铃薯淀粉糊化度的影响,以确定马铃薯淀粉糊化的最佳工艺条件。各因素水平见表1。2　结果与分析2.1　各单因素对马铃薯淀粉糊化度的影响2.1.1　淀粉与水的比例。由图1可知,淀粉与水的比例不同,淀粉的糊化度有很大的差异,在一定的糊化温度和时间责任编辑　高晓余　责任校对　安徽农业科学卢瑶,..2010,38(12):6512-6514下,糊化度随着淀粉与水的比例的增大呈先升高然后下降趋势,且当淀粉与水的比例为1∶18时,其糊化度达到最大值。这是由于当淀粉与水的比例较小时,即淀粉乳浓度较高,淀粉颗粒间间隙越小,在加热的条件下,淀粉颗粒润涨空间有限,难以进一步的润涨达到完全糊化,这与甘淑珍等研究结果基本一致[7]。同样在淀粉与水的比例较大时,即在过量水分条件下,淀粉要达到完全糊化需要更高的能量,即一定的时间内要求更高温度或一定温度下要求延长一定的时间才能达到糊化[8]。由此确定淀粉与水的最佳比例为1∶18。表1　正交试验的因素与水平1　水平因素淀粉与水比例∥∶糊化温度∥℃用量∥糊化时间∥-11∶16500.82021∶18551.03031∶20601.240图1　淀粉与水比例对马铃薯糊化度的影响.1　-2.1.2　糊化时间。在一定的温度条件下,淀粉要完成整个糊化过程,必须经过3个阶段:可逆吸水阶段、不可逆吸水阶段和颗粒解体阶段,完成这一过程就需要一定的时间,即糊化时间。糊化时间也是影响糊化度的重要因素[9]。由图4可知,随着时间的延长,淀粉的糊化度增加,当糊化时间达到30时,淀粉的糊化度将不再增加,逐渐趋于稳定。由此确定最佳糊化时间为30。图2　糊化时间对糊化度的影响.2　2.1.3　的添加量。从图3可以看出,随着添加量的增加,马铃薯淀粉糊的糊化度明显增大,当添加量增至1.0后,糊化度达到最大值且趋于稳定。这是因为淀粉颗粒本身具有很强的内聚力,水分子不易渗入,作为良好的糊化剂,可将水分子带入淀粉颗粒中,尤其是氢氧根离子,有助于破坏淀粉分子间氢键,使淀粉大分子间的作用力减弱,促进淀粉分子或其聚集体水化,在较低温度下达到糊化[10]。用量愈多,淀粉糊化温度愈低,且容易完成糊化;若用量太少,则放出的热量少,糊化作用不充分。可见加入一定量的时,马铃薯淀粉糊化所需的温度较低,且糊化时间明显缩短,因此添加量以1.0为宜。图3　添加量对糊化度的影响.3　2.1.4　糊化温度。糊化温度是影响淀粉糊化的主要因素之一。温度越高,淀粉越容易糊化且糊化完全,如果加热温度过低,淀粉不能充分糊化[11]。由图2可知,马铃薯淀粉的糊化度随着温度的升高呈逐渐增大的趋势,当温度达到55℃时,淀粉糊的糊化度趋于稳定。由此确定适宜的糊化温度为55℃。图4　糊化温度对糊化度的影响.4　2.2　正交试验结果　由表2中极差分析结果可知,各因子对淀粉糊化度的影响的主次顺序为:,即糊化温度对淀粉糊化度的影响最大,马铃薯淀粉与水的比例、添加量次之,糊化时间对糊化度的影响最小,各因素的优选组合为2222,即马铃薯淀粉与水的比例1∶18,糊化温度为55℃,40%的添加量为1.0,糊化时间为30。方差分析结果表明,马铃薯淀粉与水的比例和糊化温度对马铃薯淀粉糊化度的影响达显著水平(=21.97020.05,=27.92780.05)。即二者是影响马铃薯淀粉糊化度的关键因子,淀粉乳的浓度和糊化温度的高低均决定着马铃薯淀651338卷12期　　　　　　　　　　　　　　　　魏显华等　马铃薯淀粉糊化工艺研究粉的糊化程度。表2　马铃薯淀粉糊化条件正交试验结果2　试验号.糊化度∥%1111188.482122295.503133392.304212393.505223196.016231294.107313289.058321391.929332191.82192.0990.3491.5092.10294.5494.4893.6192.88390.9392.7492.4592.573.253.721.900.703　讨论马铃薯淀粉是重要的植物淀粉,资源非常丰富。