毕业论文-玉米微晶淀粉的制备和性质研究.doc

本科生毕业论文中文题目 玉米微晶淀粉的制备和性质研究 英文题目 Preparation and properties research of corn Microcrystalline starch 学生姓名 班级 450904 学号 学 院 生物与农业工程学院 专 业 食品科学与工程专业 指导教师 职称 讲师 摘要摘要本文以水解法制备微晶淀粉为实验基础，以盐酸用量、乙醇浓度、反应温度、反应时间为变量，探讨最佳的制备工艺。创新点是在相对较高的温度下制备微晶淀粉。并以溶解度和消化性对所做出的成品做了相关的性质检测，比较了微晶淀粉和玉米淀粉的性质和功能的差别。实验结果如下：水解法制备玉米微晶淀粉的最佳工艺条件为：将25克淀粉溶于一定浓度的乙醇溶液中，其中盐酸用量1.00mL，乙醇浓度80%，反应温度60，反应时间6h，此时玉米淀粉具有最大的水解度，制备的微晶淀粉最佳；通过对比玉米微晶淀粉和玉米淀粉的溶解度及消化性，得出了微晶淀粉溶解度较大，消化性缓慢的结论，证明了微晶淀粉性质和功能的改变，反映出其在食品和其他行业中的应用潜力。关键词：微晶淀粉 溶解性 消化性 最佳工艺ABSTRACTIn this paper, based on the experiment of hydrolysis of microcrystalline starch prepared, with the dosage of hydrochloric acid, ethanol concentration, reaction temperature, reaction time as a variable, the best preparation technology are discussed. Innovation is in the preparation of microcrystalline starch relatively high temperatures. And the solubility and peptic do to made finished products related to the nature of the tests, compared the properties of microcrystalline starch and corn starch and the function of the difference. Experimental results are as follows: 25 grams of starch dissolved in a certain concentration of ethanol solution，hydrolysis of corn microcrystalline starch prepared by the optimum process conditions of is: the dosage of hydrochloric acid 1.00 mL, 80% ethanol concentration, reaction temperature 60 , reaction time is 6 h, the corn starch has the greatest degree of hydrolysis, the preparation of microcrystalline starch best; By comparing the crystallite corn starch and corn starch solubility and peptic and obtained microcrystalline starch solubility is bigger, peptic slow conclusion, proved that the nature and function of the microcrystalline starch changed, reflecting its potential application in the food and other industries.Keyword: Microcrystalline starch solubility peptic Optimum processI目录目录第一章 绪论11.1淀粉11.2变性淀粉的发展及其应用11.3微晶淀粉21.3.1 微晶淀粉的结构和晶型21.3.2 微晶淀粉的用途31.3.3 微晶淀粉的国内外研究概况51.4 立题的必要性和研究内容61.4.1 