两种复合改性淀粉特性及其在面条中的应用

邹 建 刘 洁

(河南商业高等专科学校食品加工技术专业1,郑州 450045)

(河南工业大学食品学院2,郑州 450001)

两种复合改性淀粉特性及其在面条中的应用

邹 建1刘 洁2

(河南商业高等专科学校食品加工技术专业1,郑州 450045)

(河南工业大学食品学院2,郑州 450001)

分别以木薯淀粉和玉米淀粉为原料,对其进行交联和羟丙基醚化复合改性,制备了复合改性淀粉,并对复合改性淀粉的流变学特性、扫描电镜分析 (SEM)及红外光谱分析 (IR)进行了分析比较。流变学特性分析显示,经过复合改性后的木薯淀粉抗老化性能比玉米淀粉抗老化性能强。SEM分析显示淀粉经过复合改性后,淀粉表面棱角模糊,颗粒整体有小范围扭曲,并可明显观察到表面粗糙,毛刺感较强。IR分析显示复合改性淀粉与原淀粉的红外吸收图谱相比,在 2 250～2 500 cm-1处有强的吸收峰,复合改性木薯淀粉尤为明显。添加复合改性淀粉的面条与空白相比,最佳烹煮时间缩短、烹煮损失明显降低。

淀粉 复合改性 流变学特性 扫描电镜分析 红外光谱分析 面条

玉米淀粉具有很强的可变性能,经物理、化学、生物化学等方法处理,可获得多种改性淀粉产物。木薯又称树薯,木薯淀粉产量比较高,2009年产量达83万吨[1]。与其他淀粉相比,木薯淀粉在理化性能方面具有其特有的优点,如淀粉糊黏度相对较高、成膜性较好[2]。两种淀粉目前被广泛应用于食品、造纸、纺织及医药行业等。

本研究分别以玉米淀粉和木薯淀粉为原料对其进行交联羟丙基复合改性,分析比较了两种淀粉的流变学特性、SEM特性及 IR特性,并对其加入到面制品中后对面制品的影响进行研究。期望通过对上述两种复合改性淀粉特性的分析与比较,能够为企业生产者更好的选择原料生产交联羟丙基复合改性淀粉提供一定的理论依据和参考数据。

1 材料与方法

1.1 材料

木薯淀粉:郑州市荟力工贸实业有限公司迁江淀粉厂;玉米淀粉:石家庄恒远淀粉糖业有限公司;环氧丙烷 (分析纯):上海市化学试剂一厂;氢氧化钠 (分析纯)、硫酸钠 (分析纯):洛阳市化学试剂厂;氯化钠 (分析纯):宿州市化学试剂厂;三偏磷酸钠 (分析纯):徐州化学试剂三厂;水合茚三酮 (分析纯):天津市科密欧化学试剂开发中心;丙二醇(分析纯):天津市瑞金特化学品有限公司

1.2 试验仪器

1010-1电热鼓风干燥箱:上海市实验仪器总厂;NDJ-79旋转式黏度计、L-90流变仪:同济大学机电厂;PHS-25B数字酸度计:上海大普仪器有限公司;AMRAY-1000B扫描电镜:中科科仪;I RPres2 tige-21红外光谱仪:日本岛津;JJ-1定时电动搅拌器:金坛市华峰仪器有限公司

1.3 试验与检测方法

1.3.1 复合改性淀粉的制备

称取 50 g淀粉 (干基),配成 38.5%淀粉乳,均匀加入 6.9 g硫酸钠搅拌均匀,并缓慢加入 1.1 g氢氧化钠,再快速加入 11.8 mL环氧丙烷,密闭容器,置于 40.5℃恒温搅拌器上进行反应,反应 9.9 h后,用氢氧化钠溶液调 pH值至 10进行交联反应,加入3%的氯化钠 (相对于干基),加入 0.03%三偏磷酸钠,反应 2.3 h后,用稀盐酸 (3%)调节体系的 pH值至 6.7左右,终止反应,离心机离心脱水,水洗 3次,常温干燥,即得到复合改性淀粉[3]。

1.3.2 流变学特性测定

准确称取淀粉样品,用蒸馏水将它们配成 5%的乳液 (按干基计算),搅拌使之充分分散,然后在沸水浴中加热糊化 5 min。取适量样品在 25℃下用流变仪测定不同剪切速率下淀粉糊的剪切应力,绘制曲线,计算幂指数回归方程[4]。

1.3.3 扫描电镜 (Scanning ElectronMicroscopy)测定

选取少量样品于测定盘上,镀上一层金2钯合金膜,放入仪器中扫描,放大倍数为 1 000倍和 2 000倍[5]。

1.3.4 红外光谱分析 (I R)测定

样品处理:将待分析的样品和分析纯 KBr置于烘箱内,在 120℃下干燥 48 h后,保存在干燥器中。

KBr压片过程是:称取约 2 mg样品,在红外灯的照射下,置于玛瑙研钵中研磨 4～10 min,再和 150 mg左右干燥的 K Br粉末充分混合,继续研磨 2～5 min,将研磨后的混合物粉末倒在硫酸纸上灌注于压模器中,抽真空,缓慢除去压力,取出样品薄片,放入样品架上,置于傅里叶变换红外光谱仪上进行红外光谱分析,绘出红外光谱图[6]。

