木薯黄糊精制备条件的研究

李权书，黎 可，黄家满, 朱彩丽，马丽梅，刘群艳

（广西农垦明阳生化集团股份有限公司，非粮生物质酶解国家重点实验室,广西 南宁 530226）

木薯黄糊精制备条件的研究

李权书，黎 可，黄家满, 朱彩丽，马丽梅，刘群艳

（广西农垦明阳生化集团股份有限公司，非粮生物质酶解国家重点实验室,广西 南宁 530226）

本实验以木薯淀粉为原料，采用干热法制备黄糊精淀粉。通过实验得知，当体系含水量、反应时间、反应温度、pH值变化时，产品黏度及稳定性有相应的变化趋势。

黄糊精；干热法；含水量；时间；温度；pH值；

与石油化工原料相比，淀粉作为化工原料具有价廉、可再生、易生物降解、绿色环保等突出特点。随着工业生产技术的发展，新产品不断出现，对淀粉性质的要求也越来越苛刻，原淀粉的性质已不适于很多领域。因此，有必要根据淀粉的结构及理化性质进行变性处理，使之能符合应用要求[1]。

糊精是变性淀粉中的一个重要品种，是淀粉经过不同方法降解的产物，因其具有水溶性、乳化性、分散性、粘附性及成膜性等优良性能，在各个领域获得了广泛的应用，被公认为是安全、高质、经济的化工助剂。工业上生产的糊精主要有麦芽糊精、环状糊精和热裂解糊精三大类。利用干热法使淀粉降解所得产物称为热裂解糊精，按变性程度分为白糊精、黄糊精、英国胶[2]。与传统的工艺相比，利用干热法生产糊精具有流程短、能耗低、设备简便、反应效率高等优点，是一种节能、绿色的工艺，既能提高产品质量，又能降低成本、减少污染[3]。糊精的黏度是重要的理化指标，关系到糊精的胶粘力、应用操作与效果。糊精的黏度通常用热黏度和冷黏度（即常温黏度）来表示。黄糊精的黏度随着转化度的提高而逐渐下降，但是当转化作用使溶解度达100%时，黏度降低的速率减慢，最后降到一定值。不同品种的淀粉都能用来生产糊精，但在转化难易、产品性质方面存在差异，而木薯、马铃薯淀粉最易糊精化，且产品水溶液透明度、稳定性都高。以木薯为原料，利用干热法制成的黄糊精产品，黏度低，能溶成高浓度胶液，胶粘力强，粘合快，干燥快，在工业上用作胶粘剂具有很大的优势。

本文以木薯淀粉为原料，采用干热法生产工艺制得黄糊精，以产品的黏度为评价指标，探讨反应时间、反应温度、反应pH值与黄糊精黏度的变化关系，为制备稳定性最佳的黄糊精淀粉提供理论依据。

1 实验部分

1.1 仪器设备与材料

HH-S型恒温水浴锅，PHS-3C型pH计，101-2-SⅡ型电热恒温鼓风干燥箱，SS250-A5型食品粉碎机，JJ600精密电子天平。玻璃杯，玻璃棒，DV-S数显黏度计。

木薯原淀粉（自产，食品级），浓盐酸、烧碱（市售分析纯）。

1.2 反应原理

糊精干法转化过程中，淀粉发生的化学反应机理复杂，主要为水解反应、苷键转移作用和重聚反应。

1）水解反应。水解反应主要发生在预干燥工序和糊精转化阶段。转化水解阶段，酸不断催化淀粉中的α-1,4糖苷键和α-1,6糖苷键断裂，使淀粉分子量不断降低，也反映在苷键水解形成的还原性端基增加。水解反应基本决定糊精产品的黏度，水解程度高则相对应的淀粉黏度低，水解反应的主要成分是较低分子低聚糖和葡萄糖。

2）苷键反应。在受热条件下α-1,4糖苷键会断裂，产生糖苷键转移，邻近的游离羟基会与之再结合形成分支结构。

3）重聚反应。水解反应产生的葡萄糖在酸的存在下，高温时具有发生重聚和作用的能力。在水分存在下，重聚和作用与水解反应相继发生。

图1 淀粉分子结构图

1.3 黄糊精的制备[4]