立题的意义61.4.2 课题的研究内容7第二章 玉米微晶淀粉的制备工艺研究82.1 前言82.2实验材料与器材82.2.1实验材料82.2.2实验仪器82.3 试验方法92.3.1单因素试验92.3.2 单因素试验结果与分析92.3.3 正交试验122.4本章小结13第三章 玉米微晶淀粉的溶解度和消化性分析143.1引言143.2实验材料和仪器143.2.1实验材料143.2.2实验仪器143.3 试验方法153.3.1 溶解度的测定153.3.2 消化性测定153.4 结果与讨论163.4.1 溶解度分析163.4.2消化性分析173.5 本章小结18结论与展望19一、结论19二、展望19致谢20参考文献22I绪论第一章 绪论1.1淀粉淀粉是自然界中绿色植物通过光合作用储存起来的能源物质，它是一种可再生的无污染的天然资源。它以各种形式存在于绿色植物的叶、茎、根和果实等组织中。人类利用和培育含有淀粉的作物已经有很悠久的历史，作物种类也比较繁多，但是能大规模生产的、能用在工业加工中的目前只有薯类和谷类。这两类农作物也是人类主要的粮食来源，提供给我们身体所需的大量能量，同时也是维持机体正常运转的重要物质。而经过处理或者特定方法改性后的淀粉衍生物，在很多食品中都有使用。经过化工方法处理之后的一些淀粉物质，还可以用于纤维或造纸等方面，甚至可以作为粘结剂使用。淀粉的发展和利用历史非常悠久，随着科技的发展和人们对健康的需求，人们对淀粉的认识和利用定会向更高的方向发展2。1.2变性淀粉的发展及其应用目前工业生产变性淀粉的方法主要有三种，分别是化学方法、物理方法和酶法。这些方法是通过对原淀粉进行交联、重排、酶解、水解等操作，赋予淀粉新的组织结构，使生产出来的新淀粉产品具有新的性能。在这三种方法中，目前国内外最常用的是化学方法。此方法一般是使用化学试剂与其反应，这样就可以改变淀粉的分子结构，分子结构的改变导致其性质的改变，生产出来的新的淀粉也可以称作淀粉衍生物 10。其性质和功能都有较大的不同，可以用在不同的领域。最早使用变性淀粉的是英国，被首先应用在合成胶方面。接下来的产品是糊精，问世于19世纪后半叶。而最早使用工业化生产的是在荷兰，最初的产品是-淀粉，品种比较单一。之后到1940年，淀粉衍生物的种类开始如雨后春笋般涌现，在美国和荷兰率先实现工业化生产，进入淀粉多样利用的高速发展期。在之后的20年间，工作人员又研制出了多种高分子聚合物，为淀粉衍生物大家庭加入了新的成员。到了最近这30年是淀粉衍生物飞速发展的年代，各种新型的淀粉衍生物产品大量涌现，如用淀粉生产的可生物降解类淀粉塑料、经过改性的复合变性淀粉以及高吸水性树脂等等。我国从上世纪60年代开始开发利用变性淀粉，起步较晚起点也较低，开始开发的知识单一的品种，一种用在制药领域的白糊精。之后10年品种逐渐变多，出现了酸醇变性淀粉和氧化淀粉等。但是此时变性淀粉还没有得到科技界的重视，直到80年代初的时候变性淀粉的研究和利用才得到科技界的充分肯定。最近10来年我国的变性淀粉发展较快，品种日渐增多，产量也已经上了规模。2011时的总产量达 到110万吨左右，其中大部分是用于工业生产的，用于食品类的只占总量的10%左右，大多是化学变性淀粉；最近几年新产品的种类也在不断增多，从原先较少的白糊精、酸醇变性淀粉等产品，到如今以发展成10多个大项如糊精类产品、预糊化类淀粉产品、醚化类淀粉产品、酯化类淀粉产品、抗性淀粉、复合变性淀粉等等一系列产品，变性淀粉正在向系统化、规模化、工厂化和专业化方面发展。目前变性淀粉的应用十分广泛，最主要的应用是在造纸、纺织和石油化工方面，另外在食品中和医药行业也有相当广泛的应用。另外还在农业生产、改善水环境等方面发挥着积极作用。当把变性淀粉可以作为一种食品添加剂使用时，它具有很多的功能，与其他添加剂本质上不同。这并不是因为它们能提供的营养价值，而是因为微晶淀粉能在食品加工的过程中保持原有的功能特性以及能为食品体系提供加工所需要的稳定环境，使得加工工艺大大简化，成本减少，效果较好，而且能提供食品原有的特殊质构性能13。1.3微晶淀粉经过查看国内外资料发现目前对微晶淀粉的结构模型定义基本相似，绝大多数的学者都把它定义为有两种淀粉类型共同形成的，即为支链和直链淀粉共同组成，而不仅是有他们其中的单一组成的，所以微晶淀粉又被称作是两种类型淀粉的半结晶聚合物。国外的研究者Tako和Hizukuri24在论文中指出，没经过处理的天然淀粉，其微晶区域也是有支链和直链淀粉相互作用形成的。他们两个是被认为以氢键的方式结合在一起的。然而之所以经过酸或酶处理后其性质有较大改变，普遍认识是其微晶结构是由支链形式的淀粉组成，这样经过处理之后，其链长就会变短，结晶度就会有很大的提高，产品就被称为微晶淀粉。