挤压法制备交联木薯淀粉*

李彬，王金鹏，谢正军，徐学明，田耀旗，金征宇，夏洁人

(江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江南大学食品学院，江苏无锡，214122)

挤压法制备交联木薯淀粉*

李彬，王金鹏，谢正军，徐学明，田耀旗，金征宇，夏洁人

(江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江南大学食品学院，江苏无锡，214122)

采用挤压法研究了三偏磷酸钠交联木薯淀粉的制备工艺。探讨螺杆转速、出料温度、水分质量分数、三偏磷酸钠质量分数、NaOH质量分数对交联度(即沉降体积)的影响，并对影响因素进行了正交优化。优化得到影响沉降体积因素的主次顺序为螺杆转速＞水分质量分数＞出料温度＞三偏磷酸钠质量分数。适宜工艺条件为:出料温度110℃，螺杆转速150 r/min，水分质量分数35%，三偏磷酸钠质量分数0.8%，NaOH质量分数0.45%。在此交联条件下得到的交联木薯淀粉的沉降体积可以达到0.62mL。

木薯，交联淀粉，三偏磷酸钠，挤压，制备

交联反应是指淀粉的醇羟基与具有二元或多元官能团的化学试剂形成二醚键或二酯键，使2个或2个以上的淀粉分子之间“架桥”在一起，呈多维空间网络结构的反应。交联淀粉具有较高的冷冻稳定性和冻融稳定性。此外，交联使淀粉的膜强度提高，膨胀度、热水溶解度降低，并且交联淀粉对热、酸和剪切力具有较高的稳定性，随交联程度的提高，这种影响越大［1－2］。

目前交联淀粉生产多采用湿法工艺［3－5］。湿法工艺反应均匀、温和，但湿法生产过程中产生大量废水，污染环境，造成废水处理成本高，并且湿法工艺复杂，耗时长。为克服湿法工艺中存在的缺陷，Nabeshima等［6－7］采用单螺杆挤压机研究了三偏磷酸钠浓度、NaOH浓度和温度对交联木薯淀粉的取代度的影响。Seker等［7－9］采用单螺杆挤压机研究了三偏磷酸钠浓度、NaOH浓度及水分含量等对交联玉米淀粉的功能特性的影响。挤压法生产交联淀粉，无废水产生，成本较低，工艺相对简单，生产周期短。本研究采用双螺杆挤压机，选用木薯淀粉为原料，三偏磷酸钠为交联剂，通过正交实验探讨挤压法制备木薯交联淀粉工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

木薯淀粉，海南琼京奔鹿淀粉厂;NaOH为分析纯;三偏磷酸钠，食品级。

1.2 仪器

DS32型双螺杆挤压机，济南赛信膨化机械有限公司;离心机，上海安亭科学仪器厂;梅特勒－托利多AL204电子天平，梅特勒－托利多仪器(上海)有限公司;HH－6数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 交联淀粉的制备

称取700 g淀粉，向其中缓慢加入2% 的三偏磷酸钠，再加入0.15% 的NaOH，不断搅拌30 min，加入水分使其最终含量为30%。调节挤压机，使套筒3段温度分别为50、80、130℃，螺杆转速为 90 r/min，先用500 g淀粉制成的混合原料放入挤压机内清洗挤压机，待参数稳定后，用剩余的200 g淀粉混合原料进行交联反应，收集挤出物，放于烘箱内30℃干燥至恒重，粉碎得到交联淀粉，待测。

为了评价各因素对交联淀粉交联度的影响，排除因素变化造成的干扰，单因素实验过程采用的参数和交联淀粉制备过程相同。

1.3.2 交联度(沉降积)的测定

据文献交联度与沉降积呈线性负相关关系［10］，即沉降积越小，交联度越大，结构性能越强，通常以沉降积的大小来反应淀粉的交联度，沉降积的测定过程如下:

准确称取0.5 g烘干至恒重的样品于100mL烧杯中，配成2%的悬浊液。将烧杯置于82～85℃水浴中，稍加搅拌，保温2 min，取出冷却至室温。用2支10mL刻度离心管分别准确倒入l0mL糊液，在4 000 r/min转速下离心2 min后，取出离心管，将上清液倒入另1支同样体积的离心管中，读出体积，计算沉降体积(SV)。

式中:V为清液的体积。

2 结果与分析

2.1 螺杆转速对沉降体积的影响

在700 g淀粉中加入0.15%NaOH粉末(以淀粉干基计)，质量分数为三偏磷酸钠粉末2%(以淀粉干基计)，水分为30%(以淀粉干基计)，套筒3段温度分别为50、80、130℃的条件下，不同螺杆转速对沉降体积的影响见图1。

图1 螺杆转速对沉降体积的影响

由图1可知，随着螺杆转速的增加，沉降体积先减小再增大。这是由于随着螺秆转速的增加，剪切力增大，淀粉糊化度增大，交联反应加速，导致沉降体积减小。随着螺秆转速的进一步增加，物料在机筒内的滞留时间减短，吸收热量减少，交联反应速度下降，导致沉降体积增大［8－10］。因此选择 110、130、150 r/min为正交实验的3个水平。

2.2 出料温度对沉降体积的影响

螺杆转速为90 r/min，除套筒温度外，其他条件同2.1，不同出料温度对沉降体积的影响见图2。

图2 出料温度对沉降体积的影响

由图2可知，随着出料温度的增加，沉降体积先减小再增大。这是由于随着出料温度的增加，物料能够更容易的达到熔融态，分子流动性增加，水和三偏磷酸钠更容易进入淀粉分子内部，提高交联反应速度，导致沉降体积减小。随着出料温度的进一步增加，水分汽化加速，分子流动性减弱，导致交联反应速度下降，沉降体积增大［16］。因此，选择 90、110、130℃为正交实验的3个水平。

