（制糖工程专业论文）复合变性醋酸酯淀粉的制备及应用.pdf

摘要 摘要 本论文为了改善淀粉在食品涂膜保鲜上的应用效果，扩大其应用范围，主要研究酸 解淀粉醋酸酯和酶解淀粉醋酸酯两种变性淀粉的制备和成膜条件、比较淀粉膜的性能以 及产品在食品保鲜中的应用。 首先，采用丁醇沉淀法提取木薯直链淀粉，盐析法提取支链淀粉，并通过紫外可 见光谱，凝胶色谱和高效液相色谱验证，证实分离的纯品纯度较高，可用于一般测定木 薯淀粉中直链淀粉的含量。直链和支链淀粉的s e m 结果显示，直链淀粉的形态比较分 散。 分别以淀粉糊透明度、直链淀粉含量、膜抗拉强度等作为指标，确定复合变性淀粉 的工艺参数为：选用木薯淀粉、醋酸乙烯酯作为酯化剂；酸解条件为0 1 5 m o l l 的盐酸 溶液，反应温度为4 5 1 2 ，反应时间为2 h ；酶解条件为糊化时间1 5 m i n ，普鲁兰酶用量 o 0 3 m l g ，反应时间6 h ，反应温度5 5 ，p h 值4 5 。以膜透明度、抗拉强度、伸长率 和透湿性为参照指标确定成膜条件：选用冷糊法制备酸解醋酸酯淀粉糊，淀粉含量取为 0 0 4 5 9 m l ；酶解醋酸酯淀粉糊浓度为3 5 9 m l ；甘油添加量0 2 m l g 。复合变性大大改 善了天然淀粉膜的性能，其中酶解醋酸酯淀粉膜的性能要更佳一点。 最后，将产品进行涂膜保鲜应用。使用复合变性淀粉对樱桃番茄进行涂膜，有明显 的保鲜效果：贮藏2 0 天，烂果率在2 5 左右，而对照组高达8 0 ，且失水量少，营养 成分如v c 、可溶性固形物含量以及总酸含量的损失远低于对照组。将鲫鱼进行涂膜后， 涂膜后的鱼体可以保持一级鲜度6 0 d ，与对照组相比延长一级鲜度3 0 d 左右，而且鱼肌 肉p h 值的变化、干耗率比对照组要缓慢。 关键词：淀粉酯化酸解酶解涂膜保鲜 江南大学硕士学位论文 a b s t r a c t n ep u r p o s eo f t h ep a p e ri st oi m p r o v et h ea p p l i c a f i o no fs t a r c hi nf o o df i l mp r o t e c t i o n , a n de x p a n dt h ea p p l i c a t i o no fs t a r c h t w ok i n d so fm u l t i - m o d i f i e ds t a r c h ( a c i d h y d r o l y s i s e s t a i f y i n gm u l t i - m o d i f i e ds t a r c h , e n z y m a t i ch y d r o l y s i se s t e r i f y i n gm u i t i - m o d i f i e ds t a r c h ) a n dt h e i rf i l m sw e r ep r e p a r e d b e s i d e s t h ep e r f o r m a n c eo f t h ef i l m sa n dt h e i ra p p l i c a t i o ni n f o o dc o a t i n gp r e s e r v a t i o nw e r er e s e a r c h e d ： 。 f i r s t l y ，a m y l o s ea n da m y l o p e c t i no fc a s s a v as t a r c hh a db e e ns u c c e s s i v e l ye x t r a c t e da n d p u r i f i e db yd i s s o l v i n gc a s s a v as t a r c hw i t ht h i na l k a l i n es o l u t i o n p r e c i p i t a t i n ga m y l o s ew i m l b u m o la n da m y l o p e c t i nw i t hs a l i n e t h e i rp u r i t i e sh a db e e nc _ , o n f i i m e db vi v i ss c a n so f t h e i rc o m p l e xf o r m e dw i 血i o d i n e , g e lp e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p y ( o p c ) a n d 碰曲 p e r f o r m a n c ol i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) w i t hs c a n - e l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) ，i tw a s s h o