擠壓法制備的硬脂酸玉米淀粉酯的性質(zhì)研究

1、擠壓法制備的硬脂酸玉米淀粉酯的性質(zhì)研究c搏ere銣al&f飼eed料ind工ubtry2009,8糧油深力口工及食品困擠壓法制備的硬脂酸玉米淀粉酯的性質(zhì)研究劉鳳茹,張燕萍(江南大學(xué)食品學(xué)院食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無錫214122)摘要:以玉米淀粉為原料,硬脂酸為酯化劑,用雙螺桿擠壓機(jī)作反應(yīng)器制備了硬脂酸玉米淀粉酯.對硬脂酸玉米淀粉酯的黏度,穩(wěn)定性,溶解度,糊化度,乳化特性和消化性等性質(zhì)進(jìn)行了測定和分析.關(guān)鍵詞:硬脂酸淀粉酯;擠壓;性質(zhì)中圖分類號:ts23l文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a文章編號:10036202(2009)08001503astudyonpropertiesofcornsta

2、rchstearatepreparedbyextrusionabstract:cornstarchstearatewaspreparedfromcornstarchasrawmaterialbyatwinscrewextruderandwithhelpofstearieacidasanesterifyingagent.thepropertiesofcornstarchstearatesuchasviscosity,stability,solubility,gelatinizationdegree,emulsibility,digestibilityandsoon,weredetermineda

3、ndanalyzed.keywords:starehstearate:extrusion:property以螺桿和料筒組成的塑化擠壓機(jī)作為連續(xù)化反應(yīng)器,將欲反應(yīng)的各種原料組分如單體,引發(fā)劑,聚合物,助劑等?次或分次由相同或不相同的加料口加入到反應(yīng)器中,在螺桿轉(zhuǎn)動卜實(shí)現(xiàn)各原料之間的混合,輸送,塑化,反應(yīng)和從模頭擠出的過程,聚合物單體或聚合物熔體在螺桿擠出機(jī)內(nèi)發(fā)生物理變化,同時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),是一種新的工藝方法.經(jīng)過擠壓后的產(chǎn)品性質(zhì)也會發(fā)生改變.硬脂酸淀粉酯,是一種長鏈脂肪酸淀粉酯,屬于酯化變性淀粉,由于脂肪酸鏈的引入,使得該淀粉酯既具有親水性質(zhì)又具有疏水性質(zhì).在食品工業(yè)中主要作為食品乳化劑,增稠劑

4、,凝膠穩(wěn)定劑等,可應(yīng)用于諸如低脂冰淇淋,色拉調(diào)味料,焙烤食品,奶酪,酸奶等食品中.反應(yīng)擠出技術(shù)具有可連續(xù)生產(chǎn),生產(chǎn)效率高,易于實(shí)現(xiàn)自動化,可方便準(zhǔn)確地進(jìn)行物料溫度控制,物料停留反應(yīng)時(shí)間控制和剪切強(qiáng)度控制;不使用溶劑,無三廢污染;工業(yè)牛產(chǎn)投資少,產(chǎn)品成本低,技術(shù)含量高,利潤高,螺桿還有自清潔能力,物料停留時(shí)問短,產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn),可用來生產(chǎn)多種變性淀粉,如酯化淀粉,淀粉接枝共聚物,交聯(lián)淀粉,氧化淀粉,醚化淀粉等.miladinov等曾用單螺桿擠壓機(jī),以高直鏈玉米淀粉和有機(jī)酸為原料生產(chǎn)淀粉酯.本研究則用雙螺桿擠壓機(jī)制備了硬脂酸玉米淀粉酯,主要對其性質(zhì)作j分析.1試驗(yàn)材料和方法1.1試驗(yàn)材料和儀器1

5、.1.1主要材料與試劑玉米淀粉,吉林中糧生化能源有限公司;硬脂酸,ar,中國醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司;硫代硫酸鈉,碘,碘化鉀,硫酸銅,亞鐵氰化鉀,乙醇,鹽酸,氫氧化鈉等均為化學(xué)純;中溫ot一淀粉酶(酶活2000u/g);耐高溫一淀粉酶(酶活20000u/rn1);糖化酶(酶活30000u/g).1.1.2主要儀器收稿日期:2009-03一i1;修州日期:2009-0512作者簡介:劉風(fēng)茹(1984),女,研究方向:淀粉深加工.通訊作者:張燕萍(1964一),女,副教授,研究方ruj:淀粉深加工.ptw24/25d型雙螺桿擠壓機(jī),美國熱電公司;ndj一1型旋轉(zhuǎn)式黏度儀,上海精密科學(xué)儀器有限公司;

