酸解工艺对小麦淀粉粘度的影响.pdfVIP

2005,No. 9 27 收稿日期: 2005 - 06 - 08 作者简介:陶进华(1958 - ) ,女,助理实验师,从事食品化学的研究工作。 酸解工艺对小麦淀粉粘度的影响 陶进华,施仰周 (南京财经大学食品科学与工程系,江苏 南京 210003) 摘 要:粘度是变性淀粉的重要性质,酸水解可以有效降低小麦淀粉的热糊粘度。研究水解反应时间、 温度和盐酸浓度等反 应参数对小麦酸解淀粉的粘度的影响,选择合适的参数可以制取预定粘度的酸解淀粉。还探讨了不同批次原淀粉和不同淀 粉乳浓度对粘度的影响。 关键词:小麦淀粉;酸解;粘度;工艺 中图分类号: TS231 文献标识码:A 文章编号: 1003 - 6202(2005) 09 - 0027 - 02 淀粉来源于谷类及薯类等农作物,是自然界中最重要的 可再生资源之一。天然淀粉已广泛应用于各个工业领域,不 同应用领域对淀粉性质的要求不尽相同,而原淀粉的性质对 许多应用领域还不适应,因此有必要根据淀粉的结构及理化 性质进行变性处理,使其能够符合不同工业领域的应用要 求。国外变性淀粉的品种已达千余种以上,且已大量工业化 生产。我国变性淀粉研究起步较晚, 1980年以后开始重视研 究变性淀粉性能,生产技术及其应用,重点研究开发纺织、 造 纸、 食品和粘结剂等行业适用的变性淀粉。 在糊化温度以下用酸处理后,其性质被改变的淀粉称为 酸解淀粉。淀粉分子在酸作用下糖苷键发生水解,分子变 小。酸能降低淀粉分子糖苷键水解的活化能,起到催化作 用。酸解淀粉相对于原淀粉的优点主要体现在粘度方面,水 解使淀粉糊的热粘度明显降低,从而能配制高浓度的糊液, 此外酸解淀粉糊化温度有所提高 1 ,凝沉作用和凝胶强度增 加 2。酸解淀粉是发展最早的变性淀粉之一 ,虽然近几十年 来变性淀粉得到了快速发展,酸解淀粉作为有效降低淀粉热 糊粘度的手段,单独或与其他变性方法相结合,仍然广泛应 用于纺织、 食品、 造纸和其他领域。有关酸解淀粉的报道大 多集中在玉米淀粉和马铃薯淀粉 3、4 ,笔者拟就酸解工艺对 小麦酸解淀粉粘度的影响及其规律进行研究,以利于生产不 同粘度的小麦酸解淀粉系列产品。 1 材料与方法 1. 1 材料和试剂 小麦淀粉:阳春面粉有限公司,盐酸、 氢氧化钠均为化 学纯。 1. 2 仪器 Brabender粘度计,NDJ - 79型旋转式粘度计, 501型超 级恒温器,电动搅拌机, 101A - 3型干燥箱。 1. 3 实验方法 1. 3. 1 酸解淀粉制取方法 在2 000 ml三口烧瓶中加入760 ml水,在电动搅拌下加 入淀粉,使其质量分数为40%的淀粉乳,水浴加热,待淀粉乳 达到预定反应温度后,加入盐酸,搅拌反应一定时间,慢慢加 入质量分数3%氢氧化钠调节酸碱度至中性,抽滤,水洗滤饼 后抽干,于50 烘箱干燥。 1. 3. 2 粘度测定方法 用蒸馏水配制质量分数6%变性淀粉浆液(淀粉量以绝 干计算 ) , 加入到NDJ - 79型旋转式粘度计的测定浴器至锥 形口,将恒温器定在95 恒温点,恒温器与粘度计相连接后 开动粘度计(使用该计 单元大号转筒测试 ) , 加热使其逐渐 上升至95,保持该温度一段时间,待粘度计指针稳定后读 数。 2 结果与讨论 2. 1 酸水解对小麦淀粉粘度的影响 图1和图2分别是小麦原淀粉与在一定条件下经过盐 酸水解的酸解淀粉的Brabender粘度曲线。比较图1和图2 可看出经过酸变性的小麦淀粉的粘度明显减小,粘度最高值 由原淀粉时的410 BU下降到酸解后的250 BU。