w e dt h a tt h ec o n f i g u r a t i o no fa l n y l o s ew a sd i s p e r s e d , s ot h ea m y l o s ew a sm o r ea v a i l a b l e t om a k e 也ef i l mt h a tw a ss m o o t h e ra n dm o r ei n t e n s i v e 1 1 1 et e c h n i c so fp r e p a r i n gm u l t i - m o d i f i e ds t a r c hw e r ei n v e s t i g a t e ds y s t e m i c a l l y b y d e t e r m i n i n gt h e 衄d n s p a r e n c , eo f s t a r c hp a s t e , t h ec o n t e n to fa m y l o s ea n dt h et e n s i l es t r e n g t h o fs t a r c hf i l mr e s p e c t i v e l y 功eo p t i m u mt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d 乃e e t h y l e n ee s t e ro fa c e t i c a c i dw a sc h o s ea sa s t e r i f y i n gm a t e d a l t h ec a s s a v as t a r c hw a s h y d r o l y z e dw i t ht h eh y d r o c h l o r i ca c i do f0 1 5 t o o 儿a t4 5 f o r2 h o nt h eo t h e rh a n d t h e a m o u n to f t h ee n z y m ew a s0 0 3 m i j g ，a n dt h ep ho f t h es y s t e mw a s4 5 t h ec a s s a v as t a r c h w a sb y d r o l y z c da t5 5 f o r6 h , a n dt h eg e l a t i n i z a t i o nt i m ew a s1 5 m i n 1 1 1 eo p e r a t i n gp a r a m e t e r so fp r e p a r i n gs t a r c hf i l mw e r es t u d i e db yi n v e s t i g a t i n gt h e t r a n s p a r e n c eo f t h et e n s i l es t r e n g t h , e l o n g a t i o n , a n dw e t t i n gi n f i l t r a t i n gl e v e l r e s p e c t i v e l y 1 1 r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt l l eo p t i m u mp a r a m e t e r so ff o r m i n gf i l ma sf o l l o w s ： c o l dg e l a t i n i z a t i o na n do 0 4 5 9 m la c i d - h y d r o l y s i se s t e r i f y i n gs t a r c hw e r ec h o s et op r e p a r e a c i d - h y d r o l y s i se s t e r i f y i n gs t a r c hf i l m ；t h ec o n t e n to f e n z y m a t i c - h y d r o l y s i se s t e r i f y i n gs t a r c h w a s0 0 3 5 9 m l ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no f g l y c e r o lw a s0 2 m l g m u l t i - m o d i f i c a t i o no f s t a r c h i m p r o v e dm a n yp r o p e r t i e so fs t a r c hf i l m ，a n dt h ee n z y m a t i ch y d r o l y s i se s t e r i f y i n g m u i t i - m o d i f i e ds t a r c hf i l mw a st h