马铃薯交联淀粉的制备及交联剂的影响分析

崔 媛，罗菊香，崔国星

(1.三明百事达淀粉有限公司研发中心，福建 三明 365200；2.三明学院化学与生物工程系，福建 三明 365004)

交联淀粉是重要的变性淀粉之一，用途广泛。在淀粉分子中引入交联键可得到交联淀粉，使淀粉的性质发生改变，主要表现在粘度提高、透明度增加或降低、耐剪切、耐高温，能更好地适合加工需要，并且能代替部分价格较高的食用胶如明胶、海藻胶、琼脂等，降低生产成本。制备交联淀粉[1～3]所用的交联剂主要有三偏磷酸钠、三氯氧磷、环氧氯丙烷、甲醛等。作者在此以三偏磷酸钠为交联剂制备马铃薯交联淀粉，并对交联反应工艺条件进行了优化，总结了交联剂用量对交联淀粉粘度的影响规律。为改善马铃薯淀粉的性能、拓宽其应用范围、提高产品附加值提供了依据。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

马铃薯淀粉，优级品，威力马铃薯淀粉有限公司。

三偏磷酸钠，食品级；氢氧化钠、盐酸、硫酸钠，均为工业助剂。

MICROVISCO-AMYLO-GRAPH型粘度仪，德国Brabender公司；101型真空干燥箱，上海路达实验仪器有限公司；MF-50型红外线快速水分测定仪，日本A&D 有限公司；AB204-S型电子分析天平，METTLER TOLEDO公司。

1.2 制备原理

利用交联剂的多元官能团与淀粉分子葡萄糖残基上的第二、第三、第六的醇羟基反应形成多功能键，使淀粉与交联剂三偏磷酸钠在氢氧化钠的碱性环境中发生交联反应[4]。化学反应式为：

1.3 方法

以水为反应溶剂，按一定的物料配比，将NaOH、Na2SO4、三偏磷酸钠及马铃薯淀粉分别加入反应器中，充分搅拌均匀后移入自循环反应器中，加热夹套循环水，将物料升温到一定值，在保温条件下进行反应。反应结束后加入盐酸调pH值至5.5～6.5，过滤，洗涤，干燥，得到粉末状的马铃薯交联淀粉。

1.4 测定方法

采用连续升温法(淀粉乳浓度5%，量程扭矩特定值125 cmg)测定粘度。

2 结果与讨论

2.1 马铃薯交联淀粉的制备工艺条件优化

2.1.1 淀粉乳浓度对交联反应的影响

在马铃薯淀粉用量为2000 g、反应温度为42℃、NaOH用量为8 g、三偏磷酸钠用量为0.3 g、Na2SO4用量为500 g、反应时间为4 h的条件下，考察淀粉乳浓度对马铃薯交联淀粉粘度的影响，结果见图1。

图1 淀粉乳浓度对粘度的影响

从图1可知，马铃薯交联淀粉的粘度随淀粉乳浓度的增大而升高。这是因为，淀粉乳浓度较低，水分含量大，反应物料与淀粉的接触几率减小，反应效率低，所以粘度较低；淀粉乳浓度较高(>45%)，淀粉太粘稠，无法搅拌。因此，确定最佳淀粉乳浓度为43%。

2.1.2 NaOH用量对交联反应的影响

固定淀粉乳浓度为43%、其它条件同2.1.1，考察NaOH用量对马铃薯交联淀粉粘度的影响，结果见图2。

图2 NaOH用量对粘度的影响

从图2可知，马铃薯交联淀粉的粘度随NaOH用量的增加而升高，当NaOH用量超过8 g时，粘度反而有所下降。这是因为，NaOH的作用一方面是活化淀粉分子，产生可以发生交联反应的St-ONa活化分子[5]；另一方面是保证反应在碱性环境下进行。NaOH分子渗透到淀粉分子的速度随其用量的增加而加快，生成更多的淀粉钠盐；但当其用量超过8 g时，淀粉在反应过程中会因为碱化反应导致糊化温度降低而糊化[6]，使后续处理困难，粘度下降。因此，确定最佳NaOH用量为8 g。