从Brabend2 er粘度曲线可以明显看到温度上升到某一点时,淀粉开始糊 化,粘度迅速上升,达到最高值以后,继续加热保持一定的温 度,淀粉的粘度开始下降,到某一时刻,粘度逐渐趋于稳定。 经过上述条件水解的小麦原淀粉的稳定粘度也由水解前的 200 BU下降到100 BU,可见酸水解对小麦淀性的粘度具有 明显的影响。盐酸催化水解使淀粉的分子量减小,造成粘度 降低。通过不同程度的酸水解可以将原淀粉的粘度降低到 预定值。此外,盐酸催化水解还可提高小麦原淀粉的粘度稳 定性。正是由于酸变性改变了原淀粉的粘度特性才使其在 工业上获得有效利用。例如,纺织工业为了保证经纱上浆 率,要求淀粉浆具有较低的粘度和良好的热稳定性,因此酸 解淀粉比原淀粉更加实用。 图1 小麦原淀粉的Brabender粘度曲线 图2 原淀粉在41、 盐酸质量分数0. 5%下 加热2 h的Brabender粘度曲线 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 28 陶进华等:酸解工艺对小麦淀粉粘度的影响/2005年第9期 2. 2 反应时间对粘度的影响 酸解反应中于不同时间取样,样品经中和、 抽滤、 水洗、 干燥处理后,测定其粘度,得到反应时间与产品粘度之间的 关系,结果见图3。 图3 反应时间对粘度的影响 反应条件: 43,盐酸质量分数0. 5% 从图3可知,在上述反应条件下产品粘度随反应时间的 延长而逐渐减小,且前期粘度减小速度快,至2 h后减小速度 明显减慢。淀粉热糊粘度的减小是淀粉水解的结果,水解使 淀粉颗粒结构弱化,在热水中稍有溶胀即易碎裂,不能得到 充分溶胀,同时水溶性增加,使形成糊状的淀粉数量减少,其 结果均使得淀粉糊的热粘度减小。因而粘度减小的速度应 与淀粉水解的速度相关联。由于淀粉颗粒存在结晶区和无 定形区域,而结晶结构是由链淀粉分子经由氢键结合形成, 酸渗入困难,因而其 21, 4键不易被水解,而淀粉颗粒中的 无定形区域较易被酸渗入而发生糖苷键水解 5。图 1显示 小麦淀粉水解是分成两步进行的,即第一步快速地水解无定 形区的淀粉分子,使得淀粉粘度在2 h反应中下降较快;随后 慢速水解结晶区的淀粉分子,使得此时的粘度下降也较慢。 该结果与文献报道玉米淀粉和马铃薯淀粉的酸水解历程相 同 5、6。 2. 3 盐酸浓度对粘度的影响 盐酸是水解反应的催化剂,通过加入不同用量的盐酸, 试验淀粉乳中酸的浓度对产品粘度的影响,其结果见图4。 图4 盐酸浓度对粘度的影响 反应条件: 43 图4表明,增加盐酸浓度可加快淀粉水解速度,特别在 反应最初1 h的影响更为明显。但当盐酸质量分数从0. 4% 增加到0. 5%时,从反应1. 54 h的结果看,两者的粘度已 非常接近了。由于增加盐酸浓度将增加试剂费用和废水中 的无机盐浓度,故不应过分增加盐酸浓度。 虽然除了盐酸外,还可以使用硫酸或草酸等有机酸催化 反应,但实验证明盐酸的催化效能最高,生产成本也低,故使 用最为普遍。硫酸的催化效能约为盐酸的50%。 2. 4 反应温度对粘度的影响 温度对产品粘度的影响可以从图5得知,在其他条件完 全相同的情况下,仅仅将温度提高6,产品的粘度就发生了 很大的变化,因此适当提高反应温度能减少盐酸用量和反应 时间,从而节省成本,提高设备利用率。但是温度过高有可 能造成操作困难,升温可能导致淀粉发生一定程度糊化,特 别在反应结束用碱中和时更易产生淀粉糊化,从而给离心脱 水操作带来困难,影响正常生产。此外,上述结果还显示水 解反应必须采取措施严格控制温度,由于温度对于产品粘度 的影响十分明显,因而水解过程应控制好温度,否则将不能 得到预期粘度的产品。 