6、vis-722s型分光光度計(jì),江蘇無錫科達(dá)智能儀器廠;fa_25型電動均質(zhì)機(jī),卜海fluko流體機(jī)械制造有限公司;shaba型水浴恒溫振蕩器,上海欣蕊自動化設(shè)備有限公司.1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1硬脂酸玉米淀粉酯的制備_t藝流程硬脂酸+鹽酸玉米淀粉一混合一擠壓制備一粉碎一產(chǎn)品1.2.2性質(zhì)測定方法取代度及反應(yīng)效率的測定反滴定法精確稱量干燥(去除氯離子)的樣品4g于250ml二t角瓶中,加入50ml蒸餾水,再加入20ml濃度0.25mol/i的標(biāo)準(zhǔn)naoh溶液,置于振蕩器巾,于110r/rain的轉(zhuǎn)速下振蕩50min,然后加入兩滴酚酞指示劑,用0.1mol/l的標(biāo)準(zhǔn)hc1溶液滴定至粉

7、紅色剛好消失,記錄耗用鹽酸的體積數(shù)及空白的,根據(jù)下面公式計(jì)算取代度(ds).硬脂?；|(zhì)量分?jǐn)?shù):w=l00%,取代度:ds:162w162c(一vi)26700266w1000m一266c(一vi)式中,c為標(biāo)準(zhǔn)hc1的濃度,mol/l;m為原料干樣品的質(zhì)量,g.硬脂酸玉米淀粉酯糊黏度的測定稱取一定質(zhì)量的硬脂酸玉米淀粉酯樣品(于基),配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的淀粉乳,沸水浴加熱至淀粉糊化(大約5min),蓋上表面皿再煮15min.然后以適當(dāng)轉(zhuǎn)子,采用ndj1型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)測定其黏度,待讀數(shù)趨于恒定時(shí)記錄.黏度的計(jì)算方法為:=k?n.式中為黏度,mpa?s;n為儀器瀆數(shù),mpa?s;k為系

8、數(shù).田劉鳳茹等:擠壓法制備的硬脂酸玉米淀粉酯的性質(zhì)研究/2009年明8期硬脂酸玉米淀粉酯沉降性的測定稱取一定質(zhì)量的硬脂酸玉米淀粉酯樣品(用80%的乙醇洗滌后的樣品),配制1.0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的淀粉乳,于沸水中加熱糊化并保溫15min,冷卻至室溫.然后將淀粉糊放人具塞刻度管中,在25靜置,分別記錄經(jīng)0,6,24,48h及6d后上清液的體積.硬脂酸玉米淀粉酯的溶解度的測定在塑料離心管中,分別加入定質(zhì)量的硬脂酸玉米淀粉酯(未洗滌)樣品,配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%(干基)的淀粉乳3oml,_丁3occ進(jìn)行水浴恒溫并不斷攪拌30lllin.然后在3000r/rain轉(zhuǎn)速下離心30rain

9、,將上清液倒入已恒重的小燒杯中,蒸干,在105烘箱中烘至恒重后稱重.計(jì)算溶解度:溶解度s=x100%,式中,a為上清液蒸干至恒重后質(zhì)量,g;w為淀粉樣品的質(zhì)量(干基計(jì)),g.硬脂酸玉米淀粉酯的乳化性和乳化穩(wěn)定性指數(shù)的測定取一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的硬脂酸玉米淀粉酯溶液,加入同體積的大豆色拉油,以10000r/rain的速度高速攪拌1min,之后分別在0,10min取樣,以0.1%sds(十二烷基磺酸鈉,ph7.0)稀釋100倍,以sds溶液為空白,測定500nm處的吸光度值,以0rain的吸光度值(a)表示乳化性,乳化穩(wěn)定性指數(shù)用esi表示.es1=,式中,a.為0時(shí)刻的吸光值;a