2.1.3 Na2SO4用量对交联反应的影响

固定淀粉乳浓度为43%、其它条件同2.1.1，考察Na2SO4用量对马铃薯交联淀粉粘度的影响，结果见图3。

图3 Na2SO4用量对粘度的影响

从图3可知，马铃薯交联淀粉的粘度随Na2SO4用量的增加而升高，当Na2SO4用量增加到500 g后，粘度反而下降。这是因为，Na2SO4的作用一方面是作为膨胀抑制剂，提高淀粉的糊化温度；另一方面是起催化作用。当其用量低(<500 g)时，反应效率低；当其用量高(>550 g)时，淀粉乳浓度过大，碱化反应严重，造成淀粉碱水解，无法操作。因此，确定最佳Na2SO4用量为500 g。

2.1.4 反应温度对交联反应的影响

固定淀粉乳浓度为43%、其它条件同2.1.1，考察反应温度对马铃薯交联淀粉粘度的影响，结果见图4。

图4 反应温度对粘度的影响

从图4可知，马铃薯交联淀粉的粘度随反应温度的升高而升高，当反应温度超过42℃后，粘度增幅趋缓。这是因为，当反应温度升高时，分子运动加速，反应物分子间碰撞几率增加，使反应加速；但反应温度超过42℃后，反应后期易发生热糊化现象，无法搅拌。因此，确定最佳反应温度为42℃。

2.1.5 反应时间对交联反应的影响

固定淀粉乳浓度为43%、其它条件同2.1.1，考察反应时间对马铃薯交联淀粉粘度的影响，结果见图5。

图5 反应时间对粘度的影响

从图5可知，马铃薯交联淀粉的粘度随反应时间的延长而升高，当反应时间达到4 h后，粘度反而下降。这是因为，随着反应时间的延长，反应物料与淀粉充分接触，产品粘度逐渐升高；当反应时间达到4 h时，反应已基本接近终点，产品的粘度最大；继续延长反应时间，反应很慢，不仅浪费能源，而且长时间的搅拌导致淀粉分子碱化降解，使产品粘度降低。因此，确定最佳反应时间为4 h。

2.2 三偏磷酸钠用量对马铃薯交联淀粉粘度的影响

在淀粉乳浓度为43%、NaOH用量为8 g、Na2SO4用量为500 g、反应温度为42℃、反应时间为4 h的最佳工艺条件下，考察交联剂三偏磷酸钠用量对马铃薯交联淀粉粘度的影响，结果见图6。

图6 三偏磷酸钠用量对粘度的影响

由图6可知，交联剂用量对马铃薯淀粉的影响如下：

当三偏磷酸钠用量为0.05～0.3 g时，交联生成淀粉单酯化合物，粘度随交联剂用量增加而升高(5500～6600 BU)，并且粘度达到最大，产品透明性好，凝胶性好，但不耐剪切，适用于凝胶类产品(如果冻、仙草蜜等)的生产。

当三偏磷酸钠用量为0.3～1.0 g时，粘度随交联剂用量的增加而下降(5499～2000 BU)，淀粉无凝胶性，耐剪切，耐酸，耐高温，适用于工艺条件比较苛刻的产品(如酱料类、沙司类等)的生产。

当三偏磷酸钠的用量大于1.0 g时，粘度<2000 BU。淀粉在热水里也不会糊化，适合替代滑石粉作为润滑剂等。

3 结论

以马铃薯淀粉为原料制备了马铃薯交联淀粉，确定其适宜工艺条件如下：淀粉用量为2000 g，NaOH用量为8 g，Na2SO4用量为500 g，反应温度为42℃，反应时间为4 h，三偏磷酸钠用量为0.05～1.0 g。总结了交联剂三偏磷酸钠用量对马铃薯交联淀粉粘度的影响规律；在适宜反应条件下，以三偏磷酸钠为交联剂的马铃薯交联淀粉的粘度范围较宽，可以根据实际应用需要，制备最合适的马铃薯交联淀粉。

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