超聲與酸協(xié)同水解馬鈴薯淀粉研究

1、糧食與油脂0314ls07142014年第27卷第8期9超聲與酸協(xié)同水解馬鈴薯淀粉研究胡愛軍，李立，鄭捷，孟欣，安莉莉，盧靜（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）摘要：以馬鈴薯淀粉為原料，在超聲作用下酸水解制備馬鈴薯改性淀粉。研究了鹽酸添加量、超聲溫度、超聲時(shí)間、超聲功率對(duì)馬鈴薯淀粉酸解的影響，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，超聲作用下酸解馬鈴薯淀粉的適宜工藝參數(shù)為鹽酸添加量7%，超聲溫度55℃，超聲時(shí)間

2、75min，超聲功率600W。且超聲協(xié)同酸改性的馬鈴薯淀粉峰值黏度下降92.07%。對(duì)比無超聲作用的酸解淀粉，有超聲作用的酸解淀粉黏度降低14.63%。因此，超聲作用明顯促進(jìn)了馬鈴薯淀粉的酸解改性。關(guān)鍵詞：超聲；馬鈴薯淀粉；協(xié)同；酸解淀粉StudyonpotatostarchhydrolysisundercombinationofultrasoundacidHUAijun，LILi，ZHENGJie，MENGXin，ANLili，LUJ

3、ing（CollegeofFoodEngineeringBiotechnology，TianjinUniversityofScience&Technology，Tianjin300457，China）Abstract：Withpotatostarchasrawmateriamodifiedpotatostarchwaspreparedbyacidhydrolysisunderultrasound.Theeffectsofhydrochl

4、icaciddosagetemperaturetimeultrasoundpowerwereinvestigated.Basedonaboveinvestigationsanthogonalexperimentwascarriedout.Theresultshowedthattheoptimaltechnologicalconditionsofacidhydrolyzedpotatostarchpreparationwithultras

5、oundwereasfollows:hydrochlicacidat7%ultrasonictemperatureat55℃ultrasonictimeat75minultrasonicpowerat600W.thepeakvalueofviscosityofpotatostarchunderthecombinationofacidultrasoundshowedadecreaseof92.07%.Withultrasoundthevi

6、scosityofacidmodifiedstarchdecreased14.63%thanthatwithoutultrasound.Obviouslyultrasoundpromotedtheacidhydrolysisofpotatostarch.Keywds：ultrasound；potatostarch；combination；acid–modifiedstarch中圖分類號(hào)：TS235.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008―9

7、578（2014）08―0009―04收稿日期：2014–04–22基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31071608）作者簡介：胡愛軍（1968~），男，副教授，工學(xué)博士，研究方向：食品加工技術(shù)及淀粉科學(xué)與工藝。馬鈴薯是一種廣范種植的經(jīng)濟(jì)作物，2012年，中國馬鈴薯種植面積達(dá)到521104hm2，總產(chǎn)量達(dá)到8154104t，平均產(chǎn)量為15.7thm2，占世界馬鈴薯總產(chǎn)量的四分之一，單產(chǎn)量接近世界平均水平，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已成為我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)

8、發(fā)展的一個(gè)重要支柱產(chǎn)業(yè)〔1–3〕。鮮馬鈴薯中的淀粉含量一般為9%~25%，由于馬鈴薯淀粉及其變性淀粉具有很多優(yōu)良特性，因此在各行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用〔4〕。馬鈴薯淀粉擁有一系列獨(dú)特性能，用它加工的變性淀粉具有其它變性淀粉無法替代的特性。但天然馬鈴薯淀粉具有黏度較高、糊透明度較低、凝膠性不強(qiáng)等缺點(diǎn)。為改善淀粉的性質(zhì)，擴(kuò)大馬鈴薯淀粉在食品生產(chǎn)和單元操作中的應(yīng)用，對(duì)馬鈴薯淀粉進(jìn)行酸解改性，逐漸成為熱點(diǎn)。而傳統(tǒng)酸變性淀粉存在酸解時(shí)間長、酸用量大、

9、酸排放污染環(huán)境、凝沉性較強(qiáng)、黏度穩(wěn)定性較差等缺陷，從而限制了其廣泛應(yīng)用〔5–7〕。超聲波作為用于淀粉改性的一種新型的物理方法，近年來頗受關(guān)注，其在淀粉工業(yè)中應(yīng)用將會(huì)越來越廣。超聲波用于淀粉的化學(xué)改性，可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，縮短反應(yīng)時(shí)間，還可改變淀粉的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，生產(chǎn)功能各異的新型變性淀粉〔8–10〕。本研究將超聲應(yīng)用于馬鈴薯淀粉的酸解改性過程，研究超聲對(duì)馬鈴薯淀粉的酸解改性影響，為馬鈴0314ls0714糧食與油脂0314ls0714201