微晶淀粉的制备方法基本是三种，分别是结晶法、水解法和凝沉法，每种方法各有利弊。其中水解法是较常用的一种方法，它是将淀粉溶于一定浓度的酸溶液中，放在一定的温度条件下，经过一定的时间之后水解的剩余产物。将剩余产物用乙醇洗涤之后，用离心机离心，用恒温干燥箱干燥，得到的粉末颗粒就被称为微晶淀粉。还可以采用在出厂时已经进行了脱脂和脱蛋白处理的淀粉原料，在一定条件下用淀粉酶水解一般左右，剩余的物质也可以称为微晶淀粉。经过这两种方法处理后得到的微晶淀粉结晶度都较高，故经常被叫做原微晶淀粉或微晶淀粉26,27；而结晶法则指的是通过一定的条件将原淀粉进行重结晶，如温和酶解、酸解淀粉等等；最富在的是凝沉法，他需要进行多个步奏才能将原淀粉转化为微晶淀粉，步奏有脱支、凝沉、水合和水解等一系列复杂的程序。1.3.1 微晶淀粉的结构和晶型通常所指的微晶淀粉指的是一些晶型的聚合体，组成结构的晶型有片晶、淀粉微晶束以及另外的一些其它晶形2。从微晶淀粉的晶体结构来看，微晶淀粉是淀粉分子链之间通过一定的方式，聚集在一起形成一种固定的立体结构。可是因为淀粉分子链是一种不固定的结构，聚集在一起形成的晶格很不完美，存在很多缺陷，所以微晶结构大多都不一样。列如我们常见的抗温和酸解淀粉，以及抗酶解糊精和抗酶解淀粉等的外观都是不定型的，但是葡聚糖微晶以及淀粉球晶和球粒等则具有一定的结晶形态。尽管微晶淀粉的形态各不相同，但他们都是通过不同方法以淀粉为原料制备得到的，其主要的组成结构还是一样的。借鉴原淀粉的分类方式，再结合不同微晶的晶体类型，大致可将微晶淀粉划分为如下4类10,24,25：A-型微晶淀粉：通常认为A-型微晶淀粉一般是利用A-型淀粉，通过Lintnerization 方法生产得到的。用X-ray衍射法对其晶体结构进行分析，从波形图中可以看出此类微晶淀粉最强的衍射峰所对应的2角度分别为：9.9o、11.2o、15o、17o、18o和 23.3o。B-型微晶淀粉：一般情况下B-型微晶淀粉可以利用B-型淀粉为原料，通过Lintnerization方法来制备，另外也可以以短链葡聚糖为原料，通过结晶法或凝沉回生法制备得到。当用X-ray衍射法对其晶体格式进行分析，从波形图中可以看出此类晶体的最强衍射峰对应的2角度分别为：5.6o、15o、17o、22o、24o。与A-型微晶不同的是，其在5.6o的衍射峰可以作为特殊标记来定义此类微晶淀粉，而且在15 o时的衍射峰强度比A-型微晶淀粉减少了许多。C-型微晶淀粉：研究认为可以用C-型淀粉为原料，通过正常的Lintnerization方法生产，但在生产时要特别注意环境条件，因为C-型微晶淀粉的晶型很容易转化为B-型微晶。用X-ray衍射法对其进行分析可知，其最强衍射峰是A-型微晶和B-型微晶的图形的综合。V-型微晶淀粉：这类淀粉产量较少，制备方法可用直链淀粉和一些化合物结构的络合而成，这些化合物包括脂肪、碘和醇等等。用X-射线对其晶型进行分析时发现，最强的衍射峰落在 2=7.4 o，13.0 o，和 20.5 o 19,20这些角度上。1.3.2 微晶淀粉的用途1.3.2.1 微晶淀粉在食品工业中的应用微晶淀粉因其特殊的性质在食品行业中有很广泛的应用，因为其本身无毒无味，且是自然界中天然的物质，加到食品中不会影响食品原有的色、香、味等，所以是一种很有前景的食品添加剂。有一种产品微晶纤维素，目前已经被广泛的用在冰激凌中，他能较好的稳定产品的原有形态，延长食品的货架期。有些企业已经申请了这方面的专利技术，足见对他的重视。但由于其来源的问题，消费者一直对其存有戒心，因为它是一种工业产品，不是天然物质。所以非常有必要生产一种能代替微晶纤维素的产品，以满足冷冻食品行业的需求。经过研究发现一种微晶淀粉就能达到这种要求，经过处理之后，它能和微晶纤维素拥有一样的功能特性。而且由于其来自天然淀粉，可以说是纯天然食品，所以消费者更容易接受。微晶淀粉还可以以不同的形式用于其它食品中，它的形态可以有食物的配方决定。对于液体饮料它可以以液态形式存在，在一些干燥食品如饼干中则可以粉状形式存在。还可以在一些食品中代替糖和面粉，充当脂肪延伸剂等。另外微晶淀粉含糖量较多，且有脂肪的口感，故可以用来制造低糖和低脂肪食品。更符合现代人们的生活理念，是一种健康的食品原料。微晶淀粉还可以用来控制冰晶形成，作为普通稳定剂中的一种成分，可被用于大多数冷冻食品的生产中，可以改善这些食品在经过反复冷冻之后冰晶变大，口感不好的问题。保证食品在较长时间内不会变形，口感不会下降，延长货架期，所以应用很多。