eb e r e r , e s p e c i a l l y f i n a l l y ，t h ea p p l i c a t i o no fs t a r c hc o a t i n g si nf o o dp r e s e r v a t i o nw a sc o n c e r n e d c o a t i n g w i t hm u l t i m o d i f i e ds t a r c ho nt h es u r f a c eo f c h e r r yt o m a t o e ：ss h o w e do b v i o u s l yf l e s h - k e e p i n g e f f e c t t h ee x i s t e n c eo fs t a r c hf i l mr e d u c e dt h ef r u i tr o tr a t i of r o m8 0 ( w i t hc o n t r o lf r u i t s ) t o2 5 a f t e r2 0d a y s ，r e d u c i n gt h ec h a n g eo fw a t e r , v i t a m i nc ( v c ) ，s o l u b i l i t ys o l i dc o n t e n t a n dt o t a la c i d t h ef r e s h e n i n gp e r i o do f6 s ht r e a t e dw i t hm u l t i - m o d i f l e ds t a r c hf i l mw a s l o t i g e rt h a nt h ec o n t r 0 1 r n l cf r e s h n e s so ft r e a t e df i s hw a sl n d l e v e la f t e r6 0d a y s w h i l et h e c o n t r o l 丘s hw a sa b o u t3 0d a y s k e y w o r d s ：s t a r c h ；a c e t a t e ；a c i d - h y d r o l y s i s ；e n z y m a t i c - h y d r o l y s i s ；c o a t i n gf r e s h k e e p i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：垒塑坠整日期：印口6 年6 月膨日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：逊导师签名：麴基 日期：弘、口6 年6 月店日 第一章绪论 第一章绪论 淀粉是一种天然植物多糖，它以颗粒形式广泛存在于植物的果实、根、茎中，是人 类主要的碳水化合物来源。淀粉具有资源丰富、价廉、可再生、不枯竭的特点，同时具 有优良的可生物降解性能。与石油化工原料比较，无污染，符合现代环境的要求。因此， 淀粉在农业、工业、科学技术等各个领域都一直受到人们的高度重视【i 3 】一 淀粉膜是应用最广泛的农业原材料，它是一种可再生资源，价格便宜易得，性质易 于掌握，用淀粉作为被膜材料有着广阔的应用前景m 。近年来，淀粉作为一种膜材料， 应用越来越广泛。淀粉膜的研究涉及生物可降解膜、可食性包装膜和食品涂膜保鲜等。 淀粉都有糊化特性，在一定的温、湿度条件下，淀粉很容易糊化为具有粘性的糊状物质， 若用量适当，则可以在食品上形成一层极薄的含多个细小孔隙的涂膜包裹层，可以改变 食品的气体交换，减少水分蒸发，防止微生物的入侵等涂膜保鲜效果。此种方法操作简 便易行，所以在我国很有发展前景【7 】。 但由于天然淀粉膜的强度、成膜性、阻湿性等方面仍存在许多不足，虽然具有许多 优势，但涂膜效果与壳聚糖类等涂膜剂相比，还有一定的差距，因此对淀粉膜强度、成 膜性等进行改善对扩大淀粉作为食品保鲜剂有指导意义。 1 1 食品涂膜保鲜 食品保鲜在我国还是- - f 3 比较新兴的科学，从世界范围看，我国还比较落后，一般 的水果、蔬菜、糕点以及肉、禽、蛋等食品，不经过保鲜处理，在贮藏、运输、加工等 过程中浪费严重。据粗略统计，有时果品的损失量高达总产量的2 0 左右。目前各国采 用的保鲜方法很多，大致上可分为五类：化学保鲜法、低温冷藏法、气调贮藏法、薄膜 包装法，以及近期发展起来的辐射贮藏法。食品采用可食性涂膜进行保鲜近年来在国内 外引起了广泛的重视。 关于涂膜保鲜技术，可追溯到十二、三世纪，当时人类就懂得了对新鲜水果进行涂 膜、涂敷、包裹等手段来保藏，进行蜡封，以延长其保质期，但当时仅局限于效仿自然 界。而涂膜保鲜的大规模发展，是在1 9 2 4 年有报道指出涂膜处理果蔬可达到保鲜效果， 1 9 3 0 年果蜡在美国的出现之后。目前，一些发达国家在商业上已普遍采用涂膜保鲜， 而我国还普遍处于试样研究阶段，真正投入商业应用的为数稀少。 