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（天津科技大學食品工程與生物技術學院，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、超聲時間、超聲功率對馬鈴薯淀粉酸解的影響，在單因素實驗的基礎上進行了正交實驗。結果表明，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，超聲作用明顯促進了馬鈴薯淀粉的酸解改性。關鍵詞：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：TS235.2文獻標識碼：A文章編號：1008―9

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

8、發(fā)展的一個重要支柱產業(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)中得到了廣泛應用〔4〕。馬鈴薯淀粉擁有一系列獨特性能，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、凝膠性不強等缺點。為改善淀粉的性質，擴大馬鈴薯淀粉在食品生產和單元操作中的應用，對馬鈴薯淀粉進行酸解改性，逐漸成為熱點。而傳統(tǒng)酸變性淀粉存在酸解時間長、酸用量大、

9、酸排放污染環(huán)境、凝沉性較強、黏度穩(wěn)定性較差等缺陷，從而限制了其廣泛應用〔5–7〕。超聲波作為用于淀粉改性的一種新型的物理方法，近年來頗受關注，其在淀粉工業(yè)中應用將會越來越廣。超聲波用于淀粉的化學改性，可以促進化學反應，縮短反應時間，還可改變淀粉的結構與性質，生產功能各異的新型變性淀粉〔8–10〕。本研究將超聲應用于馬鈴薯淀粉的酸解改性過程，研究超聲對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不同超聲溫度對淀粉黏度影響0100200300400500600700800900354045505560657075?????????由圖3可知：不同超聲溫度對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)升高溫度會使酸解馬鈴薯淀粉的黏度呈上升趨勢。這可能是因為溫度過高，達到馬鈴薯淀粉的糊化溫度，馬鈴薯淀粉會發(fā)生一定程度糊化作用，導致酸解馬鈴薯淀粉熱糊黏度升高，使反應不易進

11、行。2.3超聲時間對淀粉黏度影響將配置好的淀粉乳置于超聲反應器中進行超聲處理，控制反應溫度為40℃，超聲功率為400W，濃鹽酸的添加量為5%，分別控制反應時間為：30、45、60、75、90min，并用電動攪拌器不斷攪拌。其它相關操作同1.3。采用Brabender糊化儀測定所得淀粉黏度。實驗結果見圖4。圖4不同超聲時間對淀粉黏度影響55060065070075080085030405060708090???????????由圖4可知：

12、不同超聲時間對淀粉黏度有不同的影響，且隨著超聲時間的增大，黏度逐漸減少，但是這種趨勢隨著超聲時間的延長而逐漸變得緩慢，當超聲時間達到60min時，黏度基本不發(fā)生變化。可能的原因是由于時間過長，反應體系中的鹽酸已經基本與淀粉全部發(fā)生反應。2.4超聲功率對淀粉黏度影響控制反應溫度為40℃，反應時間為60min，濃鹽酸的添加量為5%，分別控制超聲功率為：300、400、500、600、700W，并用電動攪拌器不斷攪拌。其它相關操作同1.3。采

13、用Brabender糊化儀測定所得淀粉黏度。實驗結果見圖5。圖5不同超聲功率對淀粉黏度影響500520540560580600620640660680300350400450500550600650700750?????????由圖5可知：不同超聲功率對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淀粉分子降解，超聲功率增大，淀粉結晶結構瓦解，分子鏈斷裂，導致

14、淀粉黏度降低；繼續(xù)增強超聲，大功率超聲波產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根據單因素實驗的結果，選擇鹽酸添加量、超聲溫度、超聲時間、超聲功率四個因素作為實驗因素，進行L9（34）設計方案的正交實驗，酸解馬鈴薯淀粉的因素水平（表1）、正交實驗結果（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超聲時間min134540045255050060375560075由表2及表3可看出：極差分析與方差分析結論相一致，在顯著水平為0.05的條件下，因素B（超聲溫度）對淀粉黏度的影響較為顯著。四因素對酸解馬鈴薯淀粉黏度的影響的主次順序為：B＞A＞D＞C，即超聲溫度＞鹽酸添加量＞超聲時間＞超聲功率。依據正交實驗的統(tǒng)計計算可知優(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%，超聲時間為