10、t為時(shí)間差,rain;4為內(nèi)的吸光值差.硬脂酸淀粉酯消化性的測定此方法根據(jù)參考文獻(xiàn)略做改動,取絕干的硬脂酸淀粉酯2g,加入50mlph6.0的磷酸緩沖液,加人2m1質(zhì)量分?jǐn)?shù)l0%的耐高溫(it一淀粉酶在95%反應(yīng)1h,冷卻調(diào)ph值為4.5加入2ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%糖化酶在60反應(yīng)1h,80c滅酶后稀釋2000倍后用菲林試劑滴定葡萄糖的含量.以0.1%的標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖溶液標(biāo)定菲林試劑,樣品的消化性可表示為:消化率=i舀毛i2iii-.%.硬脂酸淀粉酯糊化度的測定采用酶水解法.2結(jié)果與分析2.1剪切速率,溫度對硬脂酸玉米淀粉酯黏度的影響不同溫度,不同剪切速率對同一取代度的硬脂

11、酸玉米淀粉酯(ds=0.0ll74)的黏度的影響如圖1所示.巾圖1可知,同一取代度的硬脂酸玉米淀粉酯,在溫度定時(shí)表觀黏度隨著剪切速率的增加而有所下降,呈現(xiàn)剪切稀化現(xiàn)象,具有假塑性流體的特征.這主要是因?yàn)榈矸墼诔珊^程中,淀粉顆粒的膨脹,溶解,水合等作用使淀粉分子鏈充分舒展.施加剪切力后,劇烈的剪切作用使淀粉分子問作用減弱,相互纏繞的淀粉分子在剪切作用下逐步沿著平行于流動的方向排列,從而導(dǎo)致淀粉糊的表觀黏度有所下降.由圖1還可看出,在同一剪切速率下,溫度越高,淀粉糊的表觀黏度越低.這主要是因?yàn)槿芤后w系溫度上升,促進(jìn)淀粉分子運(yùn)動,聚集體結(jié)構(gòu)被打破,同時(shí)液體體系發(fā)生膨脹,使每個淀粉分子平均占有體積增

12、大,流動性增強(qiáng),導(dǎo)致體系的表觀黏度降低.速率?mi一:0一1oc0一60c圖1剪切速率,溫度對硬脂酸玉米淀粉酯黏度的影響2.2取代度對硬脂酸玉米淀粉酯黏度的影響原玉米淀粉(ds=0)與不同取代度的硬脂酸玉米淀粉酯黏度的關(guān)系如圖2所示.:25,】z1匕圖2取代度對硬脂酸玉米淀粉酯黏度的影響(測定溫度30,剪切速率為6r/min)由圖2可知,硬脂酸玉米淀粉酯的黏度相對于原玉米淀粉顯著降低,這主要是由于在擠壓反應(yīng)過程中,高溫高壓和酸解的物理化學(xué)因素等都會使淀粉分子糖苷鍵斷裂,進(jìn)而導(dǎo)致淀粉分子發(fā)生降解作用使聚合度降低,因而黏度也隨之下降.2.3取代度對硬脂酸玉米淀粉酯沉降性的影響原淀粉(ds=0)與不

13、同取代度下硬脂酸玉米淀粉酯沉降性如圖3所示.0j.501b0,0j0i0l:nj0ll11f,i/h+ds:0+ds=o00453ds:o.00571*ds:0.007l4+ds=o00824+ds=o.0ll74圖3取代度對硬脂酸玉米淀粉酯沉降性的影響由圖3可知,玉米淀粉經(jīng)變性后沉降性增大;變性后的淀粉,隨著取代度的增加,沉降性變小.這是由于淀粉變性后,分子量減小,淀粉鏈易于定向排列形成結(jié)晶,所以沉降性增加;但由于硬脂酸長鏈的引入,淀粉分子的空間位阻增大淀粉分子之間難于定向排列,所以隨著取代度的增大,沉降性變小.2.4取代度對硬脂酸玉米淀粉酯溶解度的影響原玉米淀粉(ds:0)與不同取代度的硬

14、脂酸玉米淀粉酯在30c下的溶解度如圖4所示.由圖4可以看出,隨著取代度的增加,溶解度也相應(yīng)增加.硬脂酸玉米淀粉酯的溶解相對于原淀粉也大.這是因%一日趙g876542纂娶蛙嫠蜒劉鳳茹等:擠壓法制備的硬脂酸玉米淀粉酯的性質(zhì)研究/2009年第8期為淀粉擠壓過程中受高溫,高壓及較大的剪切力作用,顆粒解體,原來的化學(xué)鍵斷裂,結(jié)晶結(jié)構(gòu)無序化,分子鏈被切斷,淀粉的損傷程度大大增強(qiáng),從而增大了水與淀粉分子的接觸機(jī)會;且取代度越大,淀粉顆粒的表面和顆粒內(nèi)淀粉分子的密集排列被破壞的程度也越大,糊化時(shí)水分子越易進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部,淀粉分子也就越容易被潤脹釋放出來.因此溶解度也就隨著取代度的增加而變大.以代圖4取代度對