微晶淀粉可以当做乳化剂使用，它能改善油-水乳化液中的水相，使得水相在混合液中胶化、增稠，阻止了油分子间的相互靠近。与此同时微晶淀粉还能维持较强的油水分界面，即使在高温状态下也能保持两者之间的稳定性能。因此在一些油类加工中应用广泛，在一起需要高温灭菌的加工过程中也可使用。微晶淀粉经过一些特殊处理后可用作甜味剂，他们不需要经过分离提纯，因为其原料就是纯天然的，可直接加入食品中，或者一些含糖饮料中。其可与面点类食品混合，如生产曲奇饼干、全麦面包、挂面和烘烤类馅饼等；用在冷品中可生产冰淇淋、雪糕等一些常见的零食中；用在奶制品中可生产低脂人造奶油、奶油干酪和酸乳、奶昔等。微晶淀粉基产品可以作为一种特殊的食品添加剂用在功能饮料中，它的特殊结构能使饮料中的葡萄糖缓慢释放，延长作用效果。由于其有脂肪和糖类的口感和性能，故还可以用来加工一些保健食品，在一定程度上取代食品配方中原有的脂肪和糖类的含量。减少一些特殊人群对这类物质的吸收和利用，同时增加了纤维的摄入量，对人体健康也有较大的促进作用。1.3.2.2 微晶淀粉在其它行业中的应用微晶淀粉因其结构的改变使其具有良好的保水性能，溶于水之后在较长时间内能形成稳定的混合液。在一些化妆品和制药行业中有广泛的应用，在制备膏状类或者悬浮状类药物时加入微晶淀粉可有效增强产品的性能。利用微晶淀粉良好的成型作用制作出来的医用药片，患者在服用后具有崩解力好、分散好、药效快等诸多优点18。化妆品中也有微晶淀粉的用武之地，可以用来改善半固体类、膏霜及粉末类产品的组织形态。这是因为微晶淀粉有较好的持水性，能改变混合液的流变性和粘性，可以在较长时间内保持乳状液的稳定性，从而赋予化妆品漂亮的外观。微晶淀粉因其具有的特殊性能使其应用范围十分广阔，一些发达国家在上世纪80年代就开始了相关研究，而我国还处于起步阶段。但近年来我国人民的生活水平大幅提高，人们对健康越来越重视，微晶淀粉作为一种有生理活性功能的，具有天然保健食品效果和医药辅助物功能的产品，在不久的将来肯定会得到快速的发展。1.3.3 微晶淀粉的国内外研究概况国外的Robin J.P（1974）等28和 Stephen G.R（1987）等29最早研究了水解法制备微晶淀粉的工艺流程，他们的实验过程是把把脱脂和脱蛋白的天然淀粉放置于一定浓度的酸溶液中，保持一定的温度，在一定的时间内水解，将剩余产物用乙醇洗涤之后，用离心机离心，用恒温干燥箱干燥，得到的粉末颗粒就被称为微晶淀粉。还可以采用在出厂时已经进行了脱脂和脱蛋白处理的淀粉原料，在一定条件下用淀粉酶水解一般左右，剩余的物质也可以称为微晶淀粉。经过这两种方法处理后得到的微晶淀粉结晶度都较高，故经常被叫做原微晶淀粉或微晶淀粉。Gross 等21的论文里指出了微晶淀粉基产品以及其在食品工业中的应用。Jheng-Hua Lina（2003）等11对酸醇法制备玉米和马铃薯微晶淀粉及其分子和理化性质做了相应的研究。指出了其性质和功能的改变。国内对微晶淀粉的研究大多是在天津大学进行的。其中，刘延奇（2002）等2综述了制备微晶淀粉的方法以及在食品和其他行业中的应用，对微晶淀粉有了一个明确的定义，将微晶淀粉定义为具有较高结晶度的淀粉微晶束、片晶以及其它晶形形成的聚集体，在文献中还对微晶淀粉内部的晶型、以及晶型之间的互相转化的问题进行了相关的描述。刘延奇（2006）等18叙述了对微晶淀粉进行分类的标准，以及基本的制备方法并对其应用前景做了预测。微晶淀粉的制备方法有水解法、回生法、结晶化方法，还可以通过反复冷冻结晶法来制备，不同方法制备出来的微晶淀粉的用途各不相同。有的可用作食品中的添加剂，有的可用来作保健品或者是辅助治疗药物载体18。刘垚（2006）等9详细综述了微晶淀粉的相关性质、微晶淀粉的功能及其在食品生产中的应用。翟爱华（2008）等25研究了以普通玉米淀粉为原料，采用酶解回生法制备抗性淀粉的最佳工艺因素。其单因素变量为淀粉乳浓度、普鲁兰酶添加量以及-淀粉酶添加量和回生反应时间，通过确定各单因素对抗性淀粉所得率的影响，再通过正交试验，最后得出了最佳的工艺制备条件25。试验结果表明：在影响RS生成的4个因素中影响较大的因素是普鲁兰酶添加量和淀粉乳浓度，影响较小因素是-淀粉酶添加量和回生时间，最佳工艺条件是在淀粉乳浓度为25%，普鲁兰酶的加入量为3.6Ug1淀粉，-淀粉酶加入量为4Ug1淀粉，经过24h的回生时间得到的，产物得率在9.027%25。卢未琴（2010）等13以玉米淀粉为原料,在酸醇介质中制备玉米淀粉微晶。实验中测定了微晶淀粉的水解率,并对微晶淀粉产品进行了颗粒形貌、偏光十字、溶解度等性质的测定。综上所述，国内外对微晶淀粉已进行了相关系统的研究，对各种生产方法及其产品进行了相关的分析。微晶淀粉的相关性能已经得到了充分的验证。