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木薯黄糊精制备条件的研究

木薯黄糊精制备条件的研究

  • 分类:应用技术
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  • 发布时间:2020-09-10
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【概要描述】本实验是以木薯淀粉为原料,采用干热法制备黄糊精淀粉。通过实验得知:当含水量体系、反应时 间、反应温度、pH 值变化时,产品粘度及稳定性有相应的变化趋势。

木薯黄糊精制备条件的研究

【概要描述】本实验是以木薯淀粉为原料,采用干热法制备黄糊精淀粉。通过实验得知:当含水量体系、反应时 间、反应温度、pH 值变化时,产品粘度及稳定性有相应的变化趋势。

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李权书 ,黎可,黄家满, 朱彩丽*,马丽梅,刘群艳

(广西bet 365体育旧版明阳生化集团股份有限公司 非粮生物质酶解国家重点实验室,广西 南宁 530226)

摘要:本实验是以木薯淀粉为原料,采用干热法制备黄糊精淀粉。通过实验得知:当含水量体系、反应时 间、反应温度、pH 值变化时,产品粘度及稳定性有相应的变化趋势。

关键词:黄糊精;干热法;含水量;时间;温度;pH 值;

Abstract : Yellow dextrin was prepared by dry heating. The cassava starch was used as raw material. The results showed that water content, reaction temperature, reaction time and pH strongly influence the viscosity and stability of the products. Keywords:yellow dextrin; dry heating; water content; time; temperature; pH

引言

淀粉是仅次于纤维素具有丰富来源的可再生资源,作为化工原料与石油化工原料相比, 它具有价廉、可再生、易生物降解、绿色环保等突出特点。随着工业生产技术的发展,新产 品不断出现,对淀粉性质的要求也越来越苛刻,原淀粉的性质已不适于很多领域。因此,有 必要根据淀粉的结构及理化性质进行变性处理,使之能符合应用要求[1]。

糊精是变性淀粉中的一个重要品种,是指淀粉经过不同方法降解的产物,因其具有水溶 性、乳化性、分散性、粘附性及成膜性等优良性能,在各个领域获得了广泛的应用,在世界 上被公认为是安全、高质、经济的化工助剂。工业上生产的糊精主要有麦芽糊精、环状糊精 和热裂解糊精三大类,利用干热法使淀粉降解所得产物称为热解糊精,按变性程度分为白糊 精、黄糊精、英国胶三种[2]。利用干热法生产糊精的工艺与传统的工艺相比,具有流程短、 能耗低、设备简便、反应效率高等优点,对环境无污染,是一种节能、绿色的工艺,既能提 高产品质量,又能降低成本、减少污染[3]。糊精的粘度是重要的理化指标,关系到糊的胶粘 力、应用操作与效果[2]。糊精的粘度通常用热粘度和冷粘度(即常温粘度)来表示。黄糊精 的粘度随着转化度的提高,粘度逐渐下降,但是当转化作用使溶解度达 100%时,粘度降低 的速率减慢,最后降到一定值。不同品种淀粉都能用来作为生产糊精的原料,但在转化难易、 产品性质方面存在差异,而木薯、马铃薯淀粉最易糊精化,且产品水溶液透明度、稳定性都 高。以木薯为原料,利用干热法制成的黄糊精产品,糊精粘度低,能溶成高浓度胶液,胶粘 力强,粘合快,干燥快,在工业上用做胶粘剂具有很大的优点[2]。

本文主要讨论以木薯淀粉为原料,采用干热法生产工艺制得黄糊精,以产品的粘度为评 价指标,探讨反应时间、反应温度、反应 pH 值与黄糊精粘度的变化关系,为制备稳定性最 佳的黄糊精淀粉提供理论依据。

1 实验材料与方法

1.1 仪器设备与材料

HH-S 型恒温水浴锅,江苏金怡仪器科技有限公司;PHS-3C 型 pH 计,上海雷磁仪电科 学仪器股份有限公司;101-2-SⅡ型电热恒温鼓风干燥箱,上海跃进医疗器械厂;SS250-A5 型食品粉碎机,广东中山好妈咪电器厂;JJ600 精密电子天平,美国双杰兄弟有限公司;玻 璃杯;玻璃棒;DV-S 数显粘度计,美国博勒飞工程实验室有限公司。 木薯原淀粉,明阳生化公司自产,食品级;浓盐酸、烧碱,市售分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 反应原理[3]

