马铃薯淀粉糊化工艺研究.pdf

安徽农业科学 ， J o u rna l o f A n h u i Ag o S c i 2 0 1 0， 3 8 ( 1 2) ： 6 5 1 2 6 5 1 4 责任编辑高晓余责任校对卢瑶 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8 1 0 0 1 6 ) 摘要 目的 优化马铃薯淀粉糊化工艺条件 【 方法 以青海省马铃著淀粉为原料 ， 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。I 结果 l 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 ： 1 8 ， 糊化温度5 5， 4 0 的 N a O H添加量 1 0 m l ， 糊化时间3 0 m i n ； 在此务件下， 所制得的淀粉糊黏稠、 透明、 糊化度达到 9 6 。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( g ： g ) 、 N a O H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 I 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$ 5 3 2 文献标识 码A 文章编号0 5 1 7 6 6 1 1 ( 2 0 1 0 ) 1 20 6 5 1 2 0 3 S t u dy O U Ge l a t i n i z a t i o n Te c h no l o g y o f Po t a t o St ar c h Pa s t e WE I Xi a n - h u a e t a l ( Qi n g h a i A c a d e m y o f A g r i c u l t u r e a n d F o r e s t r y ，X i n i n g ，Qi n g h a i 8 1 0 0 1 6 ) A b s t r a c t O b j e c t i v e T o o p t i m i z e t h e g e l a t i n i z a t i o n t e c h n o l o g i c a l c o n d i t i o n s o f p o t a t o s t a r c h p a s t e M e t h o d T a k i n g p o t a t o s t a r c h i n Q i n g h a i Pr o v i n c e a 8 r a w ma t e r i a l s ，t h e g e l a t i n i z a t i o n t e c h n o l o g i c a l c o n d i t i o n s o f p o t a t o s t a r c h p a s t e we r e s t u di e d b y s i n g l e f a c t o r a n d o r t h o g o n a l e x - p e r l me n ts a t 】 o w t e mp e r a t u r e Re s u l t T h e o p t i mu m g e l a t i n i z a t i o n t e c h n o l o g i c a l c o n d i t i o n s o f p o t a t o s t a r c h p a s t e w e r e s h o w e d a 8 f o l l o w i n g ： t h e r a t i o o f s t a r c h t o wa t e r wa s l ： 1 8，Na OH d o s a g e wa s 1 0 ml ，g e l a t i n i z a t i o n t e mp e r a t u r e wa s 5 5 ，a n d g e l a t i n i z a t i o n t i me wa s 3 0 mi n：t i n d e r t h e s e c o nd i t i o n s ，t h e p o t a t o s t a r c h p a s t e wa s t r a n s pa r e n t a n d v i s c o u s ，t h e g e l a t i n i z a t i o n d e g r e e wa s u p t o 9 6 ，I I I e p rima r y a n d s e c o n d a r y f a c t o r s wh i c h a ffe c t t h e g e l a t i n i z a t i o n d e g r e e we r e s h o we d a s f o l l o wi n g：g e l a t i n i z a t i o n t e mp e r a t u r e o f s t a r c h t o wa t e r r a t i o Na OH d o s a g e g e l a t i n iz a t i o n t i m e ， t h e g e l a t i n i z a t i o n t e m p e r a t u r e a n d s t a r c h t o w a t e r r a t i o w e r e t h e k e y f a c t o r s C o n c l u s i o n T h e s e p fi m a ry r e s u l t s l ll i 出 p r o v i d e d t h e t he o r e t i c b a s i s f o r t h e f u r t h e r s t u d y a n d a p p l i c a t i o n o f g e l a t i n i z a t i o n t e c h n o l o g y o f p o t a t o s t a r c h p a s t e Ke y wo r d s P o t a t o s t a r c h：Ge l a t i n i z a t i o n t e c h n i q u e：Op t i mi z a t i o n 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。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 。 。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 。 。 淀粉糊化条件是决定其作 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 p 一 淀粉酶在适当的 p H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 B 一 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 。所测试样糊化度 仅 ( ) ， 按下式计算： 基金项 目 作者简介 收稿 日期 青海省农林科学院青年创新基金项 目 魏显华 ( 1 9 5 6一 ) ， 女， 吉林 长春人 ， 实验师， 从事测试分析 工 作。 