但是目前国内外的生产方法大多以常温条件下为主，制备微晶淀粉所需时间较长，产量较低，不利于快速大量生产。鉴于这种原因，本课题将结合国内外的生产方式，选择酸醇水解玉米淀粉的方式生产微晶淀粉，此方法可以在一定范围内提高反应环境的温度，加快反应进度，减少反应所需的时间，以期能实现工厂化生产。1.4 立题的必要性和研究内容1.4.1 立题的意义微晶淀粉和天然淀粉相比具有较多的优点，它是由淀粉微晶束或片晶以及其他晶体组成的具有较高结晶度的聚集体。我们通常所说的一些抗性淀粉如抗酶解淀粉、抗酸解淀粉、抗酶解糊精等，以及葡聚糖晶体等都包含在微晶淀粉的范围内。其中微晶淀粉最常见的形式就是抗酶解淀粉，它的结构和功能特性都和微晶纤维素具有很高的相似度。微晶淀粉因为其独特的性质和功能特性，被广泛的应用在产品生产中，如食品行业、医药行业、化妆品领域等等。在食品行业中，微晶淀粉因为其纯天然，无毒无副作用，且不影响食品材料原有的色、香、味等，所以是一种广泛使用的食品添加剂。而且因为其原料来源比微晶纤维素更加天然，故更容易受到消费者的喜爱。微晶淀粉添加到食品中可充当高温稳定剂、非营养性填充物等，在一些液体食品中可用作悬浮剂和增稠剂。当作为膨胀剂添加到食品中时可以增加食品的膨胀性和脆度。将微晶淀粉进行一些处理：如酯化或醚化等，可以使其具有亲脂类性质，添加到食品中可作为脂肪取代物使用。微晶淀粉因为其不易消化、不易吸收等特性，对人体有较好的调节作用。鉴于微晶淀粉在食品行业和其他行业中的广泛应用，使其具有巨大的市场潜力，因此研究微晶淀粉的制备工艺和性质也具有十分重要的意义。1.4.2 课题的研究内容本次课题的内容是玉米微晶淀粉的制备和性质研究，因此本文以玉米淀粉为原料，以水解法制备微晶淀粉为实验基础进行相关实验。实验结果以水解率为指标，以盐酸用量、反应温度、反应时间和乙醇浓度为实验变量因素，试验中拟将温度适当提高，最高反应温度60摄氏度，测试淀粉在高温下的水解率。然后通过单因素和正交试验验证水解法制备微晶淀粉的最佳工艺条件。对微晶淀粉的性质研究集中在溶解度和消化性上，对其形态做扫描电镜（TEM）分析。通过对比揭示其与天然淀粉的差异。7玉米微晶淀粉的制备工艺研究 第二章 玉米微晶淀粉的制备工艺研究2.1 前言玉米是生产淀粉的最主要原材料，是世界三大粮食产物之一。以玉米为原料制备淀粉的工艺已经很成熟，生产成本低、产率高，没有季节限制，所以它是工业生产淀粉的最佳选择。目前全世界90%以上的淀粉生产原料都来自于玉米，由于玉米淀粉的性质，其糊化温度为64-72，具有较高的凝沉强度及热粘性，其黏度具有较强的热稳定性，冷却之后形成的凝胶体强度较强。玉米淀粉目前被广泛应用在食品、制药、造纸和纺织等工业。因此以玉米淀粉为原料制备微晶淀粉有着很多的优势。本章以水解法制备微晶淀粉为基础，进行相关实验，在较高温度下对玉米淀粉进行处理，以水解率为指标，以盐酸用量、反应温度、反应时间和乙醇浓度为变量，寻求最佳工艺。2.2实验材料与器材2.2.1实验材料表2-1 实验主要材料名称 规格 产品信息玉米淀粉 食用级 吉林省杞参食品有限公司无水乙醇 分析纯 北京化工厂浓盐酸 分析纯 北京化工厂碳酸氢钠 分析纯 北京化工厂2.2.2实验仪器表2-2 试验主要仪器名称规格/型号产品信息电子天平JJ200常熟市双杰测试仪器厂电子分析天平BS201S北京赛多利斯仪器有限公司电热鼓风干燥箱101A-1ET上海实验仪器厂有限公司离心机LD4-2A北京累勃尔离心机有限公司2.3 试验方法取25g干基玉米淀粉，将玉米淀粉分散到100mL一定浓度的乙醇溶液中,反应以加入一定量的浓盐酸开始,然后将悬浮液在所需温度条件下放置一定时间。在反应时间结束后加入所需NaHCO3终止反应。将反应溶液放在冰浴中冷却5min,然后取出在3000r /m in情况下离心5min,将沉淀物用75%的乙醇溶液洗涤三到四次,然后将固体物质放置于40烘箱中干燥过夜,干燥后的固体颗粒经粉碎、过筛后包装。2.3.1单因素试验经过文献的查阅和整理，针对本次试验，选用的单因素为：盐酸用量 、反应温度 、反应时间 、醇浓度，单因素水平如下：表2-3 单因素表12345盐酸用量0.50mL0.75mL1.00mL1.25mL1.50mL醇浓度60%70%80%90%100%反应温度2030405060反应时间0.5天1.0天1.5天2.0天2.5天2.3.2 单因素试验结果与分析2.3.2.1 盐酸用量对淀粉水解率的影响 实验中取25g干基玉米淀粉，将玉米淀粉分散到100mL体积分数为80%乙醇溶液中,反应以加入不同量的浓盐酸开始,然后将悬浮液在30温度条件下放置一天的时间。