淀粉的化学通式(C6H10O5)n,是以葡萄糖为基础单元并通过苷键链接而成的一类天然高 分子化合物。糊精干法转化过程,淀粉发生的化学反应机理复杂,主要为水解反应、苷键转 移作用和重聚反应。

1.2.1.1 水解反应

水解反应主要发生在预干燥工序和糊精转化阶段。糊精在转化水解阶段,酸不断催化淀 粉中α-1,4 糖苷键和α-1,6 糖苷键断裂,使淀粉分子量不断降低,也反映在苷键水解形成 还原性端基增加。水解反应基本决定糊精产品的粘度,水解程度高则相对应的淀粉粘度低, 水解反应的主要成分是较低分子低聚糖和葡萄糖。

1.2.1.2 苷键反应

在受热条件下α-1,4 糖苷键会断裂,产生糖苷键转移,邻近的游离羟基会与之再结合 形成分支结构。

1.2.1.3 重聚反应

水解反应产生的葡萄糖在酸的存在下,高温时具有重聚和作用的能力。在水分存在下, 重聚和与水解反应相继发生。

1.2.2 黄糊精的制备方法[4]

酸↓原淀粉 → 酸化反应 → 预干燥 → 糊精化反应 → 冷却 → 中和 → 黄糊精成品

图 2 黄糊精生产工艺流程图

将浓盐酸与水按一定的比例进行稀释,在常温下将适量稀释的盐酸与淀粉在混合容器中 混合均匀,常温放置 8h,再将淀粉置于 50℃的烘箱中进行预干燥,直至水分达到 10%以下。 将上述淀粉按反应条件进行糊精化反应,再经冷却、中和等工序即得到黄糊精成品。

1.2.3 黄糊精粘度的测定

1.2.3.1 冷粘度的测定 控制室温 25℃,称取 150.0g 样品置于 1000ml 铁杯中,加入 350ml 蒸馏水制成淀粉乳, 使用电动搅拌机搅拌淀粉乳,调节搅拌机转速 1300rpm/min ,搅拌时间 30min。将上述淀粉 乳倒入 500ml 烧杯中,使用 DV-S 型粘度计进行测试,粘度计设置:3#转子、30rpm/min 转 速,读取数值即为冷粘度。

1.2.3.2 热粘度的测定

称取 150.0g 样品置于 1000ml 铁杯中,加入 350ml 蒸馏水制成淀粉乳,将铁杯置于沸水 浴加热,同时使用电动搅拌机搅拌淀粉乳,调节搅拌机转速 300rpm/min,于 90-95℃保温 30min。将上述淀粉乳倒入 500ml 烧杯中,冷却至 25℃,使用 DV-S 型粘度计进行测试,粘 度计设置:3#转子、30rpm/min 转速,读取数值即为热粘度。 常温粘度与热粘度差值范围 2000-3000 mPa.s,且差值越小越好。

2 实验结果与分析

2.1 体系含水量对粘度的影响

反应条件:反应温度 140℃、反应时间 150min、反应 pH 值 2.3,考察反应体系含水量 对黄糊精粘度的影响如表 1 所示。

由表 1 可知,在本实验中,当含水量为 4%时,得出的黄糊精常温粘度与热粘度的差值 最小,稳定性最好。随着体系含水量的增加,黄糊精的冷粘度随之降低,说明糊精的水解程 度逐渐加大。但是,随着体系含水量的增加,黄糊精的热粘度呈先升高后降低的趋势,当水 分的含水量达到 4%时,糊精的热粘度最高,冷粘度与热粘度的差值最小。这是因为体系含 水量较低时,不利于酸催化剂在淀粉中扩散、渗透及化学反应,影响产品的均一性,淀粉的 水解作用较小;当含水量较高时,淀粉表面易形成胶化层,且由于表面水挥发速度较快,淀粉易结块,同时也会加速副反应,使淀粉糊化、发粘[5]。

2.2 反应时间对粘度的影响

反应条件:反应体系的含水量 4%、反应温度 150℃、反应 pH 值 2.3,考察反应时间对 糊精粘度的影响如表 2 所示。

由表 2 可知,当反应时间小于 140min 时,热粘度随着时间的延长而升高,当反应时间 大于 140min 时,热粘度随着时间的延长而降低,在反应时间为 140min 时,热粘度达到最 大值,此时黄糊精的稳定性最好。产生上述变化的原因可能是随着反应时间的延长,酸催化 剂能更好的扩散渗透到淀粉中,糊精的含量增大,导致热粘度升高,但当反应时间大于 140min 后,小分子的物质重聚和,难溶物质增加,糊精含量降低,导致热粘度降低[6]。

