酶解马铃薯辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备及性能研究

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  • 时间: 2014-12-09 15:12:48
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崔媛12  曹龙奎1

1黑龙江八一农垦大学,大庆市  1633192黑龙江北大荒斯达奇生物科技有限公司,齐齐哈尔市  161005

摘要  以马铃薯淀粉为原料,通过单因素实验方法研究湿法工艺、喷雾工艺制备酶解马铃薯辛烯基琥珀酸淀粉酯,并对性能进行研究。确定制备参数:淀粉乳浓度 40%pH 8.9、温度 35℃、时间 4h、辛酐3%。酶添加量为0.2(U/ml)在此条件下,乳液乳化能力达到保油4.5倍,乳液稳定性48h,0.1,干粉溶解不拖尾,溶解时间30min以内,干粉流动性测定值2.5

关键词  酶解;辛烯基琥珀酸淀粉酯;马铃薯;制备;性能

ABSTRACT  This paper introduces, taking potato starch as raw material, the preparation of potato octenyl succinic starch ester by enzymatic hydrolysis through wet process or spray process by the method of single factor experiment and its properties had been studied.  The specific preparation parameters are: concentration of starch milk 40%, pH value 8.9, temperature 35, time 4 hours, succinic anhydride 3%.  Under the condition of the enzyme of 0.2(U/ml) added, emulsifying ability of emulsion reaches to 4.5 times of maintaining oil, 48 hrs of emulsion stability, 0.1, powder dissolving without trailing, dissolving time within 30 mins, powder flowability testing value of 2.5.

KEY WORDS  enzymatic hydrolysis; octenyl succinic starch ester; potato; preparation; property

 

1953年,CaldwellWurzburg申请了辛烯基琥珀酸淀粉酯的专利[1],此产品在1997年被列入美国食品添加剂范畴。多年来,美、法、英、日等国的淀粉科技人员对该产品的制备方法和应用技术不断进行了改进,其中,很多产品已经投入工业化生产,如美国的国民淀粉(宜瑞安)、嘉吉公司、法国的罗盖特、英国的泰莱、日本的松谷等都有多种产品。现市场上有用于微胶囊包埋的Hi-Cap 100CapsulN-LOK,用于乳化香精的Purity Gum 17732000等,用于包埋的CO-O 1Emcap等产品。我国2000年以后,这方面的研究也很活跃,但目前,辛烯基琥珀酸淀粉酯的研究多集中以蜡质玉米淀粉为原料的产品上,以马铃薯淀粉为原料的研究少,工业化生产的基本没有。本实验以马铃薯淀粉为原料,采用单因素实验,合成酶解马铃薯辛烯基琥珀酸淀粉酯,同时,对性能进行分析研究。目的是为企业生产和学术理论研究提供有价值的参考数据。

材料与方法

1.1  材料与仪器

1.1.1  原料和药品

马铃薯淀粉,北大荒马铃薯集团提供辛烯基琥珀酸酐,Sigma-Aldrich Chemical Co提供;氢氧化钠、盐酸,分析纯;α-淀粉酶酶活3000U/ml),枫泰提供。

1.1.2  主要仪器和设备

DGG-9030A型电热恒温鼓风干燥箱HSY2-SP单孔水浴锅viscograph-V Brabender粘度仪JJ-1精密增力电动搅拌器Scout SE 402F电子天平PHS-3C酸度计D2型喷雾干燥塔。

1.2  实验方法

1.2.1  酶解辛烯基琥珀酸淀粉酯合成工艺

将马铃薯淀粉配成一定浓度的乳液,用恒温水浴控制反应温度,将乳液调至所需pH值,然后,滴加辛酐,保持一定的pH值,反应一定的时间,反应结束后,用10%的HCl溶液中和、水洗。调节淀粉乳浓度,升温、加入酶、反应,达到要求的粘度指标后,升温喷雾干燥塔,调整进料温度,调整出料温度,调整喷雾转盘的速度进行产品的喷雾干燥。最后得到白色的酶解辛烯基琥珀酸淀粉酯。

1.2.2  酶解辛烯基琥珀酸淀粉酯的性质测定

1.2.2.1  乳液乳化性和乳液稳定性[2][3]