1.3.5 复合改性淀粉在面条中的应用试验1.3.5.1 面条制作

面条的制作方法依据行业标准 ST/T 10068—1992[7]。

1.3.5.2 烹调时间测定

抽取挂面 40根,放入盛有样品质量 50倍沸水的1 000 mL烧杯 (或铝锅)中,用可调式电炉加热,保持水的微沸状态,从 2 min开始取样,然后每隔 0.5 min取样一次,每次一根,用二块玻璃片压扁,观察挂面内部白硬心线,白硬心线消失时所记录的时间即为烹调时间。

1.3.5.3 烹调损失测定

称取约 10 g样品,精确至 0.1 g,放入盛有 500 mL沸水 (蒸馏水)的烧杯中,用电炉加热,保持水的微沸状态,按测定的烹调时间煮熟后,用筷子挑出挂面,面汤放至常温后,转入 500 mL容量瓶中定容混匀,吸 50 mL面汤倒入恒重的 250 mL烧杯中,放在可调式电炉上蒸发掉大部分水分后,再吸入面汤 50 mL,继续蒸发至近干,放入 105℃烘箱内烘至恒重,计算烹调损失[8]:

式中:P为烹调损失/%;M为 100 mL面汤中干物质质量 /g;W为挂面水分 /%;G为样品质量 /g。

2 结果与讨论

2.1 流变学特性

通过一元非线性回归,在图 1～图 4的左上角上分别列出原淀粉和各检测样品剪切应力和剪切速率关系的幂方程。从 4个方程中可以看出,各样品的流变方程均达到显著水平,其剪切应力随剪切速率的增加而增加,表明所有的淀粉糊样品都为非牛顿流体[4]。

其中,对于玉米淀粉来说,改性前 a=0.201 6,改性后 a=0.119 6;对于木薯淀粉来说,改性前 a=0.253 6,改性后 a=0.195 7,说明原淀粉经过复合改性后老化黏度明显降低、抗老化明显增强,这是由于淀粉链上经复合改性后淀粉链上不但引入了羟丙基基团,增加了淀粉链分支性,而且由于交联键的存在,交联作用相对于氢键作用强度大得多,冷却至室温后分子形成有序排列的难度增加,使得改性后淀粉的室温黏度比原淀粉的黏度明显降低;对于玉米淀粉来说,改性前 b=0.761 4,改性后 b=0.630 2;对于木薯淀粉来说,改性前 b=0.791 1,改性后 b=0.615 1。说明原淀粉经过复合改性后抗剪切能力有所增加,这可能是由于复合改性淀粉中交联建的存在,使得淀粉分子被交联剂三偏磷酸钠的双官能团连接而成了一个整体,形成了更为严密的结构,抗剪切能力增加。

同时还可以看到,木薯原淀粉的老化黏度比玉米原淀粉的老化黏度高,但抗剪切性能比玉米淀粉差。而经过复合改性后木薯淀粉的抗老化性能比玉米淀粉的抗老化性能强。

2.2 SEM分析

从图 5和图 6中可以看出木薯原淀粉呈现半椭圆形状,表面光滑,棱角分明。从图 7和图 8中可以看出淀粉经过复合改性后,表面棱角模糊,颗粒整体有小范围扭曲,并可明显观察到表面粗糙,毛刺感较强.这可能是由于淀粉与药品发生反应时,淀粉颗粒吸水膨胀,药品部分进入淀粉颗粒内部发生反应[5],但从图 7、图 8中可以清楚看到,药品还是主要集中在颗粒表面反应。

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2.3 I R分析

图 9为原玉米淀粉图谱,图 11为改性后的玉米淀粉图谱,改性前后玉米淀粉的图谱在主要波数下的吸收强度相似,图谱形状相同;图 10为原木薯淀粉图谱,图 12为改性后的木薯淀粉图谱,改性前后木薯淀粉的图谱在主要波数下的吸收强度相似,图谱形状相同;两种淀粉改性前后的图谱对照说明改性反应后淀粉仍然保持原淀粉的结构特征,证明交联和醚化反应主要发生在淀粉的无定形区域。

两种复合改性淀粉与各自的原淀粉的图谱相比,在 2 250～2 500 cm-1处有强的吸收峰,尤其是复合改性木薯淀粉,这是由于三偏磷酸钠与淀粉反应产生的基团 P=O和 P—O形成共轭体系,使得 P—O键具备了双键的性质,从而产生了O=P=O的性质,在 2 250～2 500 cm-1有较强吸收。