10、4年第27卷第8期11圖3不同超聲溫度對(duì)淀粉黏度影響0100200300400500600700800900354045505560657075?????????由圖3可知：不同超聲溫度對(duì)淀粉黏度有不同的影響，且隨著超聲溫度的增大，黏度逐漸減少，但是超過一定溫度后，繼續(xù)升高溫度會(huì)使酸解馬鈴薯淀粉的黏度呈上升趨勢。這可能是因?yàn)闇囟冗^高，達(dá)到馬鈴薯淀粉的糊化溫度，馬鈴薯淀粉會(huì)發(fā)生一定程度糊化作用，導(dǎo)致酸解馬鈴薯淀粉熱糊黏度升高，使反應(yīng)不易進(jìn)

11、行。2.3超聲時(shí)間對(duì)淀粉黏度影響將配置好的淀粉乳置于超聲反應(yīng)器中進(jìn)行超聲處理，控制反應(yīng)溫度為40℃，超聲功率為400W，濃鹽酸的添加量為5%，分別控制反應(yīng)時(shí)間為：30、45、60、75、90min，并用電動(dòng)攪拌器不斷攪拌。其它相關(guān)操作同1.3。采用Brabender糊化儀測定所得淀粉黏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。圖4不同超聲時(shí)間對(duì)淀粉黏度影響55060065070075080085030405060708090???????????由圖4可知：

12、不同超聲時(shí)間對(duì)淀粉黏度有不同的影響，且隨著超聲時(shí)間的增大，黏度逐漸減少，但是這種趨勢隨著超聲時(shí)間的延長而逐漸變得緩慢，當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到60min時(shí)，黏度基本不發(fā)生變化?？赡艿脑蚴怯捎跁r(shí)間過長，反應(yīng)體系中的鹽酸已經(jīng)基本與淀粉全部發(fā)生反應(yīng)。2.4超聲功率對(duì)淀粉黏度影響控制反應(yīng)溫度為40℃，反應(yīng)時(shí)間為60min，濃鹽酸的添加量為5%，分別控制超聲功率為：300、400、500、600、700W，并用電動(dòng)攪拌器不斷攪拌。其它相關(guān)操作同1.3。采

13、用Brabender糊化儀測定所得淀粉黏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。圖5不同超聲功率對(duì)淀粉黏度影響500520540560580600620640660680300350400450500550600650700750?????????由圖5可知：不同超聲功率對(duì)淀粉黏度有不同的影響，且隨著超聲功率的增大，黏度逐漸減少，但是這種趨勢隨著超聲功率的延長而逐漸變得緩慢?？赡艿脑蚴浅暣龠M(jìn)淀粉分子降解，超聲功率增大，淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)瓦解，分子鏈斷裂，導(dǎo)致

14、淀粉黏度降低；繼續(xù)增強(qiáng)超聲，大功率超聲波產(chǎn)生的部分空化泡半徑大于淀粉顆粒半徑，被破壞的淀粉顆粒數(shù)量減少，對(duì)其造成的破壞作用減弱〔13〕。2.5超聲波作用下酸解馬鈴薯淀粉正交試驗(yàn)根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選擇鹽酸添加量、超聲溫度、超聲時(shí)間、超聲功率四個(gè)因素作為實(shí)驗(yàn)因素，進(jìn)行L9（34）設(shè)計(jì)方案的正交實(shí)驗(yàn)，酸解馬鈴薯淀粉的因素水平（表1）、正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表2）和方差分析（表3）如下：表1酸解馬鈴薯淀粉因素水平表水平A鹽酸添加量%B超聲溫度℃C超

15、聲功率WD超聲時(shí)間min134540045255050060375560075由表2及表3可看出：極差分析與方差分析結(jié)論相一致，在顯著水平為0.05的條件下，因素B（超聲溫度）對(duì)淀粉黏度的影響較為顯著。四因素對(duì)酸解馬鈴薯淀粉黏度的影響的主次順序?yàn)椋築＞A＞D＞C，即超聲溫度＞鹽酸添加量＞超聲時(shí)間＞超聲功率。依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算可知優(yōu)水平為A3B3C3D3，即制備酸解馬鈴薯淀粉的最佳工藝條件為：溫度為55℃，鹽酸添加量為7%，超聲時(shí)間為