李權(quán)書 ,黎可，黃家滿, 朱彩麗*，馬麗梅,劉群艷

（廣西農(nóng)墾明陽生化集團(tuán)股份有限公司 非糧生物質(zhì)酶解國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530226）

摘要：本實(shí)驗(yàn)是以木薯淀粉為原料，采用干熱法制備黃糊精淀粉。通過實(shí)驗(yàn)得知：當(dāng)含水量體系、反應(yīng)時 間、反應(yīng)溫度、pH 值變化時，產(chǎn)品粘度及穩(wěn)定性有相應(yīng)的變化趨勢。

關(guān)鍵詞：黃糊精；干熱法；含水量；時間；溫度；pH 值；

Abstract ： Yellow dextrin was prepared by dry heating. The cassava starch was used as raw material. The results showed that water content, reaction temperature, reaction time and pH strongly influence the viscosity and stability of the products. Keywords：yellow dextrin; dry heating; water content; time; temperature; pH

引言

淀粉是僅次于纖維素具有豐富來源的可再生資源，作為化工原料與石油化工原料相比， 它具有價廉、可再生、易生物降解、綠色環(huán)保等突出特點(diǎn)。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，新產(chǎn) 品不斷出現(xiàn)，對淀粉性質(zhì)的要求也越來越苛刻，原淀粉的性質(zhì)已不適于很多領(lǐng)域。因此，有 必要根據(jù)淀粉的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)進(jìn)行變性處理，使之能符合應(yīng)用要求[1]。

糊精是變性淀粉中的一個重要品種，是指淀粉經(jīng)過不同方法降解的產(chǎn)物，因其具有水溶 性、乳化性、分散性、粘附性及成膜性等優(yōu)良性能，在各個領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，在世界 上被公認(rèn)為是安全、高質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的化工助劑。工業(yè)上生產(chǎn)的糊精主要有麥芽糊精、環(huán)狀糊精 和熱裂解糊精三大類，利用干熱法使淀粉降解所得產(chǎn)物稱為熱解糊精，按變性程度分為白糊 精、黃糊精、英國膠三種[2]。利用干熱法生產(chǎn)糊精的工藝與傳統(tǒng)的工藝相比，具有流程短、 能耗低、設(shè)備簡便、反應(yīng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，對環(huán)境無污染，是一種節(jié)能、綠色的工藝，既能提 高產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低成本、減少污染[3]。糊精的粘度是重要的理化指標(biāo)，關(guān)系到糊的膠粘 力、應(yīng)用操作與效果[2]。糊精的粘度通常用熱粘度和冷粘度（即常溫粘度）來表示。黃糊精 的粘度隨著轉(zhuǎn)化度的提高，粘度逐漸下降，但是當(dāng)轉(zhuǎn)化作用使溶解度達(dá) 100%時，粘度降低 的速率減慢，最后降到一定值。不同品種淀粉都能用來作為生產(chǎn)糊精的原料，但在轉(zhuǎn)化難易、 產(chǎn)品性質(zhì)方面存在差異，而木薯、馬鈴薯淀粉最易糊精化，且產(chǎn)品水溶液透明度、穩(wěn)定性都 高。以木薯為原料，利用干熱法制成的黃糊精產(chǎn)品，糊精粘度低，能溶成高濃度膠液，膠粘 力強(qiáng)，粘合快，干燥快，在工業(yè)上用做膠粘劑具有很大的優(yōu)點(diǎn)[2]。

本文主要討論以木薯淀粉為原料，采用干熱法生產(chǎn)工藝制得黃糊精，以產(chǎn)品的粘度為評 價指標(biāo)，探討反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、反應(yīng) pH 值與黃糊精粘度的變化關(guān)系，為制備穩(wěn)定性最 佳的黃糊精淀粉提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 儀器設(shè)備與材料

HH-S 型恒溫水浴鍋，江蘇金怡儀器科技有限公司；PHS-3C 型 pH 計(jì)，上海雷磁儀電科 學(xué)儀器股份有限公司；101-2-SⅡ型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；SS250-A5 型食品粉碎機(jī)，廣東中山好媽咪電器廠；JJ600 精密電子天平，美國雙杰兄弟有限公司；玻 璃杯；玻璃棒；DV-S 數(shù)顯粘度計(jì)，美國博勒飛工程實(shí)驗(yàn)室有限公司。 木薯原淀粉，明陽生化公司自產(chǎn)，食品級；濃鹽酸、燒堿，市售分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 反應(yīng)原理[3]

淀粉的化學(xué)通式(C6H10O5)n，是以葡萄糖為基礎(chǔ)單元并通過苷鍵鏈接而成的一類天然高 分子化合物。糊精干法轉(zhuǎn)化過程，淀粉發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，主要為水解反應(yīng)、苷鍵轉(zhuǎn) 移作用和重聚反應(yīng)。

1.2.1.1 水解反應(yīng)