15、硬脂酸玉米淀粉酯溶解度的影響2.5取代度對乳化能力(以吸光值表示)及乳化穩(wěn)定性的影響由圖5可以看出取代度越大,硬脂酸淀粉酯的乳化性越好,乳化穩(wěn)定性也隨之增加,且相對于原淀粉,硬脂酸玉米淀粉酯的乳化性顯著增大.這是由于硬脂酸碳鏈的引入,淀粉同時(shí)具有了親水和親油基團(tuán),也就是具有了兩親性質(zhì).取代度的升高也就是說明疏水基團(tuán)的增多,即淀粉的親油性也相應(yīng)提高,從而使乳化作用也相應(yīng)增強(qiáng).取代腰一乳化性一l化穩(wěn)定性圖5取代度對乳化能力(以吸光值表示)及乳化穩(wěn)定性的影響2.6取代度對硬脂酸淀粉酯消化性的影響由圖6可知硬脂酸淀粉酯的消化性對于原淀粉是有所下降的,并隨著取代度的增大而降低.由于硬脂酸是含有十八個碳的

16、長鏈脂肪酸,其基團(tuán)的空間位阻會阻礙淀粉酶對淀粉分子鏈的進(jìn)攻.另外,酯鍵的形成使淀粉具有疏水性質(zhì),水分子與淀粉分子鏈的結(jié)合受阻.淀粉酶也因此很難進(jìn)入淀粉顆粒的內(nèi)部進(jìn)行作用.隨著酯鍵數(shù)量和密度的增加,取代度圖6取代度對硬脂酸淀粉酯消化性的影響囫淀粉原有的以氫鍵為分子問力的超分子微細(xì)結(jié)構(gòu)逐漸減少,以酯鍵為主要分子問力的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比例逐漸增加,完全非晶化時(shí)這種空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)占主導(dǎo)地位.空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得淀粉酶難于接近淀粉分子鏈,且淀粉分子能與淀粉酶活性部位的結(jié)合點(diǎn)不斷減少.硬脂酸淀粉糊與原淀粉糊的消化速度相差不多,說明較低程度酯化對淀粉糊的消化性能無顯著影響.2.7取代度對硬脂酸淀粉酯糊化度的影響由圖7

17、可知擠壓處理后的變性淀粉的糊化度明顯要比原淀粉的大,并隨著取代度的增大而有所增加.這是由于淀粉在高溫高壓和高剪切作用卜,吸水受熱膨脹,直鏈間脆弱的氫鍵斷裂,原來有序結(jié)構(gòu)跡劍破壞,呈松散無序結(jié)構(gòu),即發(fā)生糊化.取代度越大,形成的酯鍵越多,說明淀粉顆粒解體部分也相對較多,糊化度也相應(yīng)增大,但是不同取代度的產(chǎn)物之間的糊化度差別不是很明顯.oo.(x(l(xhi(x)7l1.(l(x2d:(10ij74取代膻圖7取代度對硬脂酸淀粉酯糊化度的影響3結(jié)論(1)硬脂酸玉米淀粉酯相對于原玉米淀粉黏度降低,滿足高濃低黏的要求;(2)淀粉酯化后,沉降性增大,且取代度越大沉降性越小;(3)淀粉酯化后溶解度也大大增大,且隨取代度增加溶解度也相應(yīng)增加;(4)接入硬脂酸碳鏈后,具有了乳化性,可用作乳化劑;(5)在擠壓機(jī)的高溫,高壓,高剪切的作用下,淀粉發(fā)生了糊化和分子降解,具有了很高的糊化度和良好的消化性.參考文獻(xiàn)imiladinovvd,hannama.starchesterificationbyreactiveex.trusionj.industrialcropsandproducts,2000(11):5157.2張燕萍.變性淀粉制造與應(yīng)jm.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.【3錢建亞,順林.j種常用淀粉糊化測定方法的比較j.西部糧油科技,1999,24(4):4246,4徐忠