涂膜是以生物大分子( 如多糖、蛋白质等) 为原料，通过分子间相互作用而形成的具 有多孔结构的薄膜，通过浸渍、涂布、喷洒等过程覆盖在食品表面或异质食品内部界面 上。 部分水果表面有一层蜡质，是这类水果的一种天然保护结构，而涂膜则是人工创造 的一层保护结构，起到类似的作用。所谓涂膜处理就是在果蔬表面涂上一层高分子的液 江南大学硕士学位论文 态膜，干燥后成为一层很薄很均匀的膜，可以抑制果蔬与空气的气体交换，从而降低果 实的呼吸强度，减少营养物质的消耗，延长果蔬的贮藏寿命；另外，还能减少果蔬表面 的蒸发失水，保持果蔬的硬度和新鲜饱满：并能减少由于病原菌的侵染而造成的腐烂。 如果在涂料里加入防腐剂和激素，防腐保鲜的效果就更为显著。而鱼类食品，由于肌肉 组织脆弱且含水量较多，组织易变成碱性等特点，在一般条件下很易被腐败性微生物分 解而变质。目前鱼类保鲜一般采用冷冻或冰鲜的方法，但经冻结的鱼虾，虽贮藏期长， 解冻时汁液流失多，营养损耗大，导致品质下降。而有报道指出，在鱼体表面涂上海藻 酸钠，会在鱼体表面形成一层膜，可以减少保鲜后鱼类的失水率、营养成分和解冻汁液 流失等。 涂料的种类很多，虫胶、蜂蜡、石蜡、淀粉、蛋白质及一些人工合成的蜡液等均可 采用。从涂膜保鲜剂内部成分上来看，目前的发展趋势都是由有一定的毒性向低毒甚至 无毒、可食的方向发展，因此淀粉作为一种涂膜材料具有很大的发展潜力阳q 。 1 2 淀粉作为涂膜保鲜材料的国内外研究进展 淀粉作为涂膜保鲜材料用于食品上，国内外到二十世纪八九十年代才有了对这方砸 的部分报导。 g a r e i a , m a 等【1 9 1 对淀粉膜的应用作了初步的探讨。用稀碱溶液对淀粉进行改性处理， 并加入甘油作为增塑剂，用这种配制好的涂膜液处理新鲜草莓并在o c 、相对湿度8 4 ：8 的条件下贮存。结果表明，处理过的草莓在失重率、硬度和腐败率等指标上都优于对照 组。处理组的腐败率仅为3 0 ，而对照组的腐败率则高达l o o 。 日本用淀粉、蛋白质等高分子溶液，加上植物油制成混合涂料喷在柑橘、苹果上， 使贮藏寿命延长5 倍鲫。 郭敏 2 1 1 使用水溶性淀粉配成溶液对成熟度为3 4 的香蕉进行涂膜，并在2 5 1 2 、相对湿 度7 8 的条件下放置7 天。结果表明，处理过的香蕉在失重率、颜色、霉菌量、口感和 气味等方面，都优于对照组。 王听等吲将添加不同量软脂酸和甘油的淀粉基可食膜用于番茄果实的保鲜试验，取 得了不错的保鲜效果。 廖列文等鲫用玉米淀粉和丙烯酸盐接枝制备的高吸水性树脂与水，丙二醇以一定配 比均匀混和，用作鱼肉类冷藏保鲜可达到良好的效果。 姚晓敏等口”采用可溶性淀粉作为被膜剂，配成1 o ，1 5 ，2 o 3 种不同的浓度， 用浸渍或喷雾等方法，在草莓表面形成一层膜，结果表明，最佳的淀粉涂膜剂浓度为 1 5 ，用1 ，5 浓度处理的草莓贮存5 d 后，与参照组相比重量、可溶性固形物含量和维生 素c 含量的损失也有很大的减少。 从上述文献中，可以看出淀粉作为被膜剂，对食品进行涂膜可以形成有效的保鲜作 用，具有良好的研究前景。 2 第一章绪论 但是淀粉涂膜也有一些缺陷，滕利生等口1 用淀粉作为成膜剂对南瓜进行涂膜，在 1 0 - 1 2 下贮藏1 8 0 天，发现淀粉作为成膜剂，在前期也有良好的保湿防腐作用，但试贮 2 0 天左右，淀粉膜开始失水老化，膜层逐渐破坏，失去了保湿、防病等作用。天然淀粉 膜由于淀粉本身固有的一些缺点，如易老化，膜强度、阻湿性以及膜透明度等方面都有 所不足1 2 6 - 2 8 1 ，直接用其作为涂膜保鲜剂，效果不尽人意。因此，改善淀粉膜功能性质是 非常必要的。 1 3 1 影响膜性质的因素 1 3 1 1 淀粉的种类 淀粉的来源主要有玉米、小麦、马铃薯和木薯等。虽然性质基本相似，但由于其颗 粒大小、形态和组成上的差异，不同来源的淀粉的性质并不完全相同。不同品种的淀粉 糊化后，糊的性质，如粘度、透明度、老化性能等，都存在着差别( 如表1 一1 ) ，这极大 地影响着其应用效果。同样，淀粉膜的性质，如透明度、膜强度、柔韧性和溶解性等性 质也随淀粉品种而不同( 如表1 - 2 ) o s l 。p h a n , t d 等咧研究比较了琼脂，木薯淀粉、玉米 淀粉和蜡质玉米淀粉所制膜的功能特性，结果表明：琼脂和木薯淀粉可以形成透明度好、 均一、有韧性且保湿性相对好的膜，而玉米和蜡质玉米淀粉形成的膜易脆、强度低，保 湿性不佳。 表1 1 淀粉糊的主要性质 t a b 1 1t h em a i nc h a r a c t e r so f s t a r c hp a s t e 江南大学硕士学位论文 1 3 1 2 淀粉的结构 淀粉一般分为直链淀粉和支链淀粉两种，直链淀粉是- d - p i t 喃葡萄糖基单位通过 1 ，4 糖苷键连接的线型聚合物，而支链淀粉是an 吡喃葡萄糖基单位通过1 , 4 或1 , 6 糖 苷键连接的高支化聚合物。这两种淀粉的成膜性能存在很大差异，直链淀粉会形成连贯 地、强度相对较大、自由固定的膜，而支链淀粉会形成脆性的、不连贯的膜1 3 0 1 。