在反应时间结束后加入14mL浓度为1.00M/L的NaHCO3终止反应。盐酸的考察量为0.50mL、0.75mL、1.00mL、1.25mL、1.50Ml,实验结果如图2-1所示，从图中可以看出，随着盐酸用量的增加水解率呈现先增加后减小的趋势。在盐酸用量为0.75mL时水解率最大，其后水解率没有明显的变化，说明盐酸的添加量已经不能影响水解率的大小，此种情况下淀粉已经基本完全水解。从得到的干燥的微晶淀粉颗粒来看，加入盐酸的量过多或过少，都将使产物较硬，不易粉碎。图 2-1盐酸用量对实验的影响2.3.2.2乙醇浓度对淀粉水解率的影响实验中取25g干基玉米淀粉，将玉米淀粉分散到100mL一定浓度的乙醇溶液中,反应以加入1.0mL的浓盐酸开始,然后将悬浮液在30温度条件下放置一天的时间。在反应时间结束后加入14mL浓度为1.00M/L的NaHCO3终止反应。乙醇浓度的考察量为60%、70%、80%、90%、100%，实验结果的水解率如图2-2所示。由图可以看出随着乙醇浓度的增加淀粉水解率的变化是先增加后减小，在乙醇浓度为80%时达到最大，当乙醇浓度大于80%时，水解率有较明显的变化。但是随着乙醇浓度的增加，得到的微晶淀粉颗粒的硬度越小，结块易碎，表面越光滑。图2-2乙醇浓度对实验的影响2.3.2.3 反应温度对淀粉水解率的影响实验中取25g干基玉米淀粉，将玉米淀粉分散到100mL体积分数为80%乙醇溶液中,反应以加入1.0mL浓盐酸开始,然后将悬浮液在不同温度条件下放置一天的时间。在反应时间结束后加入14mL浓度为1.00M/L的NaHCO3终止反应。考察温度为20、30、40、50、60，实验结果测得的水解率如图2-3所示。由图可知，随着温度的增加，淀粉的水解率呈明显的上升姿势。但由于淀粉在60以上就很容易糊化，因此实验中的最高温度定位60。有此亦可以看出，在一定温度范围内，温度越高水解率越大，所以生产中应尽量提高反应的温度。且随着温度的风升高，得到的产物越松散。图2-3 温度对试验的影响2.3.2.4反应时间对淀粉水解率的影响实验中取25g干基玉米淀粉，将玉米淀粉分散到100mL体积分数为80%的乙醇溶液中,反应以加入1.0mL浓盐酸开始,然后将悬浮液在30温度条件下放置不同的时间。在反应时间结束后加入14mL浓度为1.00M/L的NaHCO3终止反应。反应时间的考察量为0.5天、1.0天、1.5天、2.0天、2.5天，实验结果如图2-4所示。由图中曲线的变化趋势可以看出，天数对淀粉的水解率影响不大，如果反应温度提高，影响会更小。这说明在最初的12-24小时内，淀粉已经基本水解完全。图2-4 反应时间对实验的影响2.3.3 正交试验 针对单因素实验结果，每组取3个较优值进行正交试验，总计四因素三水平，故采用L9（34）正交表，盐酸用量为因素A，醇浓度为因素B，反应温度为因素C，反应时间为因素D，每个因素的三个水平分别标记为1、2、3。由单因素结果分析可知，温度对实验结果影响较大，时间对实验结果影响较小，故在进行正交实验之前，先进行一次预实验，观察在50时，淀粉完全水解所需的时间。经过实验发现，在反应12小时后水解反应已经达到最大值，之后水解的效果很不明显。考虑到温度升高后所需要的时间会更短，故正交试验时实验时间变量定位6h、12h、18h，由于温度越高越好，正交试验的温度选择50 、55、 60，盐酸用量选择0.75mL、1.00mL、1.25mL，乙醇浓度选择70%、80%、90%，正交表设计如下：表2-4 正交实验表及分析 因素试验号盐酸用量（mL）醇浓度（%）反应温度（）反应时间（h） 实验指标ABCD水解率/%yi -10 1234567890.750.750.751.001.001.001.251.251.257080907080907080905055605560506050556121818612121869.611.211.511.914.610.413.711.311.8-0.41.21.51.94.60.43.71.31.8yj1yj2yj3RjRj,2.36.92.84.62.395.27.13.73.41.771.34.99.88.54.426.05.34.71.30.68较优水平因素主次 较优组合A2 B2 C3 D1CABDC3A2B2D1表2-5 方差分析表方差来源偏差平方和自由度均方和F比显著性水平A4.60222.30116.319 0.10B1.93620.968 6.865 C12.13626.068 43.035 0.05D0.28220.141 1.000误差0.2820.14有极差分析表可知，因素显著性为：反应温度盐酸用量乙醇浓度反应时间，较优组合为C3A2B2D。