2.3 反应温度对粘度的影响

反应条件:反应体系的含水量 4%、反应时间 140min、反应 pH 值 2.3,考察反应温度 对糊精粘度的影响如表 3 所示。

由表 3 可知,糊精的热粘度随着温度的升高呈先上升后下降的趋势,当反应温度为 150℃ 时,达到最大值。这可能是因为温度的升高,有利于α-1,4 糖苷键与邻近分子的游离羟基 结合,发生转苷反应,分支结构增大[3],温度的升高也有利于淀粉的水解和淀粉颗粒膨胀, 使转化的作用增大,糊精含量增大,导致热粘度升高。但温度过高时,葡萄糖在酸存在的条 件下,具有聚合作用的能力,生成较大的分子,使得糊精的含量降低,热粘度降低,而且当 温度过高时,碳化物增多,所得产品的颜色为棕色。

2.4 反应 PH 值对粘度的影响

反应条件:反应体系的含水量 4%、反应时间 140min、反应温度 150℃,考察反应 pH 值对糊精粘度的影响如表 4 所示。

由表 4 可知,随着反应 pH 值降低,热粘度不断提高,当反应 pH 值达到 2.3 时,热粘 度最高。但当 pH 值继续降低时,热粘度降低。说明盐酸的催化作用对淀粉的糊精转化存在 着先促进后抑制的作用,这可能是因为反应体系中存在一定的酸催化剂,可使淀粉的颗粒膨 胀,有利于酸催化剂渗透到淀粉颗粒中,从而显著提高了糊精含量,导致热粘度升高。但当 盐酸的含量过高,pH 值过低时,过量的酸使淀粉水解成的小分子又重新聚合和复合,使不 溶解物质增多。同时,盐酸的量过多时,会形成结块,抑制水解反应的进行,而且产品的颜 色很深。由本实验结果可知,反应 pH 值为 2.3 时最合适[6]。

3 结论与展望

3.1 结论

(1)提高反应体系的含水量,对糊精的水解反应有利,能提高糊精的粘度值,但含水量过 高,反而降低糊精的热粘度值。

(2)糊精的热粘度也是随着时间的延长呈先上升后下降的趋势。

(3)随着温度的升高,糊精的热粘度值升高,达到一定值后,呈下降的趋势。

(4)降低反应的 pH 值,能提高糊精的水解反应,但达到一定值后则会有下降的趋势,副 反应作用增加。

3.2 展望

淀粉具有资源丰富、价格便宜等优点,经过物理、化学变性手段处理后,提高了其性能 和使用价值。随着人们对环保的日益重视,随着淀粉变性技术的高速发展,淀粉的应用领域 日益拓展[7]。糊精是变性淀粉中的一类重要产品,因其具有水溶性、乳化性、分散性、粘附 性及成膜性等优良性能,在各个工业领域获得广泛的应用,在世界上被公认为安全、高效、 经济的化工助剂。比如黄糊精作为胶黏剂在粘合工业中应用,具有粘合力强、粘合快、干燥 快,膜水溶性好;在造纸上应用,能使表面光滑、强度高,书写和印刷性质好;在纺织上应 用,能改善光滑度,增加质量、抗水性或减少透光率。除此之外,黄糊精还能在食品工业中 作为香料、色素冲淡剂和载体,医药工业中作为片剂粘合剂和若干种抗生素发酵的营养料等 用途[3]。

目前我国对黄糊精的生产和应用,仍处于起步阶段,品种较单一,质量的稳定性、产量 与人均的消费量与国外存在较大的差距[3],因此,糊精的生产和应用前景广阔。相信在不久 的将来,黄糊精会有很大的发展。

参考文献

[1] 吴修利,薛冬桦,修利华,秦玉卫.干法制备白糊精工艺研究[J] .长春工业大学学报,2008,29(1):29-33.

[2] 张力田.变性淀粉[M] (第二版).华南理工大学出版社.1999:31,36,42.

[3] 段春红.糊精干法制备工艺及性质研究[D] .山东农业大学,2006:9-13,26-29.

[4] 张燕萍.变性淀粉制造与应用[M].精细化工出版社,2001.

[5] 李培凤,李晓琳,付荣等.玉米白糊精的干法制备及理化特性研究[J].粮油食品科技,2013,21(2):53.

[6] 段春红,董海洲,张慧等.干法制备黄糊精工艺研究[J].食品与发酵工业,2005,31(9):40.

[7] 罗发兴,黄强,杨连生.淀粉基胶黏剂的研究进展[J].化学与粘合,2003(2):78.

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