通讯作 者， E m a i l ： d a n g b i n 8 1 1 t o m c o rn一 2 0 o 9 1 2_ 3 O ( )=【 ( P N) ( P M) 1 0 0 式中， J P 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( g ： g ) 对马铃薯淀粉糊化度的影响。 在4 0 N a O H添加量为 1 0 m l ( 淀粉质量的 1 0 ) 、 糊化温 度 5 5、 糊化时间 3 0 m i n的条件下， 分别研究不同淀粉与水 的比例( 1 ： 1 6 、 1 ： 1 8 、 1 ： 2 0 、 1 ： 2 5 ) 对马铃薯淀粉糊化度的影响。 1 3 2 糊化时问对马铃薯淀粉糊化度 的影 响。在 4 o N a O H添加量 1 0 m l 、 “ 1 3 1 ” 节试验中确定的最佳淀粉与水 的比例、 糊化温度 5 5的条件下 ， 分别研究不同糊化时间 ( 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 ra i n ) 对马铃薯淀粉糊化度的影响。 1 3 3 N a O H添加量对马铃薯淀粉糊化度的影响。在糊化 温度 5 5、 “ 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4 0 N a O H添加量 ( 0 4 、 0 6 、 0 8 、 1 0 、 1 2 m 1 ) 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、 N a O H添加量的条件下 ， 分别研究不同糊化温度 ( 4 5 、 5 0 、 5 5 、 6 0 、 6 5) 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 k( 3 ) 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、 N a O H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问 3 8卷 l 2期 魏显华等 马铃 薯淀粉糊化工艺研 究 6 5 1 3 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 ： 1 8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 。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 。由此确定淀粉与水的最佳 比例为 1 ： 1 8 。 表 l 正 交试验的因素与水平 Ta b l e 1 Th e f a c t o r s a nd l e v e l s o f o r t h o g o n a l e x p e r i me n t 1 0 0 彗 9 6 q 目9 2 l三 萎 ： s s 8 4 8 0 淀粉与水比例 g： g l a t i o o f S t a r c h t O w a t e r 图 1 淀粉与水 比例对马铃薯糊化度的影响 Fi g 1 Effe c t s of t h e r a t i o of s t a r c h t o wa t e r o n g e l a t i n i z a t i o n d e g r e e o f p o tat o 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 。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 3 0 m i n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 3 0 ra i n 。 8 它 g 量 糊化时间 G e l a t i n i z a t i o n t i 鹏 m f n 图2 糊化时间对糊化度的影响 Fi g 2 E ffect s o f g e l a t i ni z a t i o n t i me O i l t h e g e l a t i n i z a t i o n d e g r e e 2 1 3 N a O H的添加量。从图3可以看出， 随着 N a O H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 m l 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 ， N a O H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 问氢键 ， 使淀粉大分子问的作用力减 弱， 促进淀粉分子或其 聚集体水化 ， 在较低温度下达 到糊 化 l o 。N a O H用量愈多 ， 淀粉糊化温度愈低， 且容易完成糊 化； 若 N a O H用量太少 ， 则放 出的热量少， 糊化作用不充分。 可见加人一定量的 N a O H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 N a O H添加量以 1 0 m l 为宜。 8 O H 添 加量 N a d o s a g e m l 图3 Na OH 添加量对糊化度的影响 Fi g 3 Effe c t s o fNa OH d o s a g e O n t h e g e l a t i n i z a t i o n de g r e e 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 。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 5 5 o c 时 ， 淀粉糊的糊化度趋于稳定。由此确定适宜的糊化温度为 5 5 1 0 0 2 g 科 8盛 等 u o 岛 1 uI 1 粱 96 lJ 奚 6 51 4 安徽农业科学 2 O O 9盎 粉的糊化程度。 表 2 马铃薯淀粉糊化条件正交试验结果 Ta b l e 2 Re s u l t s o f t he o r t h o g o n a l t e s t f o r t h e g e l a t i n i z a t i o n c o n d i t i o n s o fp o t a t o s t a r c h 3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 ( 上接第6 4 7 3页) I 2 2 】 N B， V A N L E E U WE N H J ， P A T E L B U t i l i s a t i o n o f s t a r c h p r o c e s s i n g w a s t e wa t e r f o r p r o d u c t io n o f mi c r o b i a l b i o ma s s p r o t e i n a nd f u n g a l “ a my l a $ e b y A s p e r g u s o r y z a e J B i o r e s o u r c e T e c h n o l o g y ， 1 9 9 8 ， 6 6 ： 2 0 1 2 0 6 2 3 J I N B， V AN L E E u WE