此条件下淀粉水解率最大，此时的反应条件为：25g淀粉溶于100mL一定浓度乙醇溶液中，盐酸用量1.00mL、乙醇浓度80%、反应温度60，反应时间6h。有方差分析表可知，显著性水平为反应温度和盐酸用量。2.4本章小结 通过对四个变量的单因素试验和正交试验，确定了每个因素的重要性及优水平和优组合。实验得到的结论是：用水解法制备玉米微晶淀粉的最佳条件为25g淀粉溶于100mL一定浓度乙醇溶液中，盐酸用量1.00mL、乙醇浓度80%、反应温度60，反应时间6h，此时玉米淀粉的水解率最大，效果最好。21玉米微晶淀粉的溶解度和消化性分析第三章 玉米微晶淀粉的溶解度和消化性分析3.1引言玉米淀粉经过酸醇水解以后，得到结晶度较高的微晶淀粉，由于淀粉分子结构的改变导致其相应的物理化学性质的改变。为了测定微晶淀粉和天然淀粉的性能的差别，本章对两种淀粉的溶解度和消化性进行了相应的测定。以期发现微晶淀粉的特殊性质，为其应用和研究打下基础。3.2实验材料和仪器3.2.1实验材料表3-1 实验主要材料名称 规格 产品信息玉米淀粉 食用级 吉林省杞参食品有限公司微晶淀粉 食用级 实验所得葡萄糖 分析纯 上海润捷化学试剂有限公司浓硫酸 分析纯 北京化工厂苯酚 分析纯 广州化学试剂厂其他材料同表2-13.2.2实验仪器表3-2 试验主要仪器名称 规格/型号 产品信息电子天平 JJ200 常熟市双杰测试仪器厂电子分析天平 BS 201S 北京赛多利斯仪器系统有限公司电热鼓风干燥箱 101A-1ET 上海实验仪器厂有限公司离心机 LD4-2A 北京累勃尔离心机有限公司数显恒温水浴锅 HH-2 江苏金坛市国胜实验仪器厂水浴恒温振荡器 SHA-C 金坛市恒丰仪器厂紫外分光光度计 3.3 试验方法3.3.1 溶解度的测定将1 g 淀粉（干基）在烧杯里溶于50 ml的蒸馏水中，放入水浴恒温振荡器中加热至65、75、85和95下，并保持搅拌30分钟，取出后以4000r/min的速度离心15 min，将离心后的上清液全部倒出，放于培养皿中置于干燥箱中在130条件下干燥。称取干燥物质量。同一样品进行三次测定，取平均值。溶解度即为上清液干燥后的剩余质量与淀粉样品原干物质质量之比。S（%）= A/W100式中：S：溶解度（%）；A：上清液蒸干恒重后质量（g）；W：绝干样品质量（g）。3.3.2 消化性测定本实验中测定消化性的方法采用苯酚-硫酸法测定淀粉微晶的多糖含量来间接测定。通过比较天然淀粉和微晶淀粉在相同时间段内水解产生的不同的多糖含量来比较两者的水解性差异。3.3.2.1 试剂及其配制在配制试剂过程中和实验分析中，溶液应使用蒸馏水，药品应使用分析纯化学试剂。1 mg/mL葡萄糖溶液：称取1g葡萄糖溶于1000mL容量瓶中，加蒸馏水稀释到刻度并摇匀。葡萄糖标准曲线所需的标准溶液：用移液管分别吸取 1、2、3、4、5、6和10mL 的1mg/mL的葡萄糖溶液滴加到100mL的容量瓶中，然后加蒸馏水稀释到刻度并摇匀。此时的葡萄糖溶液浓度分别为 10、20、30、40、50、60 和 100g/mL。苯酚溶液：由于苯酚晶体在68时溶解率最大，称取苯酚5g，放于100mL容量瓶中在68的水浴锅中溶解，冷却后滴定至刻度线，即为5%苯酚溶液。浓硫酸：浓度为95-98%。3.3.2.2 标准曲线的绘制称取1g 葡萄糖于1000mL容量甁中加蒸馏水, 制得1mg/mL母液。然后分别吸取1、2、3、4、5、6mL于100mL容量瓶中加蒸馏水至刻度, 配制成标准浓度( 10、20、30、40、50、60g/mL)的溶液,之后分别吸取各浓度的标准液1mL于具塞试管中,加入配置好的5%苯酚的溶液1mL,震荡摇匀,快速加入浓硫酸5mL,混合液摇匀静止10min,放置在25-30的水浴锅中10-20min,取出在空气中冷却至室温,用分光光度计在波长490nm处测定吸光度。以葡萄糖标准浓度(g/mL )为横坐标,吸光度值为纵坐标,在坐标轴上绘制标准曲线。标准曲线图如下：图 3-1苯酚- 硫酸法测定多糖含量的标准曲线3.3.2.3 样品中糖含量测定取一克样品溶于50mL(其中含有配制好的-淀粉酶5mL)蒸馏水中，在35水浴下水解不同时间，之后将悬浮液取出在3500r/m in的离心速度下离心5min后得上清液,取出1mL上清液再稀释五倍。将稀释后的溶液按上述3.3.2.2的步骤操作,测出不同水解时间的吸光度值。以绘制的标准曲线来计算糖含量,再计算出上清液中的所有总葡萄糖含量。糖含量= C * N * V式中: C-稀释后由苯酚-硫酸法所测吸光度值在回归直线方程曲线上求得的浓度值；N-溶液稀释倍数；V- 总的上清液的体积。