产品配成固含量40%的溶液,加入一定量的植物油,用乳化机乳化,乳化机转10,000r/m。以保油的倍数表示乳液乳化能力的大小。

将上述乳化液倒入具塞刻度试管中,放置48h,观察乳化液分层体积。以析油的体积表示乳化稳定性好坏。

1.2.2.2  干粉溶解性

30g干粉溶于100ml水里,观察颗粒粉体下沉有无拖尾,及在水中散开的时间。无拖尾及散开时间短,溶解性好。

1.2.2.3  干粉流动性

用特定的漏斗,以一定量的淀粉进行漏粉,观察淀粉的堆积高度,高度越低,流动性越好。

结果与分析

2.1  单因素实验结果

2.1.1  pH值对酯化取代度的影响

淀粉乳浓度为40%,反应温度35,反应时间为3h辛烯基琥珀酸酐(OSA)(以下简称辛酐)用量为3%以淀粉干基计,反应体系pH值分别设定为7.58.28.99.610.311.0,按1.2.1进行实验,根据结果比较pH值对酯化反应取代度的影响。  

pH8.9时,产品取代度最大,高于或低于此值都对反应不利。这是因为反应体系中pH的高低对酯化反应的效率有很大影响。如果pH值过高,辛酐易与碱反应,生成羧酸氢钠,而如果反应pH值过低,则不利于淀粉上的羟基与酸酐键的亲核反应,效率下降。为了保证产品向正反应进行,需要使反应淀粉乳显微碱性,因此,最佳的pH8.9

2.1.2  反应温度对酯化取代度的影响

淀粉乳浓度为40%,反应体系pH8.99.1,反应时间为3hOSA用量为3%以淀粉干基计,反应温度分别设定为253035404550,按1.2.1进行实验,根据结果比较反应温度对酯化取代度的影响。

 

温度低于35℃前,不利于淀粉颗粒吸水膨胀与辛酐的接触碰撞,温度升高时有利于提高取代度,温度超过35℃时酯化淀粉的水解速度加快,取代度下降。同时,温度过高,导致淀粉乳糊化,产品不易分离。所以反应温度控制在35℃左右。

2.1.3  反应时间对酯化反应取代度的影响

淀粉乳浓度为40%,反应体系pH8.9,反应温度为35OSA用量为3%以淀粉干基计,反应时间分别设定为1h2h3h4h5h6h1.2.1进行实验,根据结果比较反应时间对酯化反应取代度的影响。

3h以内,取代度随着时间的增加而提高,在3h下降。这是因为这个反应存在酯化与水解两种反应,在反应的开始阶段酯化反应大于水解反应。反应一定时间后,水解反应大于酯化反应。因此,反应的时间在3h左右最佳。

2.1.4  OSA添加量对酯化反应取代度的影响

淀粉乳浓度为40%,反应体系pH8.9,反应温度为35,反应时间为3hOSA用量分别设定为0.5%1%1.5%2.0%2.5%3.0%以淀粉干基计,按1.2.1进行实验,根据结果比较OSA对酯化反应取代度的影响。

取代度随着OSA用量的增加而提高,这是因为OSA加入量增大,淀粉与OSA的接触机会增多,产物取代度(DS)增大。但是标准规定,用于食品的辛烯基琥珀酸淀粉酯的OSA添加量不能超过3%,所以,OSA加入量不能超过3%,最后确定添加量为3%

2.1.5  淀粉乳的浓度对酯化反应取代度的影响

淀粉乳浓度为20%25%、30%、35%、40%、45%和50%,反应体系pH8.9,反应温度为35,反应时间为3hOSA用量设定为3.0%以淀粉干基计),1.2.1进行实验,根据结果比较淀粉乳浓度对酯化反应取代度的影响。                       

淀粉乳的浓度在40%之前,DS随着浓度的升高而提升,但是在40%45%范围内时,DS不增长。这是因为随着淀粉乳浓度的增高,淀粉颗粒与辛酐的接触范围随之增大,有利于酯化反应的进行,并且,水解副反应随之减少,这样取代度增大。但当淀粉乳浓度达到40%以上时,搅拌难度,使辛酐分散不好。所以,淀粉乳浓度不宜过高,确定为40%较为适宜。