d e n i s l o t u d i n 等口1 】研究了直链淀粉含量对淀粉膜的影响，发现随着直链淀粉含量由0 1 0 0 ， 淀粉膜的强度从4 0 m p a 增加到7 0 m ! b a ；拉伸长度从4 6 ：g a i i a ；m a 等 1 ”将草莓用 高直链淀粉和中等直链淀粉分别涂膜，结果显示高直链淀粉涂膜在阻止草莓水分流失和 保持水果硬度的能力上高于中等直链淀粉涂膜。 工业上直链淀粉膜的用途较多( 如表1 3 ) ，如可制成强度很高的纤维和透明薄膜， 它无味、无臭、无毒，具有抗水和抗油性能。支链淀粉也能制成透明薄膜，但强度很差， 遇水立即溶解【2 l l 。 表1 3 直链淀粉和高直链淀粉的应用 t a b 1 3t h ea p p l i c a t i o no f a m y l o s ea n dh i g ha m y l o s ec o n t e n ts t a r c h 薄膜产品直链淀粉的功能 水溶性 可生物降解 肉类包装 可食性一 热封性 包装用 增塑 耐水 无毒，与聚乙烯醇共混 酸蚀的材料 无皮产品用水溶性膜 食品包装材料和表面覆盖层 食品包装薄膜 不透油和不透氧 酶脱支的淀粉 加有憎水增塑剂和( 或) 涂以保护层 1 3 2 膜性质改变的方法 目前有效的改善淀粉膜性能的方法主要有以下几种： 1 ) 提高淀粉中直链淀粉含量 膜的性质方面，直链淀粉远远优于支链淀粉，因此通过提高直链淀粉含量来改进淀 粉的成膜性是一种很有效的方式。达成这一目的可以有以下几种方式： ( 1 ) 将直链和支链淀粉分开，用纯直链淀粉制膜； ( 2 ) 进行改性处理，提高直链淀粉含量； ( 3 ) 培育新品种使其含有较高链淀粉。 以上几种方式中，将淀粉组分分离，直接取用直链淀粉制膜，成本太高，而且分 离过程复杂，不适合大规模使用；而培育新品种，国外采用遗传育种方式培育新玉米品 种含直链淀粉约7 0 8 0 ，称为高直链玉米，成本较普通淀粉高3 倍，我国在这方面 4 第一章绪论 的研究还比较少，市场上的拥有量偏低，价格比较高。 对淀粉进行改性处理，是短期内提高直链淀粉含量的最有实用价值的方法。现有 研究表明，改性处理提高淀粉中直链淀粉含量的方法，一方面是通过脱支酶作用于淀粉： 另一方面，酸处理淀粉也可以产生一定的效果。 脱支酶是用来水解支链淀粉、糖原等大分子化合物中n 一1 ，6 糖苷键的酶，脱支酶可 分为直接脱支酶和间接脱支酶两大类。前者可水解未改性的支链淀粉或糖原中的n 1 , 6 糖苷键，后者仅可作用于已经酶改性的支链淀粉或糖原。根据水解底物专一性的不同， 直接脱支酶可分为异淀粉酶和普鲁兰酶两种。异淀粉酶只能水解支链结构中的1 , 6 糖 苷键，不能水解直链淀粉中a 一1 , 6 糖苷键；普鲁兰酶不仅能水解支链淀粉中的q 1 , 6 糖 苷键，也能水解直链淀粉中的n 1 ，6 糖苷键，因此它能水解含a 1 , 6 糖苷键的葡萄糖聚 合物口”。 脱支酶的使用能够有效的提高淀粉中直链淀粉的含量，提高相应的淀粉膜功能。高 群玉等口习用异淀粉酶处理糊化的淀粉乳，使支链淀粉转变成直链淀粉，膜抗张强度和耐 折度增加。陈雪等跚研究了用普鲁兰酶修饰淀粉，发现经过普鲁兰酶处理过的淀粉，成 膜性能、抗张强度和透明度都有所改进。 酸变性淀粉的反应机理：口3 4 , 3 s l 在用酸处理淀粉的过程中，酸作用于糖苷键使淀粉分子水解，淀粉分子变小。淀粉 中的n - 1 , 6 糖苷键和n - 1 ，4 糖菅键被酸水解的难易存在差别。由于淀粉颗粒结晶结构的 影响，直链淀粉分子间经由氢键结合成晶态结构，酸渗入困难，其n - 1 ，4 糖苷键不易被 酸水解。而颗粒中无定形区域的支链淀粉分子的口1 , 4 糖苷键、a 1 ，6 糖苷键较易被酸渗 入，发生水解。 表1 - 4 酸变性玉米淀粉中直链淀粉性质的变化 t a b 1 - 4t h ec h a r a c t e r so f a m y l o s ei na c i dc o i ns t a r c h 流度：流度是粘度的倒数，用流度可以表示酸变性淀粉的变性程度。 江南大学硕士学位论文 有文献用酸水解玉米淀粉研究直链淀粉和支链淀粉含量变化情况，在反应初期阶段 直链淀粉含量增高，表明酸催化是优先水解支链淀粉。用0 2 m o g l 盐酸，4 5 处理马 铃薯淀粉，颗粒没有发生膨胀，仍有偏光十字，表明酸水解是发生在颗粒无定形区，没 有影响原来的结晶结构。在反应初阶段，支链淀粉首先被水解，直链淀粉含量有所提高。 这些结果表明，酸水解分为二步，第一步是快速水解无定形区域的支链淀粉：第二步是 水解结晶区域的直链淀粉和支链淀粉，速度较慢。随着酸水解程度的变化，直链淀粉的 含量会发生相应的变化，而直链淀粉的某些性质也会发生变化，如表1 - 4 所示。因此通 过酸处理来提高淀粉的直链淀粉含量要选择合适的酸解程度，才能达到理想的结果。 2 ) 制备变性淀粉，引入能够改善膜性能的基团 在淀粉所具有的固有特性的基础上，为改善淀粉的性能和扩大应用范围，利用物理、 化学或酶法处理，改变淀粉的天然性质，增加某些功能性或引进新的特性，使其更适合 于一定应用的要求。这种经过二次加工，改变了性质的产品统称为变性淀粉。