水解反應(yīng)主要發(fā)生在預(yù)干燥工序和糊精轉(zhuǎn)化階段。糊精在轉(zhuǎn)化水解階段，酸不斷催化淀 粉中α-1，4 糖苷鍵和α-1，6 糖苷鍵斷裂，使淀粉分子量不斷降低，也反映在苷鍵水解形成 還原性端基增加。水解反應(yīng)基本決定糊精產(chǎn)品的粘度，水解程度高則相對應(yīng)的淀粉粘度低， 水解反應(yīng)的主要成分是較低分子低聚糖和葡萄糖。

1.2.1.2 苷鍵反應(yīng)

在受熱條件下α-1，4 糖苷鍵會斷裂，產(chǎn)生糖苷鍵轉(zhuǎn)移，鄰近的游離羥基會與之再結(jié)合 形成分支結(jié)構(gòu)。

1.2.1.3 重聚反應(yīng)

水解反應(yīng)產(chǎn)生的葡萄糖在酸的存在下，高溫時具有重聚和作用的能力。在水分存在下， 重聚和與水解反應(yīng)相繼發(fā)生。

1.2.2 黃糊精的制備方法[4]

酸↓原淀粉 → 酸化反應(yīng) → 預(yù)干燥 → 糊精化反應(yīng) → 冷卻 → 中和 → 黃糊精成品

圖 2 黃糊精生產(chǎn)工藝流程圖

將濃鹽酸與水按一定的比例進(jìn)行稀釋，在常溫下將適量稀釋的鹽酸與淀粉在混合容器中 混合均勻，常溫放置 8h，再將淀粉置于 50℃的烘箱中進(jìn)行預(yù)干燥，直至水分達(dá)到 10%以下。 將上述淀粉按反應(yīng)條件進(jìn)行糊精化反應(yīng)，再經(jīng)冷卻、中和等工序即得到黃糊精成品。

1.2.3 黃糊精粘度的測定

1.2.3.1 冷粘度的測定 控制室溫 25℃，稱取 150.0g 樣品置于 1000ml 鐵杯中，加入 350ml 蒸餾水制成淀粉乳， 使用電動攪拌機(jī)攪拌淀粉乳，調(diào)節(jié)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速 1300rpm/min ，攪拌時間 30min。將上述淀粉 乳倒入 500ml 燒杯中，使用 DV-S 型粘度計(jì)進(jìn)行測試，粘度計(jì)設(shè)置：3#轉(zhuǎn)子、30rpm/min 轉(zhuǎn) 速，讀取數(shù)值即為冷粘度。

1.2.3.2 熱粘度的測定

稱取 150.0g 樣品置于 1000ml 鐵杯中，加入 350ml 蒸餾水制成淀粉乳，將鐵杯置于沸水 浴加熱，同時使用電動攪拌機(jī)攪拌淀粉乳，調(diào)節(jié)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速 300rpm/min，于 90-95℃保溫 30min。將上述淀粉乳倒入 500ml 燒杯中，冷卻至 25℃，使用 DV-S 型粘度計(jì)進(jìn)行測試，粘 度計(jì)設(shè)置：3#轉(zhuǎn)子、30rpm/min 轉(zhuǎn)速，讀取數(shù)值即為熱粘度。 常溫粘度與熱粘度差值范圍 2000-3000 mPa.s，且差值越小越好。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 體系含水量對粘度的影響

反應(yīng)條件：反應(yīng)溫度 140℃、反應(yīng)時間 150min、反應(yīng) pH 值 2.3，考察反應(yīng)體系含水量 對黃糊精粘度的影響如表 1 所示。

由表 1 可知，在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)含水量為 4%時，得出的黃糊精常溫粘度與熱粘度的差值 最小，穩(wěn)定性最好。隨著體系含水量的增加，黃糊精的冷粘度隨之降低，說明糊精的水解程 度逐漸加大。但是，隨著體系含水量的增加，黃糊精的熱粘度呈先升高后降低的趨勢，當(dāng)水 分的含水量達(dá)到 4%時，糊精的熱粘度最高，冷粘度與熱粘度的差值最小。這是因?yàn)轶w系含 水量較低時，不利于酸催化劑在淀粉中擴(kuò)散、滲透及化學(xué)反應(yīng)，影響產(chǎn)品的均一性，淀粉的 水解作用較小；當(dāng)含水量較高時，淀粉表面易形成膠化層，且由于表面水揮發(fā)速度較快，淀粉易結(jié)塊，同時也會加速副反應(yīng)，使淀粉糊化、發(fā)粘[5]。

2.2 反應(yīng)時間對粘度的影響

反應(yīng)條件：反應(yīng)體系的含水量 4%、反應(yīng)溫度 150℃、反應(yīng) pH 值 2.3，考察反應(yīng)時間對 糊精粘度的影響如表 2 所示。

由表 2 可知，當(dāng)反應(yīng)時間小于 140min 時，熱粘度隨著時間的延長而升高，當(dāng)反應(yīng)時間 大于 140min 時，熱粘度隨著時間的延長而降低，在反應(yīng)時間為 140min 時，熱粘度達(dá)到最 大值，此時黃糊精的穩(wěn)定性最好。產(chǎn)生上述變化的原因可能是隨著反應(yīng)時間的延長，酸催化 劑能更好的擴(kuò)散滲透到淀粉中，糊精的含量增大，導(dǎo)致熱粘度升高，但當(dāng)反應(yīng)時間大于 140min 后，小分子的物質(zhì)重聚和，難溶物質(zhì)增加，糊精含量降低，導(dǎo)致熱粘度降低[6]。