将浓盐酸与水按一定的比例进行稀释，在常温下将适量稀释的盐酸与淀粉在容器中混合均匀，常温放置8h，再将淀粉置于50℃的烘箱中进行预干燥，直至水分达到10%以下。将上述淀粉按反应条件进行糊精化反应，再经冷却、中和等工序即得到黄糊精成品。工艺流程简图见图2。

图2 黄糊精生产工艺流程图

1.4 黄糊精黏度的测定

1.4.1 冷黏度的测定

控制室温25℃，称取150.0g样品置于1000mL铁杯中，加入350mL蒸馏水制成淀粉乳，使用电动搅拌机搅拌淀粉乳，搅拌机转速1300r·min-1，搅拌时间30min。将上述淀粉乳倒入500mL烧杯中，使用DV-S型黏度计进行测试，黏度计参数：3#转子、30r·min-1转速，读取数值即为冷黏度。

1.4.2 热黏度的测定

称取150.0g样品置于1000mL铁杯中，加入350mL蒸馏水制成淀粉乳，将铁杯置于沸水浴加热，同时使用电动搅拌机搅拌淀粉乳，搅拌机转速300r·min-1，于90～95℃保温30min。将上述淀粉乳倒入500mL烧杯中，冷却至25℃，使用DV-S型黏度计进行测试，黏度计参数：3#转子、30r·min-1转速，读取数值即为热黏度。

常温黏度与热黏度的差值范围为2000～ 3000mPa· s，差值越小越好。

2 实验结果与分析

反应温度140℃，反应时间150min，反应pH=2.3，考察反应体系含水量对黄糊精黏度的影响，结果见表1。

表1 黄糊精黏度随体系含水量的变化

由表1可知，在本实验中，当含水量为4%时，得出的黄糊精常温黏度与热黏度的差值最小，稳定性最好。随着体系含水量增加，黄糊精的冷黏度随之降低，说明糊精的水解程度逐渐加大。但是，随着体系含水量增加，黄糊精的热黏度呈先升高后降低的趋势，含水量达到4%时，糊精的热黏度最高，冷黏度与热黏度的差值最小。这是因为体系含水量较低时，不利于酸催化剂在淀粉中扩散、渗透及化学反应，影响产品的均一性，淀粉的水解作用较小；当含水量较高时，淀粉表面易形成胶化层，且由于表面水挥发速度较快，淀粉易结块，同时也会加速副反应，使淀粉糊化、发黏[5]。

2.2 反应时间对黏度的影响

反应体系含水量4%，反应温度150℃，反应pH=2.3，考察反应时间对糊精黏度的影响，结果见表2。

表2 黄糊精黏度随反应时间的变化

由表2可知，当反应时间小于140min时，热黏度随着时间的延长而升高，当反应时间大于140min时，热黏度随着时间的延长而降低，在反应时间为140min时，热黏度达到最大值，此时黄糊精的稳定性最好。原因可能是随着反应时间的延长，酸催化剂能更好地扩散渗透到淀粉中，糊精的含量增大，导致热黏度升高，但当反应时间大于140min后，小分子的物质重聚和，难溶物质增加，糊精含量降低，导致热黏度降低[6]。

2.3 反应温度对黏度的影响

反应体系的含水量4%，反应时间140min，反应pH=2.3，考察反应温度对糊精黏度的影响，结果见表3。

表3 黄糊精黏度随反应温度的变化

由表3可知，糊精的热黏度随着温度的升高呈先上升后下降的趋势，当反应温度为150℃时，达到最大值。这可能是因为温度的升高，有利于α-1,4糖苷键与邻近分子的游离羟基结合，发生转苷反应，分支结构增大；温度的升高也有利于淀粉水解和淀粉颗粒膨胀，使转化作用增大，糊精含量增大，导致热黏度升高。但温度过高时，葡萄糖在酸存在下，具有聚合作用的能力，生成较大的分子，使得糊精的含量降低，热黏度降低，而且当温度过高时，碳化物增多，所得产品的颜色为棕色。