2.1.6  酶的添加量对制品粘度的影响

淀粉乳浓度为40%,反应体系pH8.9,反应温度为35,反应时间为3hOSA用量为3.0%以淀粉干基计,按1.2.1制备辛烯基琥珀酸淀粉酯。调淀粉乳的浓度为30%,温度为50时加入淀粉酶0.050.10.150.20.250.3将淀粉乳在85的水浴锅中升温,保持搅拌,待体系温度达到80,计时反应,中控测粘度,合格后灭酶,用10%盐酸溶液灭酶5min。再用3.5%的氢氧化钠溶液中和,喷雾干燥,进风190、出风92,进料速度13Hz,制成酶解成品。

随着酶的添加量升高,淀粉的粘度下降,根据乳化性和乳化稳定性实验,最终确定酶的添加量为0.2u/ml,这时制得的成品粘度为80mpa.s

2.2  性能测定结果

2.2.1  乳液乳化性和乳液稳定性

将由2.1.6制得的成品按1.2.2.1的方法进行乳液乳化性和乳液稳定性的实验。比较取代度、粘度对乳化性和稳定性的影响。

随着成品取代度的增加,乳液的乳化性增大,而乳液的稳定性变化不大。这是因为淀粉羟基和亲水、疏水基团结合越多,它的乳化性越高。而产品的乳化稳定性,在油水比例适当的条件下,析油量都很小,最终确定取代度为0.02

随着成品粘度的减小,乳液的乳化性先增大后减小,而乳液的稳定性先减小后稳定[4]。这是因为粘度减小,分子链变短,可以使其有效地分散在油水两相界面上,使油/水界面上形成界面膜,有效的降低了油水界面的张力,使乳状液更均匀,乳化性更强,稳定性更好。而粘度过小,分子链过短,不利于形成水包油体系,所以乳化性减小,但油/水界面膜依然牢固,所以稳定性依然很好。最终确定粘度为80mpa.s为最佳。

 2.2.2  干粉溶解性和干粉流动性

将由2.1.6制得的成品按1.2.2.23的方法进行干粉溶解性和干粉流动性的实验。比较颗粒度大小和溶解性、流动性的关系,结果如表1所示。

表1  颗粒度和溶解性、流动性的关系

颗粒度大小(100目筛)%

100

95

93

90

干粉溶解性

拖尾,50min溶解

拖尾小,30min溶解

拖尾小,27min溶解

拖尾小,26min溶解

干粉流动性(cm

2

2.5

2.6

2.65

由表1可知,成品干粉随颗粒度的减小,溶解性越来越好,而且拖尾小,但流动性则越来越差。这是因为颗粒度小,淀粉的复水性快,来不及分散,淀粉报团,在水中慢慢下沉时,拖起了长尾。而颗粒度大,淀粉复水慢,但不报团,反而总的溶解时间少、分散好。而流动性则因为颗粒度越大,颗与颗之间的摩擦力越大,淀粉不易分散下沉,而使流动性不好。最终根据应用的要求,确定颗粒度为95%。

结论

获得酶解马铃薯辛烯基琥珀酸淀粉酯的湿法和酶解复合工艺制备方法。其结果为:淀粉乳浓度40%pH8.9、反应温度35、反应时间4h、酸酐3%酶的添加量为0.2u/ml完成影响酶解马铃薯辛烯基琥珀酸淀粉酯的乳液稳定性、乳液乳化性、干粉溶解性、干粉流动性的因素分析。其结果为:当取代度为0.02时、粘度为80mpa.s时,可以保证产品的乳液稳定性和乳化性。当颗粒度为95%时,产品的溶解性达到拖尾小,30min内溶解,同时流动性满足应用要求。

参考文献

1  Caldwell C G, Hills F, Wurzburg O B.  Polysaccharides derivative of substituted dicarboxylic acids: US Patent, 2661349 [P], 1953-12-1.

2  黄强、罗发兴、李琳。辛烯基琥珀酸淀粉钠的乳化性和流变性J。华南理工大学学报(自然科学版),20053311):4245

陈均志、赵艳娜、银鹏。微波有机相法制备辛烯基琥珀酸淀粉酯及其乳化稳定性的研究[J]。食品科学,2005261):8083

 

李博雷激徐坤等芽菜的质构分析与感官评价研究[J]食品科技,201035 8):307310