从图 12与图 11图谱的对比分析可以看出,复合改性木薯淀粉与复合改性玉米淀粉相比在 2 250～2 500 cm-1处吸收明显,从另一个侧面反应了木薯淀粉比玉米淀粉更易于与三偏磷酸钠反应,从而印证了木薯淀粉在相同的条件下比玉米淀粉更易于与三偏磷酸钠反应,这可能是由于木薯淀粉支链淀粉含量比较高的缘故。

从图 9与图 11、图 10与图 12的图谱对比分析可知,改性淀粉与原淀粉相比在 1 250～1 500 cm-1处原淀粉呈现较强的吸收峰,这是由于 C—O—H的面内弯曲振动引起,而改性后淀粉呈现较弱的吸收峰,这可能是由于淀粉被环氧丙烷取代后生成 St—O—CH2—CH(OH)—CH3后 C—O—H键发生移位使其面内弯曲振动减弱造成。

2.4 复合改性淀粉在面条中的应用

从表 1中还可以看出,复合改性淀粉的添加量对面条特性的影响比较大。对于添加了复合改性玉米淀粉的面条随加入量从 0.5%增加到 2%,最佳烹煮时间由 7.5 min缩短到 6.5 min,烹煮损失由 7.1%降低到 4.93%;对于添加了复合改性木薯淀粉的面条随加入量从 0.5%增加到 2%,最佳烹煮时间由7 min缩短到 6 min,烹煮损失由 6.97%降低到5.22%。因此,单一从减小面条最佳烹煮时间和烹煮损失方面来讲添加复合改性淀粉的量越高对其影响越大。但是在实际中还要考虑复合改性淀粉加入量的增加会提高产品的成本以及影响口感等原因,因此添加量不宜过高。

表 1 复合改性淀粉对面条烹煮特性的影响

3 结论

3.1 木薯原淀粉的老化黏度比玉米原淀粉的老化黏度高,但抗剪切性能比玉米淀粉差。而经过复合改性后木薯淀粉的抗老化性能比玉米淀粉的抗老化性能强。

3.2 木薯原淀粉呈现半椭圆形状,表面光滑,棱角分明。而淀粉经过复合改性醚化后,淀粉表面棱角模糊,颗粒整体有小范围扭曲,并可明显观察到表面粗糙,毛刺感较强。

3.3 复合改性淀粉与原淀粉的红外吸收图谱相比,在 2 250～2 500 cm-1处有强的吸收峰,复合改性木薯淀粉尤为明显,木薯复合改性淀粉比玉米复合改性淀粉在 2 250～2 500 cm-1处吸收明显。

3.4 添加复合改性淀粉的面条与空白相比,最佳烹煮时间缩短、烹煮损失明显降低。

[1]梁怡,刘康怀.木薯淀粉企业实施节能减排的经济分析[J].中国经济与管理科学,2009,4:46-49

[2]二国二郎.淀粉科学手册 [M].北京:轻工业出版社,1990:221-236

[3]Kyungsoo woo,Paul A Seib.Cross-linking of wheat starch and hydroxypropylatedwheat starch in alkaline slurrywith so2 dium tri metaphossphate[J].Carbohydrate Polymers1997,33:263-271

[4]Diego B Genovese,M A Rao.Role of Starch Granule Charac2 teristics(volume fraction,rigidity,and fractal dimension)on Rheology of Starch Dispersions W ith and W ithout Amylose[J].Cereal Chem,201,80(3):350-355

[5]CM McDonough,B J Anderson,L W Rooney.Structral Char2 acteristics of Steam-Flaked Sorghum[J].Cereal Chem,1997,74(5):542-547

[6]商菊清,黄可龙.改性淀粉的交联度和红外光谱性质的研究[J].当代化工:2003,3:133-135

[7]ST/T 10068—1892,面条的制作[S]

[8]ST/T 10068—1992,最佳烹煮时间的测定和面条烹煮损失的测定[S].

Multi-Modified Starch:Characteristics and Application forNoodleMaking

Zou Jian1Liu Jie2
(Henan Business College1,Zhengzhou 450045)
(Henan University of Tecnology2,Zhengzhou 450001)

Multi-modified starch were prepared by cross-linking and hydroxy-propylating from tapioca starch and corn starch.The rheology characteristic,SEM detection and particle structure of the starcheswere investiga2 ted.Results:The cross-linked and hydroxy-propylated tapioca starch displaysmarkedly enhanced anti-aging prop2 erties.SEM shows that the surface edgesof themodified starch granules are blurred and Burr sense increases.IR anal2 ysis shows that infrared absorption apices appear in the absorption spectrum of the modified starch.The noodlesmade of flour added with the multi-modified starch exhibit a shorter best-cooking ti me and less cooking loss.

starch,multi-modification,rheology characteristic,SEM,IR,noodle

Q51

A

1003-0174(2011)02-0033-05

2010-04-02

邹建,男,1981年出生,硕士,讲师,粮食、油脂及植物蛋白工程