马铃薯淀粉具有糊化温度低、膨胀容易,糊化时吸水、保水力大,糊浆黏度、膨胀度及透明度高等特点,在食品、造纸、化工等领域应用非常广泛[1]。淀粉的糊化程度是决定其应用效果的基础,对其糊化条件的研究是保证高质量淀粉糊的关键。目前大多采用高温进行糊化,能耗较大[9],该研究过程中,笔者添加一定量的碱,在低温条件下进行糊化,节约能源,降低生产成本,并且保证了较好的应用效果,为马铃薯淀粉的糊化工艺的研究及淀粉糊的应用提供了理论依据。参考文献[1]张力田.淀粉的糊化和淀粉糊[].淀粉与淀粉糖,2001(3):1-5.[2]孙载坚,周普,刘启澄.接枝共聚合[].北京:化学工业出版社,1992.[3]梅小峰,朱谱新,吴大诚.淀粉糊化对接枝共聚反应的影响[].棉纺织技术,2005,33(5):261-64.[4]周建芹,姜绍通,潘丽军,等.淀粉糊老化研究及应用[].郑州工程学院学报,2002,23(4):80-84.[5],.[].,1986,38(1):1-6.[6]李启武.不同加工工段对淀粉糊化度的影响[].饲料工业,2002,23(1):7-9.[7]甘淑珍,付一帆,赵思明.小麦淀粉糊化的影响因素及黏度稳定性研究[].中国粮油学报,2009,24(2):36-39.[8]熊善柏,赵思明,冯醒桥,等.淀粉在过量水分下糊化机理研究[].粮食与油脂,2001(9):2-4.[9]杨毅才.淀粉糊化的过程及影响因素[].农产品加工,2009(2):18-19.[10]曹清明,钟海雁,李忠海,等.对蕨根淀粉加工特性的影响[].食品与机械,2007,23(5):41-44.[11]范进填.淀粉糊化动力学[].食品机械,1991,23(1):26-28.(上接第6473页)[22],,.α--[].,1998,66:201-206.[23],,.-[].,1999,34:335-340.[24],,.[].,1999,34:59-65.[25],,.[].,1999,33(8):1960-1963.[26],,.[].-,2004,97(5):329-335.[27]王宏勋,邓张双,周帅,等.刺孢小克银汉霉菌株利用马铃薯淀粉废水生产油脂的研究[].中国油脂,2007,2(8):49-51.[28]杜娟,王宏勋,金红林,等.甘薯淀粉废水发酵生产微生物油脂的研究[].生物加工过程,2007,5(1):33-36.[29]于伟君,石俊艳,王丹,等.淀粉废水生产饲料酵母的研究[].饲料工业,1991,12(12):20-21.[30]孙崇凯,崔有信.利用淀粉废水培养面包酵母的研究[].华东工学院学报,1992(2):76-79.[31],,-.--[].,1996,18:519-525.[32]刘春朝,钱新民.球形红杆菌2的生物学特性及其应用[].工业微生物,1996,26(3):24-28.[33],,.1--[].-,1998,14:505-511.[34]王虹,刘宏斌,刘娟.光合细菌降解3种有机废水的试验研究[].西北大学学报:自然科学版,1994,24(3):235-240.[35]席淑淇,成玮,刘培富.利用废水生产光合细菌提取天然色素的研究[].污染防治技术,1997,10(2):65-67.[36]朱辉,何国庆.利用淀粉废水培养食用菌菌丝体的初步研究[].中国粮油学报,1998,13(6):35-38.[37],,.-[].-,2007,24(4):441-447.[38]王岁楼,张平之,王平诸.以淀粉废水为原料的乳酸钙发酵工艺研究[].郑州粮食学院学报,1996,17(4):20-25.[39],,.[].,2004,39:1131-1135.[40]刘茂昌,李静,凌娟.循环经济理念下农业生产废物资源化的有效途径[].畜牧与饲料科学,2009,3