2.4 反应pH值对黏度的影响

点击Editor(编辑器)工具条里的Attributes(属性)可填写判读图斑的属性信息。其中PAN_DILEI为判读地类，即2017年图斑地类；YS_BHYY为疑似变化原因；BHQ_DILEI为变化前地类，即2016年图斑地类；BEIZU为备注，根据需要填写(图15)。

反应体系的含水量4%，反应时间140min，反应温度150℃，考察反应pH值对糊精黏度的影响，结果见表4。

表4 黄糊精黏度随反应pH值的变化

由表4可知，随着反应pH值，热黏度不断提高，当反应pH值达到2.3时，热黏度最高。但当pH值继续时，热黏度降低。说明盐酸的催化作用对淀粉的糊精转化存在着先促进后抑制的作用，这可能是因为反应体系中存在一定的酸催化剂，可使淀粉的颗粒膨胀，有利于酸催化剂渗透到淀粉颗粒中，从而显著提高糊精含量，使得热黏度升高。但当盐酸的含量过高，pH值过低时，过量的酸使淀粉水解成的小分子又重新聚合和复合，使不溶解物质增多。同时，盐酸的量过多时，会形成结块，抑制水解反应的进行，而且产品的颜色很深。由实验结果可知，反应pH值为2.3时最合适[6]。

3 结论

1）提高反应体系的含水量，对糊精的水解反应有利，能提高糊精的黏度值，但含水量过高，反而降低糊精的热黏度值。

2）糊精的热黏度随着时间的延长呈先上升后下降的趋势。

3）随着温度的升高，糊精的热黏度值升高，达到一定值后，呈下降的趋势。

4）降低反应的pH值，能提高糊精的水解反应，但达到一定值后则会有下降的趋势，副反应作用增加。

目前我国黄糊精的生产和应用仍处于起步阶段，品种较单一，质量的稳定性、产量与人均消费量与国外存在较大的差距，因此，糊精的生产和应用前景广阔。

[1] 吴修利，薛冬桦，修利华，秦玉卫.干法制备白糊精工艺研究[J] .长春工业大学学报，2008，29(1)：29-33.

[2] 张力田.变性淀粉(第2版) [M].广州：华南理工大学出版社，1999.

[3] 段春红.糊精干法制备工艺及性质研究[D] .泰安：山东农业大学，2006.

[4] 张燕萍.变性淀粉制造与应用[M].北京：化学工业出版社，2001.

[5] 李培凤，李晓琳，付荣，等.玉米白糊精的干法制备及理化特性研究[J].粮油食品科技，2013，21(2)：53.

[6] 段春红，董海洲，张慧，等.干法制备黄糊精工艺研究[J].食品与发酵工业，2005，31(9)：39-41.

[7] 罗发兴，黄强，杨连生.淀粉基胶黏剂的研究进展[J].化学与粘合，2003(2)：78.

Preparation Conditions Study of Yellow dextrin with Cassava Starch

LI Quanshu，Li Ke，Huang Jiamian，Zhu Caili，Ma Limei，Liu Qunyan
(Guangxi State Farms Mingyang Biochemical Group, INC., State Key Lab of Non-grains Biomass and Enzyme Technology, Nanning 530226, China)

Yellow dextrin was prepared with cassava starch as raw material by dry heating method. The results showed that water content, reaction temperature, reaction time and pH strongly influenced the viscosity and stability of the products.

yellow dextrin; dry heating; water content; time; temperature; pH

TS 236.9

A

1671-9905(2017)08-0005-03

广西科学研究与技术开发项目（桂科能1598020-1）；广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划项目；广西培养新世纪学术和技术带头人专项资金资助项目

李权书(1975-)，男，广西博白人，本科，工程师，主要从事淀粉衍生物的工艺技术研究和生产管理工作

朱彩丽 (1986-)，女，广西北海人，本科，助理工程师，主要从事淀粉衍生物的工艺技术研究、技术应用、生产管理工作。电话：4219290，15578320579，E-mail：282581669@qq.com

2017-05-11