用酶和酸 处理淀粉，都属于变性淀粉的一种，而除了这两种方式，还有一些方式虽然不能够提高 淀粉中直链淀粉的含量，但是会随着某些功能性基团的引入而改善淀粉膜性能，如交联 淀粉，醚化淀粉以及酯化淀粉等等。 酯化淀粉 酯化淀粉是指淀粉羟基被无机酸及有机酸酯化而得到的产品，敌酯化淀粉可分为淀 粉无机酸酯和淀粉有机酸酯两大类。淀粉无机酸酯有淀粉磷酸酯、淀粉硝酸酯等。，淀粉 有机酸酯的品种较多，但在工业上广泛应用的有淀粉醋酸酯、淀粉顺丁烯二酸酯等。其 中磷酸酯淀粉和醋酸酯淀粉是使用最广泛，性质研究比较全面的。 淀粉易与磷酸盐起反应生成磷酸酯淀粉，即使很低的取代度也能明显的改变原淀粉 的性质。淀粉磷酸单酯是淀粉阴离子衍生物，与原淀粉相比，糊透明度和稳定性均有明 显提高，凝沉性减弱。而相应的淀粉膜的性能，在透明度和延展性等方面也有很大改善。 淀粉醋酸酯又称为乙酰化淀粉或醋酸酯淀粉，是酯化淀粉中最普通也是最重要的一 个品种。它是淀粉与乙酰剂在碱性条件下反应得到的酯化淀粉。淀粉醋酸酯是在淀粉中 引入少量的酯基团，因而阻止或减少了直链淀粉分子间氢键结合，使淀粉醋酸酯的许多 性质优于天然淀粉，如糊稳定性增加、凝沉性减弱、透明度好、成膜性好和膜柔软光亮 等 2 8 , 3 “”。 马涛等研究了低取代度磷酸酯淀粉的成膜性与取代度的关系，发现随取代度增 大，膜性能逐渐变好。杨宜功等h 0 用玉米淀粉醋酸酯替代玉米淀粉制成性能较好的淀粉 膜。j g u a n e 4 1 1 等用双螺杆挤压机对醋酸酯淀粉等混合物作用，改进了原淀粉混合物压出 膜的功能特性，乙酰基的存在使得淀粉膜性能有所改进。 3 ) 成膜中添加增塑剂或增强剂等 增塑剂一般是指增加塑料的可塑性，改善在成型加工时树脂的流动性，并使制品具 有柔韧性的有机物质。它通常是一些高沸、难以挥发的粘稠液体或低熔点的固体。添加 6 第一章绪论 增塑剂可降低塑料的玻璃转化温度，使硬而刚性的塑料变得软且柔韧口”。天然淀粉膜有 着天生的不足，例如成膜性不佳，膜比较脆，韧性不好和透明度不够等，而增塑剂和增 强剂等的加入可以大大改善其成膜性，提高其韧性、透明度等。 因此通过将淀粉与其它物质进行混合，进而添加一些增塑剂、增强剂等后制膜，改 进膜的性能，也是一种比较有效的方法，前人在这方面做了比较多的研究。王淑珍 4 7 1 以淀粉为主料，辅以木质纤维素、明胶、甘油和食蜡等做成其抗机械拉力、韧性、透明 度和速溶性都优于糯米纸的包装膜。胡新宇等以羧甲基纤维素钠为增强剂，得到具有 良好阻湿性和阻气性的可食性淀粉膜。陈从贵 4 9 1 等研究发现将魔芋胶和卡拉胶作增强 剂，以甘油山梨醇和单甘酯作增塑剂，以及c m c 、明胶、海藻酸钠、瓜尔胶、明矾五 种胶粘剂能很大的改善淀粉基包装纸柔韧性和透明度。 1 4 立题意义 国内外对于淀粉应用于食品涂膜保鲜的研究尚属少数，只是有了初步的结果，体现 出淀粉用做保鲜剂的价值，但应用过程中会体现出许多问题，例如淀粉膜韧性、透明度 以及阻水率的不足等。因此对于淀粉膜的研究还处于初级阶段，还有大量的工作需要去 做。 关于淀粉膜性质及其改善，国内外学者做了大量的研究，得出了许多有用的结论， 但对于许多方法的实际使用研究较少，并对两种或两种以上方法的综合使用涉及很少， 亦没人将淀粉膜性质的改善应用到淀粉涂膜保鲜方面的研究，仅仅是利用天然淀粉糊化 做保鲜实验。 食品涂膜保鲜在国内外研究较多，因为食品涂膜操作简单，投资低，可少量处理， 也可大量贮藏，因而被广泛采用。目前已有的涂膜品种很多，淀粉是其中来源最丰富， 也是最便宜的一种，因此将淀粉膜大量应用到食品涂膜保鲜中去具有很大的价值，可以 拓宽淀粉的应用范围，对淀粉工业，乃至整个农业，都有重要的意义。 1 5 本课题的主要内容 1 5 1 直链淀粉含量测定方法的确立 将木薯原淀粉进行分离，提取纯直链淀粉和支链淀粉，并验证其纯度，确定可以作 为测定木薯淀粉中直链淀粉含量的标样，同时研究了直链淀粉和支链淀粉结构的不同。 1 5 2 复合变性淀粉工艺参数的确定 采用影响淀粉膜性能的透明度、直链淀粉含量和膜的抗拉强度作为指标，制备两种 复合变性淀粉，优化其工艺参数。 7 江南大学硕士学位论文 1 5 3 涂膜条件的确定以及淀粉膜性质的比较 选择几个影响涂膜效果的条件，取不同的因素进行涂膜，比较成膜的性能，确定最 佳条件，并对两种复合变性淀粉膜性能进行比较。 1 5 a 淀粉膜保鲜食品效果研究 淀粉膜对食品涂膜保鲜的效果如何；? 只有实际应用才能得到证实。本课题将淀粉膜 分别对常温下樱桃番茄以及冰藏条件下河鲫鱼进行涂膜保鲜，以水果和鱼类各种鲜度指 标的变化来评价变性淀粉膜的保鲜效果，提高淀粉膜在食品保鲜中的应用实用性。 第二章直链淀粉含量测定方法的确定 2 0 前言 第二章直链淀粉含量测定方法的确定 淀粉包括直链淀粉和支链淀粉，它们之间的性质有着显著的差异。一般来说，提高 直链淀粉的含量会提高淀粉膜的性能。因此，直链淀粉的含量是指示淀粉膜性能的一个 重要指标。 测定直链淀粉的含量，常用的方法有淀粉碘复合物吸收光值法( 比色法) 、碘电位滴 定法和刚果红滴定法等，本文选用的是比色法。其原理是利用直链淀粉与碘生成纯蓝色， 支链淀粉与碘作用依其分支和聚合度不同，生成紫红棕红色，而原淀粉与碘作用则呈 现这两种颜色的中间颜色。