微波法制备马铃薯淀粉的研究进展综述

段钰雪，李佳琪，蒋 鑫，张佳艳

(广西科技大学鹿山学院食品与化学工程系，广西 柳州 545000)

微波法制备马铃薯淀粉的研究进展综述

段钰雪，李佳琪，蒋 鑫，张佳艳

(广西科技大学鹿山学院食品与化学工程系，广西 柳州 545000)

氧化后的淀粉会产生诸多原淀粉不具备的优点。然而，不同的氧化工艺使氧化淀粉的理化性质发生不同的改变，使其具有黏合性、成膜性等有利于工业生产的性质特点。目前，我国的生产技术水平仍停留在通过传统湿法制备的基础上，存在水资源浪费、污水排放严重、制造成本过高而盈利低的问题。与国外制备马铃薯氧化淀粉常用微波法、超声波法等干法制备相比较，我国还有待学习与提高。其中用微波法可以大大提高反应效率，降低能耗，达到事半功倍的效果。本文尝试从微波法制备马铃薯氧化淀粉的工艺和理化性质进行综述性探讨。

微波法；马铃薯氧化淀粉；研究进展

1 马铃薯氧化淀粉概述

马铃薯在我国种植面广，加工历史较长，用途多，利用广，工业链条长，增产增收能力大。并且其营养丰富，有“地下苹果”和“第二面包”的美称[1]。从淀粉含量高低和经济作用来看，马铃薯淀粉与其他各类淀粉相比，其颗粒粒径大，糊化温度不用太高，透明度好，黏度高，成膜性好，其衍生物也都具备这些性质，所以适合深加工为变性淀粉[2]。氧化淀粉是淀粉在酸、碱或中性介质中与氧化剂反应，氧化所得的产物，是变性淀粉中的一种[3]。分子中的羟基转化成羧基和羰基，同时淀粉分子中的-1,4糖苷键和-1,6糖苷键被破坏，分子形状结构发生改变，决定性质的不同[4,5]。进入20世纪后，有众多国家的研究者在不同领域对氧化淀粉进行了各项研究。对淀粉原料、氧化剂种类、处理条件及应用目的等方面作了详细探讨。

2 微波法及其制备工艺

2.1 微波法

在用微波法制备马铃薯氧化淀粉时，主要利用微波将电磁能转化为热能，产生热效应，使淀粉乳在较短的时间内加热到糊化温度。这样可以减少水资源的浪费和提高制备效率，最重要的是采用微波法更易控制时间、温度、功率等。通过对这些变量的分析，可以得到一个最佳制备马铃薯变性淀粉的工艺要求。

2.2 微波法制备工艺

称取一定量的马铃薯原淀粉，加入去离子水制成不同浓度的淀粉乳。将淀粉乳放入恒温磁力搅拌器中用 0.5 mol/L NaOH 调节pH到指定的值，加入不同有效氯用量的次氯酸钠，以3 s/d的速度缓慢持续加至淀粉乳中，其间保持一定的温度。放入微波仪中反应，反应结束后用1 mol/ L HCl调节pH为7。用布氏漏斗抽滤，并用去离子水冲洗7次，用碘化钾试纸查看流出的水是否含有氯离子(试纸为乳白色)，置于50℃的烘箱中干燥24 h。24 h后粉碎并置于干燥器中备用。

试验变量设为淀粉乳浓度，次氯酸钠的添加量、pH值、温度，微波功率。对氧化淀粉的羰基和羧基含量进行测定。可以根据前期单因素试验结果将次氯酸钠、温度、pH值三个因素作为试验因素，进行三因素三水平正交试验，确定最优质制备反应条件。

3 微波法马铃薯氧化淀粉的理化性质

3.1 有效氯浓度对羧基含量的影响

氧化剂用量是决定产品羧基含量的主要因素。安莉莉[6]发现加入的氧化剂越多，所得到的氧化淀粉羧基含量越高。超声和微波可有效应用于淀粉改性中。吴迪[7]的实验将马铃薯淀粉改为木薯淀粉，对其氧化后的羧基、羰基含量、冻融稳定性等性质做了大量的研究，发现利用微波法添加6.1%的次氯酸钠，得到的木薯氧化淀粉羧基含量最高。吴迪[7]的实验结果表明，随着添加的次氯酸钠浓度不断上升，羧基含量呈抛物线的形状，达到最大值之后会很快下降。通过这个结果推断，在添加氧化剂时，随着添加量的增加，有更多的原淀粉被氧化，但达到一个最大值，即所有淀粉都被反应时，再添加氧化剂就会对反应起到阻碍的作用。因为过多的氧化剂使淀粉乳糊化温度降低，黏度上升，较大程度影响了氧化效率和反应的进行。

3.2 温度对羧基含量的影响

吴迪[7]将温度作为单变量，从40℃开始每次调高5℃直至60℃，并且固定氧化剂添加量、淀粉乳浓度、pH值、反应时间，微波功率，发现羧基含量同样呈抛物线的发展趋势，温度为 55℃时有个最大值，随后羧基含量缓慢下降。根据布朗运动可以得知，较高温度可以加快分子间的无规则运动，同时较高的温度可以使淀粉分子迅速膨胀，氧化剂更容易进入淀粉颗粒内部，提高反应效率。但当温度超过最大值时，淀粉乳会在高温下糊化、变熟，黏度急剧上升，趋向于浆糊的形状，使反应变得缓慢。所以通过单因素实验和正交试验找到最佳反应温度，是得到制作马铃薯氧化淀粉最佳工艺的关键。

