我國(guó)甘薯種植面積達(dá)700萬(wàn)公頃以上,年產(chǎn)鮮薯1億多噸,占世界總產(chǎn)量的80%以上。甘薯是一種重要的淀粉工業(yè)原料。但由于薯塊中含有的果膠、纖維等雜質(zhì)多,且在加工過(guò)程中易產(chǎn)生褐變,因而長(zhǎng)期以來(lái),淀粉工廠寧愿以玉米為原料而不用甘薯,以致甘薯資源優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到發(fā)揮。
近年來(lái)用新技術(shù)獲得了精白淀粉,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)而研究了甘薯變性淀粉的制取技術(shù)和產(chǎn)品的理化特性,這對(duì)拓寬甘薯使用范圍,顯著提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,有著重要的意義。
1.材料與設(shè)備
(1)材料 甘薯原淀粉、冰醋酸、淀粉酶、三聚磷酸鈉、HCL、H2SO4、NaOH、Ca(OH)2、I2、KI、KIO3、NaClO、NaSO3、Na2S2O3、Na2CO3o
(2)設(shè)備 分樣篩、干燥箱、恒溫水箱、溫箱、冰箱、離心機(jī)、NDJ一1型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、光學(xué)顯微鏡(附測(cè)微尺)、721-A型分光光度計(jì)。
2.制取工藝
(1)氧化淀粉的制取 氧化淀粉是改變了羧基和羰基含量而聚合度較低的淀粉,本研究采用的氧化劑為次氯酸鈉,基本工藝流程如下:
原淀粉一加水調(diào)成淀粉乳、加入次氯酸鈉反應(yīng)一用亞硫酸鈉終止反應(yīng)-清洗-干燥
氧化淀粉的用途主要是造紙和紡織工業(yè),要求產(chǎn)品粘度低。為了尋求生產(chǎn)低粘度甘薯氧化淀粉的最適宜工藝參數(shù),先進(jìn)行淀粉乳濃度、次氯酸鈉中有效氯含量、添加次氯酸鈉的速度、反應(yīng)的pH值和時(shí)間等單因子試驗(yàn),在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。結(jié)果為:最佳反應(yīng)條件是次氯酸鈉中有效氯含量9%,反應(yīng)體系pH值10左右,淀粉乳組成為淀粉:水=2:5(重量比),反應(yīng)時(shí)間1小時(shí)左右。
(2)可溶性淀粉的制取 可溶性淀粉是指在冷水中有較大溶解度的淀粉,實(shí)質(zhì)上是一種糊精化程度低的變性淀粉。下面介紹二種效果較好的方法。
①酸法工藝流程:
原淀粉一調(diào)制淀粉乳-加酸液-恒溫保持-水洗、離心分離-干燥。
酸法的最佳工藝參數(shù)為:鹽酸濃度12%,在20-22℃室溫下處理6天。
⑦酶法工藝流程:
原淀粉-調(diào)制淀粉乳-糊化-降溫-加酶液-攪拌-滅活-水洗、離心分離-干燥 本研究采用淀粉酶固體粉劑,應(yīng)用正交試驗(yàn)法,求得最佳工藝參數(shù)為:酶用量10單位/克淀粉,淀粉糊化程度55%一75%,作用時(shí)間45分鐘。
上述兩法正交試驗(yàn)的目標(biāo)值為40℃溫水中淀粉的溶解度(克/100毫升),最佳條件組合的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果比較起來(lái),酸法簡(jiǎn)便易行,效果好。
(3)酸變性淀粉的制取 以酸作為催化劑水解淀粉,其產(chǎn)物依水解程度而異。酸變性淀粉即原淀粉局部酸解所得,分別用鹽酸、硫酸處理甘薯原淀粉,均制得酸變性淀粉。為了穩(wěn)定而有效地生產(chǎn)低粘度(500兆帕·秒左右)酸變性淀粉,采用正交試驗(yàn)法,對(duì)工藝中三個(gè)主要因子(鹽酸濃度、反應(yīng)溫度和時(shí)間)進(jìn)行了研究,從直觀分析和方差分析結(jié)果看,各因子效應(yīng)的大小依次為:時(shí)間>溫度>濃度,最佳條件組合為:鹽酸濃度2%,在40℃條件下反應(yīng)3.5小時(shí)。