来源不同的直链淀粉与支链淀粉吸附碘的量也有不同，其最 大吸收波长也有区别，因此在测定时需应用相应品种的直链淀粉和支链淀粉标准样，并 用对应的波长测定阱】。 马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉和大米淀粉等的分离纯化，以及它们的直链淀粉 和支链淀粉的纯品比较多见，但木薯淀粉分离方面的研究还不多。本文根据文献记载， 选取多种方法进行尝试，成功提取出木薯直链淀粉和支链淀粉，并采用碘络合物的紫外 可见扫描图谱、凝胶色谱以及其高效液相色谱法对产品的纯度进行了证实，从而为后述 产品直链淀粉含量的测定提供了标准品，保证了实验的顺畅进行。 2 1 实验材料与设备 2 1 1 实验材料 马铃薯淀粉( 水分：1 9 4 ) 木薯淀粉( 水分：1 4 0 9 哟 玉米淀粉( 水分：1 1 6 3 哟 氢氧化钠( 埘 无水乙醇( a i u 正丁醇( a r ) 异戊醇( a r ) 碘化钾( 碘l ) 酒石酸氢钾( m u 盐酸汹t ) 苯酚0 r ) 宁夏固原六盘水淀粉公司提供 广西田阳县宏源事业有限公司提供 金玉米开发有限公司提供 中国医药集团上海化学试剂公司 上海振兴化工一厂 中国医药集团上海化学试剂公司 上海试剂一厂 无锡中西药品器械集团有限公司 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 上海振兴化工二厂 中国医药集团上海化学试剂公司 9 江南大学硕士学位论文 浓硫酸 氯化钠 s e p h a r o s ec l 一2 b 2 1 2 主要仪器 7 2 2 光栅分光光度计 w a t e r s6 0 0 高效液相色谱 q u a n t a2 0 0 电子显微镜 离心机 电热鼓风干燥器 a b l 0 4 - n 电子天平 s b s 一1 6 0 型自动部分收集器 h l - 2 恒流泵 2 2 实验方法 2 2 1 直链淀粉、支链淀粉纯品的提取 中国医药集团上海化学试剂公司 中国医药集团上海化学试剂公司 p h a r m a c i af i n ec h e m i c a l sa b u p p s a i a 上海市三分析仪器厂 美国a g i l e n t 公司 荷兰f e i 公司 上海医用分析仪器厂 新力仪器制造厂 梅特勒- 托利多仪器( 上海) 有限公司 上海沪西分析仪器厂 上海沪西分析仪器厂 2 2 1 1 直链淀粉的提取：丁醇沉降法 5 0 - 5 1 】一 - 。 称取干基1 0 9 木薯淀粉，加入少量无水乙醇湿润样品，再加入3 5 0 毫升o ，5 m o l l 的氢氧化钠，沸水浴中搅拌2 0 m i n ，冷却，离心2 0 m i n ( 3 0 0 0 - 4 0 0 0 r m i n ) ，用2 m o l l 盐 酸中和，加入8 0 m l1 ：1 丁醇一异戊醇( 体积比) ，在沸水浴中加热搅拌l o m i n ，冷至室温， 放入冰箱内静置2 4 h 后取出，离心2 0 m i n ( 3 0 0 0 - 4 0 0 0 r m i n ) ，沉淀物为租直链淀粉。粗 直链淀粉全部移入丁醇饱和的2 0 0 r a l 水中，加热溶解，冷至室温放入冰箱静止2 4 h ， 取出离心2 0 m i n ( 3 0 0 0 - 4 0 0 0 r r a i n ) ，按上述方法再纯化两次，将沉淀分散于无水乙醇中， 砂芯漏斗中过滤，无水乙醇洗涤数次后的样品放在4 0 c 烘箱内鼓风干燥2 4 h ，即得纯直 链淀粉。 2 2 1 2 支链淀粉的提取：盐析法 称取干基l o g 木薯淀粉分散于l o o m l 水中，然后慢慢地倒入1 3 lo 1 5 m o l ln a o h 中，并轻轻搅拌均匀，静置5 m i n 后加3 6 0 m l5 n a c l 溶液，用h c l 中和至p h 为6 5 7 5 ，在室温下放置2 4 h ，分为两层，下层胶体为支链淀粉粗提液。将支链淀粉粗提液离 , 凸o o m i n 、2 0 ( 2 、7 0 0 0 r r a i n ) ，弃去上清液，沉淀物加入适量的1 n a c l 并轻轻搅动， 放置1 5 h 左右，待其分层后，弃去上清液，部分沉淀物离一1 ：, ( 3 0 m i n 、2 0 * ( 2 、7 0 0 0 r r a i n ) ， 弃去上清液，沉淀物再加入适量的1 n a c l 并轻轻搅动，静置、离心，重复四次后， 将沉淀物转至无水乙醇中放置一夜，再用无水乙醇洗涤3 5 次，放在4 0 。c 烘箱内鼓风 1 0 第二章直链淀粉含量测定方法的确定 干燥2 4 h ，即得纯支链淀粉。 2 2 2 紫外扫描光谱： 称取自制的直链和支链淀粉各5 0 m g ，分别加少量无水乙醇及1 0 m l0 5 m o l ln a o h 溶液，在沸水浴中加热1 0 m i n 。冷却，用蒸馏水定容至5 0 m l ，混匀。吸取2 5 m l 样品 溶液于5 0 m l 容量瓶，加2 0 m l 蒸馏水，用o 1 m 0 1 lh a l 溶液调p h 至3 左右，加o 5 m l 碘试剂，定容后放置1 0 m i n 后，在波长4 0 0 - 8 5 0 n m 之间进行紫外可见扫描。 