N H J ， P A T E L B My c e l i a l m o r p h o l o g y and f u n g al p r o t e i n p r o d u c t i o n f r o m s t a r c h p r o c e s s i n g wa s t e w a te r in s u b me r g e d c u l tu r e s o f A s p e r g u s o r y z a e J 1 P r oce s s B i och e m i s t r y ， 1 9 9 9， 3 4 ： 3 3 5 3 4 0 2 4 】 J I N B， V A N I e E E U WE N H J ， P A T E L B P r o d u c t i o n o f f u n g a l p r o t e i n and g l u c o a my l a s e b y R h z o p u s o l i g o s p o n t s fr o m s t a r c h p r o c e s s i n g w a s t e w a t e r l J P roc e $ 8 B i o c h e m i s t r y 1 9 9 9 ， 34： 5 9 6 5 2 5 】Y I N P H， Y U Q M， J I N B B io s o rp t i o n r e r n z ) v a o f c a d m i u m f r o m a q u e o u s s o l u ti o n b y u s i n g p r e t r e a t e d f u n g a l b i o n ms s c u l t u r e d f r o m s t a r c h w a s t e w a t e r f J I Wa t R e s ， 1 9 9 9 ， 3 3 ( 8 ) ： 1 9 6 01 9 6 3 f 2 6 f T R U O N G Q t ry T U N G， N A O Y U K I MI Y A T A， K E I S U K E I WA H O R I G r o w t h o f A s p e r l u s 0 n d u r i n g tr e a t m e n t o f c a s s a v a s t a r c h p r o c e s s i n g wa s t e w a t e r w i t h g h c o n t e n t o f s u s p e n d e d s o l id s f J J o u rna l o f Bi o s e i ， e n c e a n d B i o e n g i n e e r i n g ，2 0 O 4 ， 9 7 ( 5 ) ： 3 2 9 3 3 5 2 7 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 G L A油脂的研究 J 中国油脂， 2 0 O 7 ， 2 ( 8 ) ：4 9 5 1 2 8 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 J 生物加工过程， 猫 7 ， 5 ( 1 ) ： 3 3 3 6 2 9 于伟君， 石俊艳， 王丹， 等 淀粉废水生产饲料酵母的研究 J 饲料工 业， 1 9 9 l ， 1 2 ( 1 2 ) ： 2 0 2 1 3 0 孙崇凯 ， 崔有信 利用淀粉废水培养面包酵母的研究 J ， 华东工学院 学报， 1 9 9 2 ( 2 ) ： 7 6 7 9 I 3 1 l E O F O R A O。 Y U S U F C S T I M U R R A Y MO O Y O U N G C u l t u r e o f S a c c h a r o my c e s c e r e v i s i a e o n h y d r o l y z e d w a s t e c a s s a v a s t a r c h f o r p r od u c 、域应用非常广泛” 。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 ， 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 J 淀粉与淀粉糖， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 1 - 5 2 孙载坚， 周普 ， 刘启澄 接枝共聚合 M 北京： 化学工业出版社， 1 9 9 2 3 梅， J ， 朱谱新 ， 吴大诚 淀粉糊化对接枝共聚反应的影响 J 棉纺织 技术 ， 2 0 O 5 ， 3 3 ( 5 ) ： 2 6 1 - 6 4 4 周建芹， 姜绍通， 潘丽军， 等 淀粉糊老化研究及应用 J 郑州工程学 院学报， 2 o 0 2 ， 2 3 ( 4 ) ： 舳 一 8 4 5 M A T S U N A G WAA， K A I N U MAK S t u d ies o nth e r e t r o g r a d a t i o n o f s ta r c hi n s t a r c h f o o d s J S t a r c h ， 1 9 8 6 ， 3 8 ( 1 ) ： 1 - 6 6 李启武 不同加工工段对淀粉糊化度的影响 J 饲料工业， 2 0 O 2 ， 2 3 ( 1 ) ： 7 9 7 甘淑珍， 付一帆， 赵 明 小麦淀粉糊化的影响因素及黏度稳定性研究 J 中国粮油学报 ，2 O O 9 ， 2 4 ( 2 ) ： 3 6-3 9 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 J 粮 食与 E 湘 ， 2 0 0 1 ( 9 ) ： 2 4 9 杨毅才 淀粉糊化的过程及影响因素 J 农产品加工， 2 O 0 9 ( 2 ) ： 1 8一 l 9 1 O 曹清明， 钟海雁 ， 李忠海， 等 p H对蕨根淀粉加工特性的影响 J 食品 与机械 ， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 5 ) ： 4 l 一 4 4 1 1 范进填 淀粉糊化动力学 J 食品机械， 1 9 9 1 ， 2 3 ( 1 ) ：2 6 - 2 8 t i o n o f b a k i n g q u a l i t y y e a s t J E n z y m e and M i c r o b i a l T e c h n o l o gy， 1 9 9 6 ， 1 8 ： 51 95 2 5 3 2 刘春朝 ， 钱新民 球形红杆菌 的生物学特性及其应用 J 工业微 生物， 1 9 9 6 ， 26( 3 ) ： 2 4一 勰 【 3 3 G El H A K， V I K I N E S WA R Y s ， C H O N G V c I s o l a t i o n a n d g r o w t h o f t h e p h o t o t r o p h i c b a c te r i u m R h o d o p s e u d o mo n a s p a u s t r s s t r a i n B1 i n s a g o s t ar c h p w c e s s in g w a s t e w a t e r J W