图5 温度对粘度的影响 反应条件:盐酸质量分数3% 2. 5 不同批次原淀粉对粘度的影响 图6 不同批次原淀粉对产品粘度的影响 图6是不同批次的小麦原淀粉在相同条件下进行酸解 反应的产品粘度与反应时间相关曲线图。图6显示,由于原 淀粉原始粘度不同,使得酸水解后的产物粘度也有所不同。 淀粉4的曲线显示粘度高的原淀粉在经过相同条件水解后 产物粘度不一定高,表明还有其他因素影响原淀粉的水解表 现,可能因为批次不同的原淀粉之间的结构差别造成其酸水 解难易程度不同。图6中4个不同批次小麦原淀粉在经过 2 h酸水解后产物粘度差别明显减小,至反应3 h结束时,已 经非常接近了,其原因可能由于在反应了23 h以后淀粉结 构中较易水解的无定形区域淀粉分子基本水解掉了。 因此不同批次的小麦原淀粉由于原料面粉的品质差异, 淀粉加工及储藏情况的不同,造成淀粉结构性质上的差异, 原始粘度以及水解难易程度有所不同,使得相同工艺条件下 的反应产物粘度也有所不同,因而在生产中对于不同批次或 来源的原淀粉应通过事先小试或反应过程中取样检测控制 等手段对产品反应程度进行控制,以达到预定粘度值。在本 反应条件下,反应时间2 h以上将有利于减少因原淀粉不同 导致的产品性质不同。此外,虽然酸变性能够调节不同小麦 原淀粉的粘度,但是原淀粉的许多其他品质并没有在酸变性 的过程中得到改善,例如蛋白质超标的原淀粉并不因为酸水 解操作而明显改变其蛋白质含量,所以选用质量合格的原淀 粉是生产合格酸解淀粉的先决条件。 (下转第30页) 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 30 卢 敏等:影响朝鲜族冷面品质的原料因素研究/2005年第9期 2. 2 添加不同比例荞麦粉的冷面蒸煮品尝结果(见表 2) 表2 冷面蒸煮品尝结果 样品 色泽 10分 表观 状态 5分 适口性 20分 耐浸 泡性 20分 光滑性 5分 韧性 20分 出条 情况 10分 粘性 10分 总分 100分 A7216162155669 B8317172166776 C8417173167780 D9418184188887 E8417184188885 F7317184188883 2. 3 荞麦粉对混合粉拉伸特性的影响(见表 3) 由试验可知(见表3) ,荞麦粉对冷面面团的拉伸特性有 不利影响。随着荞麦粉在冷面面团中添加比例的增加,面团 的延伸性、 韧性、 粉力和抗拉阻力呈下降趋势。因为面筋蛋 白质中的麦谷蛋白的亚基通过分子间二硫键交联形成的分 子量高达几百万的纤维状大分子聚合物,为面团提供弹性。 麦胶蛋白以单肽链通过分子内二硫键、 氢键和疏水作用形成 球状,为面团提供延伸性和流动性 3、4。通过电泳对荞麦蛋 白亚基结构的分析认为,荞麦籽粒谷蛋白中的高分子量亚基 的数目和高分子量谷蛋白的含量均小于小麦品种 5。 表3 荞麦粉对混合粉拉伸特性的影响 样 品延伸性/mm韧性/EU粉力/cm2抗拉阻力/EU A7. 011316. 8148 B7. 813721. 8159 C8. 915829. 4218 D9. 418039. 6229 E11. 319568. 5232 F11. 520169. 8255 2. 4 荞麦粉对混合粉粉质特性的影响 随着荞麦粉添加比例的增加,面团的粉质下降,冷面面 团的吸水性、 形成时间、 稳定时间呈下降趋势(见表 4) 。面 团的稳定时间反映了面团的耐剪切力和面筋强度。因为荞 麦粉中不含面筋,虽然荞麦粉的谷蛋白含量较高,占蛋白质 总量的24. 5%26. 1% ,但醇 溶 蛋白含量 低(1. 7% 2. 