2 2 3 凝胶色谱( g p c ) ： 2 2 3 1 固定相的选择： 直链淀粉分子量的粗测：粘度法( 乌氏粘度计) 本实验用乌式粘度计采用逐步稀释法测定不同直链淀粉浓度下的相对粘度，用 0 1 5 m o l l k o h 作为溶剂，在2 5 c 时测得特性粘度( r i ) ，计算出其粘均分子量。 2 2 3 2 样品预处理 称取5 0 m g 自制直链或支链淀粉，溶解于少量1 m o l ln a o h 溶液中， 用1m o l lh c l 溶液中和至p h7 0 ：e 0 2 ，将溶液全部转移至5 0 m l 容量瓶， 至刻度，离一1 j , ( 2 0 0 0 r m i n ，2 0 m i n ) 。取上清液进样。 2 2 3 3 色谱条件： q b l x s 0 c m ( s e p h a r o s ec l 一2 b ) ； 固定相：s e p h a r o s e c l 一2 b 洗脱液：o 0 5 m o l ln a c l 溶液 流速：6 m l h 上样量：4 m l 每管收集3 0 m l 苯酚硫酸法测总糖 2 2 4 苯酚硫酸法测总糖： 加2 m l 水， 并用水定容 吸取样品液l m l ，加入l m l5 0 9 l 苯酚水溶液，再加入5 m l 浓硫酸，摇匀。1 0 m i n 后，放入2 5 c 水浴中恒温2 0 m i n ，以试剂空白调零，在7 2 1 分光光度计上，4 9 0 h m 波长 处，用l c m 的比色皿测定其吸光值。 垩堕查兰堡主兰垡鲨苎 2 2 5 高效液相色谱法： 2 2 5 1 样品制各： 称取0 1 2 5 9 样品，溶解于5 m l 的二甲亚砜中，完全分散后转移至2 5 m l 容量瓶中 定容至刻度，摇匀后用0 4 5 u r n 尼龙微孔膜过滤，滤液供进样。 2 2 5 2 实验条件 仪器：w a t e r s6 0 0 高效液相色谱仪( 配2 4 1 0 示差折光检测器和m 3 2 工作站1 。 色谱条件： 表2 1h p l c 条件 t a b 2 - 1t h e n d i t i o no f 卸p l c ：。 一 + 一 _一 一 -。 一 2 2 5 3 分子量校正曲线所用标准品： m a l t o s e ( m w 3 4 2 ) ，d e x t r a nt - 1 0 ( m w l 0 ，o o o ) ，d e x t r a nt - 4 0 ( m w 4 0 ，o o o ) ，d e x t r a n t - 7 0 ( m w 7 0 ，o o o ) ，d e x t r a n t - 1 9 0 ( m w l 8 8 0 0 0 ) ，d e x t r a n t - 5 0 0 ( m w 4 8 2 ，o o o ) 。 2 2 6 扫描电子显微镜观察： 自制的直链和支链淀粉以戊二醛固定，磷酸缓冲液漂洗，再用锇酸固定，磷酸缓冲 液冲洗，然后依次用5 0 、7 0 、9 0 、1 0 0 徽k ，醋酸异戊酯过渡，临界点干燥， 离子溅射后，置于电镜下观察，电压1 5 k v 。 2 3 结果与讨论 2 3 1 直链淀粉和支链淀粉纯品的制备方法的选取 木薯淀粉的分子量介于马铃薯淀粉与玉米淀粉之间，它的许多性质也处于这两者之 间，而从总体上看来，木薯淀粉它的性质类似于马铃薯淀粉，因此本实验选取两种马铃 薯淀粉分离提纯的方法进行尝试。 丁醇沉降法属于完全分散法的一种，是先将淀粉粒分散成为溶液，然后添加适当的 1 2 第二章直链淀粉含量测定方法的确定 有机化合物，使直链淀粉成为一种不溶性的复合物而沉淀跚。由表2 2 可知使用该法制 得直链淀粉比较容易，损失也比较少，但制得的支链淀粉得率比较低，且大多为黏稠片 状物，这是由于分散后的上清液中难以回收支链淀粉，而且支链淀粉发生变性的几率很 大，另外纯化支链淀粉使用的试剂量也比较大，可见此法适合制备直链淀粉，但不适合 于制各支链淀粉纯品。 表2 - 2 纯品制备方法的比较 1 曲2 2t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt w om e t h o d s 由于没有确定精确的可提取纯品的理论量，本表中得率均以l o g 干基淀粉所制得的淀粉量表示。 而吉宏武等口3 1 使用的盐析法，结果恰好相反，如表2 - 2 所示。用此方法制备直链淀 粉效果较差，而用它来制备支链淀粉纯品可以得到比较好的产品，得率亦比较高。产生 这种结果可能是因为用丁醇沉降法分离后得到的是直链淀粉沉淀，盐析法得到的是支链 淀粉沉淀，按照体积比添加，沉淀物洗涤时候需要的试剂量就比较少，而且离心时容易 沉降，减少了变性的几率，而上清液中的淀粉比较分散，在提取过程中需要试剂量比较 大，结构容易被破坏，而且损失比较大。因此，在纯品制备中，选取丁醇沉降法制各直 链淀粉，盐析法制备支链淀粉不失为一个比较好的办法。 2 3 2 紫外扫描光谱 a 二黝 j 夕o i ：爹_ 一 ，=