3.3 pH值对羟基含量的影响

通过调节pH 值来控制马铃薯淀粉反应环境的酸碱性，从而探讨在酸性、碱性或中性环境中羟基含量的变化情况。当用次氯酸钠作为氧化剂在酸性环境中反应时，产生的氯气会严重阻碍氧化进行；在中性环境中会反应生成酮基；只有在碱性环境中，有利于羧基生成。但研究发现当 pH 值大于 8 时，淀粉乳中产生很多次氯酸根离子，与带负电荷的物质之间发生排斥现象，导致反应进行艰难，最终羧基含量降低。

4 马铃薯氧化淀粉及高羧基氧化淀粉的应用

4.1 马铃薯氧化淀粉的应用

氧化后得到的马铃薯淀粉性质发生改变，具有易糊化、稳定性强、流动性高等特点，生产后可利用到各行各业中。食品工业中，氧化淀粉稳定性强，可以作为食品添加剂，增加食品黏稠度与稳定性，可代替CMC、琼脂等增稠剂，制造酸奶果冻和软糖类食品。纺织工业中，利用马铃薯氧化淀粉易糊化、流动性好、稳定性好、易于渗入纤维内部、与化学浆料的共溶性好等特点，可以作为上浆剂，也可以填补在布料的缝隙处，增加布料的牢度与柔软性。

4.2 高羧基氧化淀粉的应用

高羧基氧化淀粉是食品等行业中的增稠剂，也可以除去污水中的部分金属离子。不同羧基含量的氧化淀粉有着不同的应用，羧基含量高的氧化淀粉黏度高，可以作为胶黏剂使用。不同的氧化过程直接影响氧化淀粉的结构和性能。试验可采用热糊滴定、配位滴定、醋酸钙法3种方法测定淀粉氧化完成时的羧基含量，相对偏差平均值分别为 0.18%、1.60%和 0.91%， 测定时间分别为 90 min、70 min和 85 min[8]。

为了制备出高羧基含量的氧化淀粉，丁龙龙等人从糊化温度、催化剂用量、氧化剂用量、反应时间、反应温度5个因素进行研究，研究结果如图1所示。

图1 不同氧化条件下氧化淀粉的羧基质量分数Fig.1 Carboxyl content of oxidized starch under different oxidation conditions

5 结语

随着现代科技的发展，对马铃薯氧化淀粉的研究日益深入，一些实验也说明马铃薯氧化淀粉具有优于原淀粉的加工特性，并在食品等行业中得到广泛应用。应根据马铃薯原淀粉的特点以及不同氧化剂氧化淀粉的规律，通过实验得到最佳工艺流程，优化制备工艺条件，严格控制氧化度，生产出符合要求、合格的适用于各种食品或者更多领域的氧化淀粉。

[1] 杨家顺译.淀粉的化学与工艺[M].北京: 中国食品出版社，1987.

[2] 陈永胜，李新华，旨晓秀，等.玉米氧化淀粉的制备及性能研究[J].内蒙古学报，2003，(06): 511-513.

[3] 张涛，李文哲.马铃薯淀粉应用研究[J].广西轻工业，2009，(05):8-9.

[4] 于天峰，夏平.马铃薯淀粉特性及其利用研究[J].中国农学通报，2005，(01):55-58.

[5] 刘冠军，董海州，文化.氧化淀粉新工艺制备和应用[J].粮食加工，2006，(01)44-46.

[6] 安莉莉.物理场作用下木馨淀粉氧化交联及结构表征[D].天津:天津科技大学，2015.

[7] 吴迪.微波法对氧化和阳离子化两性木薯淀粉特性的影响[D].河南:河南工业大学食品学院，2013.

[8] 陈潇晶，程芳琴.氧化淀粉羧基含量的分析方法研究[J].山西化工，2010，30(06):1-2.

Review on the development of potato starch prepared by microwave method

DUAN Yu-xue, LI Jia-qi, JIANG Xin, ZHANG Jia-yan

(Department of Food and Chemical Engineering, Lushan College, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545000, China)

Starch after oxidation will acquire many advantages the original starch does not have. However, different oxidation processes will change the physical and chemical properties of oxidized starch, which will make oxidized starch having characteristics of bonding and film-forming property conductive to industrial production. At present, China’s production technology level is still on traditional wet preparation, there are problems in waste of water resources, serious sewage discharge, and high manufacturing costs with low profit. Compared with the conventional preparation of potato starch oxidized starch microwave method, ultrasonic method and other dry method, China has yet to be studied and improved. Microwave method can greatly improve the reaction efficiency and reduce energy consumption, so as to achieve a multiplier effect. This paper attempts to make a discussion from the process and physicochemical properties of potato starch with microwave preparation method.

Microwave method; Potato oxidation starch; Research progress

2017-04-17

广西壮族自治区高等学校科学研究项目(KY2015YB519)；广西大学生创新创业项目(201513639015，201713639058)

段钰雪(1995-)，女，本科在读学生。

张佳艳(1986-)，女，硕士，讲师。

TS236.9

A

1674-8646(2017)12-0175-02