3% ) ,两种蛋白质比例失衡,不能形成空间的立体网络结 构 6。因此 ,随着荞麦粉的增加,冷面面团的面筋含量相对 降低,造成吸水率、 面团形成时间和稳定时间降低。 表4 荞麦粉对混合粉粉质特性的影响 样 品 吸水率 % 形成时间 min 稳定时间 min 弱化值 BU 评价值 A57. 43. 32. 56253 B57. 33. 12. 56453 C59. 83. 53. 17146 D61. 43. 53. 97844 E61. 23. 94. 210235 F61. 44. 04. 29935 3 结论 制作冷面宜选用面筋质含量26%28%的中筋力小麦 面粉;荞麦粉对冷面的品质有很大的影响,添加荞麦粉会缩 短面团的形成时间和稳定时间,使弱化度加大、 评价值减小、 拉伸性能降低。因此荞麦粉的添加量要控制。荞麦粉在冷 面面团中的添加比例在30%以下,可以使冷面面团具有良好 的工艺特性和食用品质。 参考文献 1 钱建亚,Manfred Kuhn.荞麦淀粉的性质 J .西部粮油科技, 2000, 25 (3) : 4245. 2 杜双奎,李志西,于修烛.荞麦粉 小麦粉混粉流变特性研究 J .农业工程学报, 2003 (19) : 5053. 3 Zheng G H, Sosulski F W, Tyler R T . Wet2milling Composition and Functional Propertiesof Starch and Protein Isolated from Buck2 wheat Groates J . Food Research International,1998,30 (7) : 493 502. 4 June Qian, Patricia Rayas2Duarte,Lin da Grant .Partial Character2 ization ofBuckwheat Starch J . Cereal Chem, 1998, 75 (3) : 365 373. 5 Belitz H D, Kieffer R, SeilmeierW, et al . Function and Structure of GlutenJ . Cereal Chem, 1986, 63(4) : 336341. 6 张守文,毛伟杰.荞麦-小麦混合粉流变学特性及应用的研究 J .粮食与油脂, 2000(6) : 25. (责任编辑:黄小平) (上接第28页) 2. 6 淀粉乳浓度的影响 生产酸解淀粉时淀粉乳浓度不会影响反应速度,但是增 加淀粉乳浓度等于增加每锅产量,从而能够有效地提高生产 效率和设备利用率,节省能源,减少废水数量,因而在可能的 情况下应尽量提高淀粉乳浓度。但是淀粉乳浓度受到泵输 送和机械搅拌的限制,为了便于用泵输送,一般使用质量分 数为40%左右的淀粉乳。 3 结论 粘度是酸解淀粉的重要物性指标,小麦原淀粉经酸水解 后其热糊的粘度下降,稳定性有所提高。淀粉粘度随反应时 间的变化显示反应可能分为水解酸较易渗入的淀粉无定形 区和较难渗入的淀粉结晶区两个阶段。适当增加盐酸浓度 可以加快淀粉水解速度。反应温度可明显影响产物粘度,但 温度过高可能使淀粉局部糊化,影响操作。对于不同批次或 来源的原淀粉宜采用过程取样检测等手段控制产物粘度。 参考文献 1 Shi YC, Seib PA. The Structure of fourWaxy StarchesRelated to Gelatinization and Retrogradation J .Carbohydrate Research, 1992,