瓜尔胶对淀粉糊化粘度的影响

石 点，吴孟茹，朱谱新*，陈试伟，陈蒋玲, 翦育林

（1.四川大学 纺织研究所，四川 成都 610065；2. 四川省出入境检验检疫局，四川 成都 610041；3.湖南工程学院 化学化工系， 湖南 湘潭 411104）

瓜尔胶对淀粉糊化粘度的影响

石 点1，吴孟茹2，朱谱新1*，陈试伟1，陈蒋玲1, 翦育林3

（1.四川大学 纺织研究所，四川 成都 610065；2. 四川省出入境检验检疫局，四川 成都 610041；3.湖南工程学院 化学化工系， 湖南 湘潭 411104）

将瓜尔胶加入玉米淀粉中共同煮浆，使用快速粘度仪（RVA）测定瓜尔胶/玉米淀粉体系糊化过程中粘度变化。研究发现，瓜尔胶会大大增加玉米淀粉糊化的峰值粘度和浆液低温粘度，并且使淀粉的糊化温度升高，但是有利于降低淀粉浆液的低温回生速率。

瓜尔胶；玉米淀粉；粘度；糊化

淀粉作为经纱浆料已有悠久历史。淀粉对亲水天然纤维有较好的粘附性，有一定的成膜能力，并且价格低廉、资源丰富，在经纱上浆中的应用已积累了一定的经验[1]。但是淀粉浆料上浆性能却不理想，如浆料热稳定性差、浆膜硬脆不耐磨等，需要运用物理或化学的方法使淀粉变性或与其他浆料混合使用，以提高其上浆效果并扩大其使用范围[2]。瓜尔胶是一种可降解的天然多糖类高聚物，能溶于冷水和热水，被广泛用于食品行业，用来改善淀粉的性能[3]。用于纺织浆料添加物的最大优点就是与纤维素的结构非常相似，对纤维素具有直接性，而且可生物降解，热稳定性好。王爱华[4]等人研究了在淀粉中加入一定量的瓜尔胶，可以有效的改善淀粉浆料的成膜性能。胡玉玲[5]等人发现，在涤棉浆纱的正常配方下加入适量的瓜尔胶们可以明显改善浆纱的分绞，纱线手感滑爽，织造时开口清晰，纱线增强效果明显。

瓜尔胶以 -1,4-D-甘露吡喃糖单元为骨架连接形成主链，每两个甘露吡喃糖单元由 -1,6连接的半乳吡喃糖单元作为侧链，相对分子质量约为22万[6]。其化学结构如图1：

图1 瓜尔胶的化学结构

从其化学结构上看出瓜尔胶为非离子多糖，其伯羟基、仲羟基处于外侧，半乳糖支链没有遮住有活性的醇羟基，从而获得了更大的氢键活性[7]。本文通过测定淀粉瓜尔胶体系的糊化曲线，讨论瓜尔胶与玉米淀粉之间的相互作用，研究瓜尔胶对玉米淀粉糊化的影响，为瓜尔胶在浆料上的应用打下基础。

1 实验部分

1.1 试验原料与仪器

玉米淀粉（宝鸡陕丰淀粉有限公司），水分含量13.5%；瓜尔胶（山东阜丰发酵有限公司），食品级QB 2246-96，水分含量12%。

RVA-Ezi粘度测试仪（Newport 瑞典波通仪器公司）。

1.2 实验方法

将准确称量的玉米淀粉干重3.0g，瓜尔胶干重0.015g放入铝制样品测量罐中，加入25.7ml蒸馏水。体系的固体质量浓度为10.5%，其中瓜尔胶/淀粉的质量分数0.5%。将该样品测量罐放入RVA-Ezi粘度测试仪中，放入搅拌器，转速保持在160rpm。运行温度控制软件，即淀粉浆液升温至50℃开始计时，一分钟后以11.80℃/min升温至95℃（至4.81min），保温2.5min（至7.31min），然后以11.8℃/min速度降温至50℃（11.12min），保温至13min。在此期间每半分钟读数淀粉糊粘度一次，绘制淀粉糊化曲线。体系的固体质量浓度不变，变化混合样品系列中的瓜尔胶/淀粉的质量分数按0.5%递增，从0.5%至7.5%，测定其糊化曲线。