2.3 反應(yīng)溫度對粘度的影響

反應(yīng)條件：反應(yīng)體系的含水量 4%、反應(yīng)時間 140min、反應(yīng) pH 值 2.3，考察反應(yīng)溫度 對糊精粘度的影響如表 3 所示。

由表 3 可知，糊精的熱粘度隨著溫度的升高呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)反應(yīng)溫度為 150℃ 時，達(dá)到最大值。這可能是因?yàn)闇囟鹊纳撸欣讦?1，4 糖苷鍵與鄰近分子的游離羥基 結(jié)合，發(fā)生轉(zhuǎn)苷反應(yīng)，分支結(jié)構(gòu)增大[3]，溫度的升高也有利于淀粉的水解和淀粉顆粒膨脹， 使轉(zhuǎn)化的作用增大，糊精含量增大，導(dǎo)致熱粘度升高。但溫度過高時，葡萄糖在酸存在的條 件下，具有聚合作用的能力，生成較大的分子，使得糊精的含量降低，熱粘度降低，而且當(dāng) 溫度過高時，碳化物增多，所得產(chǎn)品的顏色為棕色。

2.4 反應(yīng) PH 值對粘度的影響

反應(yīng)條件：反應(yīng)體系的含水量 4%、反應(yīng)時間 140min、反應(yīng)溫度 150℃，考察反應(yīng) pH 值對糊精粘度的影響如表 4 所示。

由表 4 可知，隨著反應(yīng) pH 值降低，熱粘度不斷提高，當(dāng)反應(yīng) pH 值達(dá)到 2.3 時，熱粘 度最高。但當(dāng) pH 值繼續(xù)降低時，熱粘度降低。說明鹽酸的催化作用對淀粉的糊精轉(zhuǎn)化存在 著先促進(jìn)后抑制的作用，這可能是因?yàn)榉磻?yīng)體系中存在一定的酸催化劑，可使淀粉的顆粒膨 脹，有利于酸催化劑滲透到淀粉顆粒中，從而顯著提高了糊精含量，導(dǎo)致熱粘度升高。但當(dāng) 鹽酸的含量過高，pH 值過低時，過量的酸使淀粉水解成的小分子又重新聚合和復(fù)合，使不 溶解物質(zhì)增多。同時，鹽酸的量過多時，會形成結(jié)塊，抑制水解反應(yīng)的進(jìn)行，而且產(chǎn)品的顏 色很深。由本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，反應(yīng) pH 值為 2.3 時最合適[6]。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

（1）提高反應(yīng)體系的含水量，對糊精的水解反應(yīng)有利，能提高糊精的粘度值，但含水量過 高，反而降低糊精的熱粘度值。

（2）糊精的熱粘度也是隨著時間的延長呈先上升后下降的趨勢。

（3）隨著溫度的升高，糊精的熱粘度值升高，達(dá)到一定值后，呈下降的趨勢。

（4）降低反應(yīng)的 pH 值，能提高糊精的水解反應(yīng)，但達(dá)到一定值后則會有下降的趨勢，副 反應(yīng)作用增加。

3.2 展望

淀粉具有資源豐富、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過物理、化學(xué)變性手段處理后，提高了其性能 和使用價值。隨著人們對環(huán)保的日益重視，隨著淀粉變性技術(shù)的高速發(fā)展，淀粉的應(yīng)用領(lǐng)域 日益拓展[7]。糊精是變性淀粉中的一類重要產(chǎn)品，因其具有水溶性、乳化性、分散性、粘附 性及成膜性等優(yōu)良性能，在各個工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，在世界上被公認(rèn)為安全、高效、 經(jīng)濟(jì)的化工助劑。比如黃糊精作為膠黏劑在粘合工業(yè)中應(yīng)用，具有粘合力強(qiáng)、粘合快、干燥 快，膜水溶性好；在造紙上應(yīng)用，能使表面光滑、強(qiáng)度高，書寫和印刷性質(zhì)好；在紡織上應(yīng) 用，能改善光滑度，增加質(zhì)量、抗水性或減少透光率。除此之外，黃糊精還能在食品工業(yè)中 作為香料、色素沖淡劑和載體，醫(yī)藥工業(yè)中作為片劑粘合劑和若干種抗生素發(fā)酵的營養(yǎng)料等 用途[3]。

目前我國對黃糊精的生產(chǎn)和應(yīng)用，仍處于起步階段，品種較單一，質(zhì)量的穩(wěn)定性、產(chǎn)量 與人均的消費(fèi)量與國外存在較大的差距[3]，因此，糊精的生產(chǎn)和應(yīng)用前景廣闊。相信在不久 的將來，黃糊精會有很大的發(fā)展。

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