3.4 结果与讨论3.4.1 溶解度分析淀粉的溶解度反映了淀粉与水之间的相互作用，指的是在一定温度下条件下淀粉样品分子的溶解质量分数，本实验测试的是天然淀粉和微晶淀粉在（65-95）温度下的溶解度。其值如下表：表3-3 溶解度结果淀粉类别溶解度（%）65 75 85 95天然淀粉 2.51 4.62 8.08 11.06微晶淀粉 21.60 30.40 74.56 84.10由表中可以看出，低温下天然淀粉的溶解率很小，当温度上升到80的时候，溶解度有所上升，但是在95时也只有百分之十一点多的溶解度，所以总体来说溶解度很小。但微晶淀粉的溶解度从一开始就比较大，65时溶解度已经达到百分之二十多，且溶解度随着温度上升迅速升高，在温度为95时就达到了84.10%，说明对淀粉进行酸醇处理之后，溶解度变化较大。为了更明显的反映两者之间的关系，将两种物质的溶解度表现在图上如下：图3-2 玉米淀粉和微晶淀粉的溶解度对比3.4.2消化性分析 两种物质在不同时间的消化产物如表3-4所示，反映出来的消化速度如图3-3所示。有表可以看出，随着反应时间的增加，消化产物的量也在增加， 在这点上，玉米淀粉和微晶淀粉是没有区别的，这是因为消化产物是累积的，只会越来越多。表3-4 消化性结果淀粉类别消化产物量（mg）1.0h 1.5h 2.0h 2.5h 3.0h 3.5h天然淀粉 44.64 48.88 52.79 54.50 61.97 66.82微晶淀粉 11.16 14.58 19.70 23.75 28.43 38.74由表中可以看出，刚开始玉米淀粉消化产物较多，消化速度较快。微晶淀粉消化较平缓，糖含量缓慢增加，两种物质的消化产物速度如下图所示：图3-3 两种淀粉的消化产物量得对比图从图中可以看出微晶淀粉有很好的缓释作用，能在进餐后一段时间维持较低血糖。证明了其在食品加工当面的应用前景。3.5 本章小结 本章从溶解性和消化性对天然玉米淀粉和玉米微晶淀粉做了性质和功能的相关对比。得出了微晶淀粉溶解性较好，消化较缓慢的结论，证明了玉米淀粉经过酸醇水解以后性质和功能的改变。结论与展望一、结论1、水解法制备玉米微晶淀粉的最佳工艺条件为：盐酸用量1.25mL，乙醇浓度80%，反应温度60，反应时间6h，此时玉米淀粉具有最大的水解度，制备的微晶淀粉最佳。2、通过对比玉米微晶淀粉和玉米淀粉的溶解度及消化性，得出了微晶淀粉溶解度较大，消化性缓慢的结论，证明了微晶淀粉性质和功能的改变，反映出其在食品和其他行业中的应用潜力。二、展望微晶淀粉在很多领域都有广泛的应用，但在我国还处于开发利用的前期，许多方面还需要探索和研究。随着经济的发展和人们生活水平的提高，其价值会被人们逐渐发现和利用，在我国具有很大的市场价值。致谢致谢本论文是在导师李亚卓讲师的的辛勤指导下完成的，感谢李老师半年多的辛劳付出。从选题到实验，李老师都认真的帮我分析，指导我该怎么做，李老师严谨的治学态度和待学生如朋友的热情，都让我收获颇多。感谢实验室石主任和赫老师在实验仪器和药品上的支持，使得实验能尽早开始。感谢同一实验室做实验的各位同学，是他们教会我怎么使用实验室没使用过的仪器，以及在仪器不够用时，无私的提供他们自己的仪器帮助实验。感谢生物学院四年来的培育，各位老师的关心和教导。祝各位老师工作顺利。由于本人能力有限，论文中免不了出错，敬请各位老师批评指正。 李中原 2013年6月21参考文献 参考文献1 张燕萍.变性淀粉制造与应用( 第二版)M北京: 化学工业出版社， 2007: 55.2刘延奇，于九皋淀粉微晶J高分子通报，2002(6) :2432.3 Tako M，Hizukuri S. Retrogradation mechanism of rice starchJ.Cereal Chemistry,2000,77(4):473477.4 Eerlingen R C，Deceuninck M，Delcour J A. Enzyme-resistanttarch. . influence of amylosechain length on resistant starch formationJ. Cereal Chemistry，1993,70(3):345350.5 Lin JH, Lee SY, ChangYH.Effect of acid- alcohol treatment on the molecular structure and physicochemical properties of maize and potato starches J 1Carbohydrate Polymers, 2003, 53:475-48216