另外，以相同瓜尔胶质量，但是无淀粉的实验作为对比样，分别对应于混合样品中瓜尔胶对淀粉的质量分数1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%和7.0%。即25ml水中只加瓜尔胶0.03g、0.06g、0.09g、0.12g、0.15g、0.18g和0.21g，瓜尔胶在水中的质量浓度分别为0.12%、0.24%、0.36%、0.48%、0.60%、0.72%和0.84%。

RVA-Ezi粘度测试仪使用了目前最先进的快速粘度分析技术，可以精确测定淀粉糊化过程中的粘度信息，对淀粉糊化粘度的测定采用美国谷物化学家协会和国际谷物科学与技术协会的所认可的测试方法[8]。

2 实验结果与讨论

2.1 纯瓜尔胶粘度变化曲线

纯瓜尔胶水溶液的粘度（η）随瓜尔胶水溶液浓度（WG）和糊化时间（t）的变化曲线如图1所示，其中背景为程序控制的升温/降温曲线。

图2 瓜尔胶在25ml水中的粘度随其质量和糊化时间的变化

由图2可以看出，瓜尔胶的水溶液粘度随着其浓度的增加而增加，但是粘度值不是很大，都在50mPa·s以下；其粘度值随着时间延长而增大，表现了水溶性高分子溶解的时间依赖性。这与Achayuthakan和Suphantharika[9]测定的结果吻合。从3.5～4.5min即80～90℃，粘度有一个明显的快速增长区间，对应于在这个溶解条件下瓜尔胶的快速溶解；在温度下降区间，溶液粘度稍有增加，增加幅度随瓜尔胶的含量增加而加大，没有表现出明显的凝胶特性（回生性），可能是由于瓜尔胶的侧链妨碍了自身大分子的聚集。这些特点与瓜尔胶/淀粉混合物的糊化曲线（图3）有很大差别。

图3 不同瓜尔胶/淀粉质量分数随时间变化的糊化曲线

在糊化时，淀粉颗粒膨胀到它原来的许多倍，同时直链淀粉首先从颗粒的内部迁移出来，粘度急剧增大，然后颗粒破裂，此时粘度开始下降。淀粉浆液糊化峰的形状反映了发生糊化的过程，在给定浓度下这个峰的高度代表了淀粉颗粒在破裂之前自由膨胀的能力，即与水结合的能力。由图3看出随着瓜尔胶对淀粉质量分数（cG）的增加，体系粘度增加，其糊化曲线的峰值粘度也明显增大。当cG≥4.5%时，糊化曲线的峰值开始变得尖锐。

以下分别讨论体系的峰值粘度、糊化温度和低温凝冻性。

2.2 瓜尔胶对淀粉糊化峰值粘度的影响

由于瓜尔胶在冷水中也可溶解，增加了体系粘度，瓜尔胶水化后将减少体系中自由水的数量，并与从淀粉颗粒中沥滤出的直链淀粉发生相互作用，妨碍淀粉糊化[9-11]。这些作用反映在不同瓜尔胶的添加量与淀粉峰值粘度的关系曲线中，如图4所示。

图4 瓜尔胶/淀粉质量分数对体系糊化峰值粘度的影响

图4表明，随着瓜尔胶含量的增加，峰值粘度也大大提高。除了以上分析的因素外，Tye[12]和Chaisawang小组[13]都将这种粘度的增加归因于淀粉与瓜尔胶对粘度影响的协同效应：淀粉/瓜尔胶为两相体系，其中瓜尔胶由于水溶性好，为连续相，在糊化过程中淀粉颗粒膨胀，淀粉相的体积大大增加，这样也使得瓜尔胶的有效浓度骤增，进而使得体系的粘度大大增加。