2.3 水分质量分数对沉降体积的影响

螺杆转速为90 r/min，除水分含量外，其他条件同2.1，不同水分含量对沉降体积的影响见图3。

图3 水分含量对沉降体积的影响

由图3可知，随着水分含量的增加，沉降体积先减小再增大。这是由于随着水分含量的增加，会有更多的水分子进入淀粉颗粒，淀粉分子膨胀，使得三偏磷酸钠和氢氧化钠更容易进入淀粉颗粒参与反应，提高交联反应速度，导致沉降体积减小。随着水分含量的进一步增加，降低了反应体系的温度，也降低了体系内的摩擦，使得淀粉所受的剪切作用下降，导致交联反应速度下降，沉降体积增大［11，14－15］。因此，选择25%、30%、35%为正交实验的3个水平。

2.4 三偏磷酸钠质量分数对沉降体积的影响

螺杆转速为90 r/min，除三偏磷酸钠含量外，其他条件同2.1，不同三偏磷酸钠添加量对沉降体积的影响见图4。

图4 三偏磷酸钠含量对沉降体积的影响

由图4可知，随着三偏磷酸钠含量的增加，沉降体积先减小再增大。这是由于随着三偏磷酸钠质量分数的增加，会有更多的三偏磷酸钠分子参与反应，提高交联反应速度，导致沉降体积减小。随着三偏磷酸钠含量的进一步增加，反应体系的黏度增大，使得淀粉在机筒内滞留时间过长，水分汽化严重，分子流动性减弱，导致交联反应速度下降，沉降体积增大。因此，选择0.6%、0.8%、1.0%为正交实验的3个水平。

2.5 NaOH添加量对沉降体积的影响

螺杆转速为90 r/min，除NaOH含量外，其他条件同2.1，不同NaOH添加量对沉降体积的影响见图5。

图5 对沉降体积的影响

由图5可知，随着NaOH添加量的增加，沉降体积先减小再增大。这可能是因为，NaOH在反应体系中既作为催化剂，又可以使淀粉分子糊化并发生膨胀，由此，三偏磷酸钠分子参与反应几率增加，提高交联反应速度，导致沉降体积减小。随着NaOH含量的进一步增加，反应体系的黏度增大，使得淀粉在机筒内滞留时间过长，水分汽化严重，分子流动性减弱，导致交联反应速度下降，沉降体积增大。因此，在进行正交实验时，NaOH含量选择0.45%［6］。

2.6 正交试验因素水平设计

在单因素的基础上，以沉降体积为指标，设计L9(34)正交试验。正交试验方案与结果见表1。

表1 正交试验方案与结果

由表1(R值)可看出，四因素对交联淀粉沉降积影响的主次顺序为:B(螺杆转速)＞C(水分含量)＞A(出料温度)＞D(三偏磷酸钠含量)。因此，在所选择的试验范围内，各因素最优水平组合应为A2B3C3D2。确定挤压法制备交联淀粉的最佳反应条件:出料温度110℃，螺杆转速150 r/min，水分含量35%，三偏磷酸钠含量0.8%。在该试验条件下挤压生产的交联木薯淀粉的沉降体积为0.62mL。

3 结论

以三偏磷酸钠为交联剂，挤压法制备交联木薯淀粉的过程中，影响沉降积因素的主次顺序依次为，螺杆转速＞水分质量分数＞出料温度＞三偏磷酸钠质量分数。最佳工艺条件为:出料温度110℃，螺杆转速150 r/min，水分含量35%，三偏磷酸钠含量0.8%，NaOH含量0.45%。在该试验条件下挤压生产的交联木薯淀粉的沉降体积为0.62mL。

挤压法制备木薯交联淀粉，反应体系中化学试剂浓度高，可大大提高反应速率，并且工艺相对湿法简单，缩短反应时间，降低成本。并且不产生废水，降低了成本，具有明显的经济效益和社会效益，有着很好的发展前景。

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Study on Preparation of Cross-linked Cassava Starch by Extrusion Technology

Li Bin，Wang Jin-peng，Xie Zhen-jun，Xu Xue-ming，Tian Yao-qi，Jin Zheng-yu，Xia Jie-ren
(State Key Laboratory of Food Science and Technology，School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

The preparation of cassava cross－linked starch using sodium trimetaphosphate as the cross－linking agent by extrusion was studied.Effects of screwing speed，reaction temperature，moisture content，content of sodium trimetaphosphate and sodium hydroxide on degree of cross－linking were studied.After the optimization operation，the most significant factor for sedimentation volume was the screwing speed，followed by moisture content，barrel temperature，and sodium trimetaphosphate.The optimum technology conditions are:barrel temperature 110 ℃，screwing speed 150 r/min，moisture content 35%，sodium trimetaphosphate content 0.8%，sodium hydroxide content 0.45%.Under this cross－linking condition，the sedimentation volume of cross－linked cassava starch reached to 0.62mL.

cassava，cross-linked starch，sodium trimetaphosphate，extrusion，preparation

硕士研究生(金征宇教授为通讯作者，E-mail:jinlab2008@yahoo.com)。

*国家自然科学基金(20976070);江苏省自然科学基金(BK2009069)资助

2010－06－09，改回日期:2010－09－13