(4)磷酸淀粉的制取 磷酸淀粉是一種交聯(lián)淀粉,交聯(lián)可通過(guò)酯化和醚化兩條途徑實(shí)現(xiàn)。本研究主要目的是把甘薯磷酸淀粉作為食品添加劑,以三聚磷酸鈉(STP)作為酯化劑,用濕法制取磷酸單酪,基本工藝流程如下:
原淀粉一加水調(diào)制淀粉乳一加STP水溶液、反應(yīng)3-4小時(shí)-水洗、過(guò)濾-干燥
以粘度作為試驗(yàn)指標(biāo)(目標(biāo)值),根據(jù)預(yù)備試驗(yàn)情況,把反應(yīng)溫度、酯化劑用量和反應(yīng)體系的pH值確定為主要工藝參數(shù),按正交法進(jìn)行三因素水平試驗(yàn)設(shè)計(jì),直觀分析和方差分析結(jié)果表明,溫度的效應(yīng)最為顯著,其次是STP用量,再次是pH值。最佳的工藝參數(shù)為:反應(yīng)溫度50℃,反應(yīng)體系pH值8,STP用量3%.采用最佳條件組合制得的甘薯磷酸淀粉的粘度均在35000-36000兆帕,秒之間。
3.理化特性
將4種甘薯變性淀粉的大多數(shù)理化指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果分述如后。
(1)氧化淀粉的特性 氧化淀粉的粘度為500一l 200兆帕。秒,此原淀粉的粘度(5000兆帕·秒)顯著降低。糊化溫度也比原淀粉降低。淀粉糊的低溫穩(wěn)定性則較好。甘薯氧化淀粉遇碘呈淺紅色,而原淀粉呈藍(lán)色,表明氧化淀粉聚合度降低,同時(shí)氧化淀粉的膨脹性比原淀粉也有所下降。
(2)可溶性淀粉的特性 從表ll中看出,可溶性淀粉的溶解度比原淀粉大大提高,特別是酸法生產(chǎn)的產(chǎn)品,其溶解度相當(dāng)于原淀粉的16倍,并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出市售產(chǎn)品。對(duì)凝膠性的觀察結(jié)果表明,由于酸和酶的破壞作用,分子間的拉引力大大降低,以致凝膠強(qiáng)度比原淀粉弱。酶法產(chǎn)品粘度高,淀粉糊的低溫穩(wěn)定性較好,在應(yīng)用時(shí)要注意上述特點(diǎn)。至于酸法產(chǎn)品和酶法產(chǎn)品的粘度,一個(gè)大大降低,一個(gè)反而升高,表明不同處理方法作用機(jī)理不同,從而使產(chǎn)品性能產(chǎn)生差異。
(3)酸變性淀粉的特性 粘度的顯著降低,特別是熱糊粘度降低更多,而使冷糊粘度與熱糊粘度的比值變大,是酸變性淀粉的第一個(gè)突出特點(diǎn)。酸變性淀粉的堿數(shù)為20-25,原淀粉數(shù)的堿數(shù)為10左右,前者具有較高的苛性鈉臨界吸收值,意味著堿被聚合物末端產(chǎn)生的酸所消耗,這是對(duì)鏈長(zhǎng)的一種度量。本研究結(jié)果是,隨著變性程度的提高,堿數(shù)增大,意味著鏈長(zhǎng)縮短,這是酸變性淀粉的又一個(gè)突出特點(diǎn)。
(4)磷酸淀粉的特性 本研究所得磷酸淀粉的粘度35000一36000兆帕·秒,比原淀粉的6500兆帕·秒提高了4倍以上。糊化溫度75一82℃,比原淀粉的糊化溫度65-75℃稍有提高。淀粉糊的低溫穩(wěn)定性得到改善。
4.甘暮變性淀粉的應(yīng)用前景
甘薯氧化淀粉和酸變性淀粉作為紡織廠的粘膠劑,可增強(qiáng)纖維的拉力,或作為造紙廠的表面膠料,可提高印刷質(zhì)量;甘薯可溶性淀粉可作為建筑、包裝、郵票、廣告等的粘合劑,食品、醫(yī)藥的添加劑。甘薯磷酸淀粉則可作為食品的增稠劑、乳化劑,或適用于其他要求(如抗剪切力、低溫保型等)的食品添加劑。