2.3 瓜尔胶对糊化温度的影响

不同瓜尔胶的添加量与淀粉糊化温度的关系曲线如图5。瓜尔胶/淀粉体系的糊化温度在75～85℃之间，随着瓜尔胶添加量的增加，淀粉糊化温度的变化分为三个阶段。

图5 不同瓜尔胶/淀粉质量分数与体系的糊化温度

阶段I，瓜尔胶对淀粉的质量分数cG≤ 2.5%，糊化温度基本不变，说明瓜尔胶对淀粉糊化基本无影响；阶段II，2.5% < cG≤ 6.0%，糊化温度随着瓜尔胶质量分数增加而增加，这可能是由于随着体系中瓜尔胶浓度的升高，瓜尔胶作为一种亲水性胶体，与淀粉竞争吸附水分子，导致淀粉糊化温度升高[14,15]；阶段III，cG> 6.0%，糊化温度随着瓜尔胶质量分数增加而下降，可能是相对于阶段II来说，较高浓度的瓜尔胶更容易与淀粉中沥滤出的直链淀粉相互作用，促进了淀粉颗粒的破裂。以上这些推断的机理还需要进一步的研究来证明。

2.4 瓜尔胶对淀粉低温凝冻性的影响

淀粉糊化后，随着温度的降低，直链淀粉会快速回生形成三维网状结构，从而导致粘度的回升，而且随着时间延长支链淀粉也参与回生过程，使其粘度进一步增加[16]，导致淀粉在低温下凝冻。图6显示，瓜尔胶增加了糊化淀粉在50℃的低温粘度，是由于瓜尔胶的粘度高于淀粉，对体系低温粘度的贡献[13]，这也是瓜尔胶通常作为淀粉增稠剂的原因；另一方面，由粘度随时间变化的趋势（拟合直线的斜率）分析得知，瓜尔胶也降低了淀粉糊低温凝冻的速率，这意味着瓜尔胶与淀粉相互作用，阻碍了淀粉分子之间的重排缔合，从而降低了淀粉糊的低温凝冻趋势。其中100%瓜尔胶的浓度为10.5%。

3 结论

低浓度的纯瓜尔胶水溶液粘度并不是很高，但是低浓度的瓜尔胶使得瓜尔胶/淀粉混合体系的

图6 瓜尔胶/淀粉质量分数对淀粉糊低温粘度的影响，其中cG=100%指的是浓度0.84%纯瓜尔胶水溶液的粘度曲线，作为对比。

RVA粘度曲线发生了较大变化。随着瓜尔胶对淀粉的质量分数增加，混合体系的峰值粘度持续增加；淀粉的糊化温度初期基本不变，随后升高，后期下降；混合浆液在低温下的粘度持续增加，但是降低了低温粘度随时间延长而增加的趋势。这些现象表明，瓜尔胶通过与水、或者与淀粉分子的相互作用影响了混合体系的糊化和粘度行为。在淀粉中加入瓜尔胶有利于降低淀粉浆液的低温回生速率，但是不利于高浓低粘上浆工艺，需要对瓜尔胶变性，降低其分子量，这是我们下一步拟开展的研究工作。

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Effect of Guar Gum on Pasting Viscosity of Cornstarch

SHI Dian1, WU Meng-ru2, ZHU Pu-xin1, CHEN Shi-wei1, CHEN Jiang-ling1, JIAN Yu-lin3

( 1 Textile Research Institution, Sichuan University, Chengdu Sichuan 610065, China;
2 Sichuan Provincial Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Chengdu Sichuan 610041, China; 3 Dept. of Chemistry & Chemical Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan Hunan 411104, China)

The change of viscosity in the process of guar gum/cornstarch pasting is detected with Rapid Viscosity Analyzer (RVA) by adding guar gum into cornstarch for pulp cooking. Results show that the guar gum added into the cornstarch can greatly increase both the peak viscosity and low temperature viscosity, which consequently increase the gelatinization temperature of the starch. However, it also helps to reduce the retrogradation rate of paste at low temperature by adding guar gum.

guar gum; cornstarch; viscosity; pasting

TP37

A

1009－5160(2010)03－0001－04

*通讯作者：朱谱新（1956-），男，教授，博士生导师，研究方向：高分子表面与分界，胶体与界面化学.

国家“863”计划项目(2007AA03Z344)；广东省教育部产学研项目(2008B090500107).