芭蕉芋交聯(lián)淀粉的制備及性質(zhì)研究

芭蕉芋交聯(lián)淀粉的制備及性質(zhì)研究摘要：采用芭蕉芋淀粉為原料，以三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑，對芭蕉芋淀粉進(jìn)行交聯(lián)以制備食品用交聯(lián)芭蕉芋淀粉。以交聯(lián)度為指標(biāo)，硫酸鈉用量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度和三偏磷酸鈉用量為因素，采用正交試驗(yàn)設(shè)計進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)的工藝優(yōu)化，并對交聯(lián)淀粉的理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)硫酸鈉加入量為15%，溫度35℃，反應(yīng)時間5h，三偏磷酸鈉用量為0.5%時，淀粉的交聯(lián)度最好；芭蕉芋交聯(lián)淀粉在拉曼光譜中有明顯的磷酸基團(tuán)吸收峰，具有良好的凍融穩(wěn)定性、抗老化性能力、凝膠質(zhì)構(gòu)特性和假塑性，可提高體系的彈性與剪切穩(wěn)定性，為其在食品中應(yīng)用提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：芭蕉芋；交聯(lián)淀粉；三偏磷酸鈉；光譜；性質(zhì)研究1文獻(xiàn)綜述1.1芭蕉芋資源簡介1.1.1芭蕉芋資源簡介芭蕉芋別名蕉芋、蕉藕等，在四川等地區(qū)也有白金芋的叫法，歸屬于美人蕉科，這種草本植物屬于多年生單子葉，最初的產(chǎn)地在南美州的熱帶和亞熱帶地區(qū)，大多生長在山地或者低地之中?，F(xiàn)在我國云貴等地存在較廣，并且具有以下特點(diǎn)，十分喜溫光、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)，以及高產(chǎn)量并且容易成活，同時用途廣。在每年平均氣溫達(dá)到15℃以上，同時降水達(dá)到800mm以上，一些亞熱帶的地區(qū)都可以進(jìn)行栽培【1-2】。1.1.2芭蕉芋淀粉簡介因?yàn)樗母羞€有大量的淀粉，所以從古至今一直被人們當(dāng)做主要的食物，將他們進(jìn)行加工制成粉絲，其味美耐煮，加之口感筋道，往往作為主要原材料，成為東南亞的一些國家最受歡迎的食品。除此之外，因?yàn)榘沤队罂梢宰鳛楦邇r值淀粉的原料，使其在食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)發(fā)揮重要作用，故而芭蕉芋在亞洲具有較好的市場前景【3】。另外芭蕉雨中淀粉含量較高，考慮其脂肪、灰分及蛋白質(zhì)的含量較少，并且糊化的溫度比較低、顆粒的直徑較大，以及制成的淀粉糊具有較高的透明度，同時分子量大，以及能夠快速成膜。而且因?yàn)樗婉R鈴薯淀粉比較相似，所以應(yīng)用的范圍較為廣。1.1.3芭蕉芋淀粉的應(yīng)用在對芭蕉芋進(jìn)行開發(fā)利用時，主要是通過提煉其中的淀粉，然后再將他們進(jìn)行深度加工生產(chǎn)成粉絲或者粉條等產(chǎn)品。除此之外，芭蕉芋淀粉該可以制作成口服或者注射的葡萄糖等淀粉糖，還可以加工成味精或者代藕粉等各種各樣的產(chǎn)品。在紡織業(yè)中芭蕉芋同樣可以運(yùn)用，將它制作成漿紗，并且有這種原料做出來的漿紗要比其他的更具有光潔度，以及粘結(jié)度更高。再者，芭蕉芋淀粉還可用于鞋帽造紙等輕工業(yè)，以及文化用品的生產(chǎn)加工。然而芭蕉芋淀粉現(xiàn)在大部分以手工作坊生產(chǎn)為主。我國其他的一些生產(chǎn)基地在選址方面，大都選擇在黔西南地區(qū)，雖然在廣西地區(qū)種植了大量的芭蕉芋，但是只將他們用來制成飼料，或者粉絲等一些的手工生產(chǎn)【4】，并沒有形成大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)鏈。1.2交聯(lián)淀粉和交聯(lián)淀粉制作方法概述1.2.1交聯(lián)淀粉簡介交聯(lián)淀粉是指原淀粉分子中羥基與含n元(n≥2)官能團(tuán)化合物形成二酯鍵或二醚鍵的多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)【5】。和一些較純的淀粉相比之下，交聯(lián)淀粉具有更高的糊化溫度，并且具有更大的黏度和平均分子量，以及熱穩(wěn)定，同時具有較強(qiáng)的耐熱以及耐酸性，不會輕易被酶降解。除此之外，顆粒的溶解度比較低，不容易擴(kuò)張。所以他被廣泛的應(yīng)用到紡織造紙，以及其他的一些領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。淀粉經(jīng)過交聯(lián)后既能保持原有的顆粒形狀，又能在原有基礎(chǔ)上減小顆粒大小，交氫鍵連接了聯(lián)淀粉各個分子。交聯(lián)淀粉的交聯(lián)度直接影響到它的黏度，以及糊化溫度：當(dāng)交聯(lián)度較低的時候，和原來的淀粉相比黏度及糊化溫度，都比交聯(lián)淀粉高，若將其持繼續(xù)進(jìn)行加熱，那么它的黏度也會隨之上升，將它進(jìn)行冷卻后，黏度這明顯高于原來嗯淀粉糊；經(jīng)過加熱后的高交聯(lián)度的交聯(lián)淀粉，不會發(fā)生糊化或者膨脹。原淀粉通過環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)劑制得的交聯(lián)淀粉具有化學(xué)穩(wěn)定性好，酶不會輕易對其進(jìn)行降解，具有較強(qiáng)的抗剪切以及耐酸堿性。交聯(lián)淀粉如果經(jīng)過三偏磷酸鈉以及三氯氧磷交聯(lián)劑制得的耐酸性會極其的強(qiáng)，但是耐堿性就較弱【6】。1.2.2交聯(lián)淀粉的制備及性能在制備淀粉的過程中，制備原料中種類、交聯(lián)劑的用量以及種類的選取、交聯(lián)反應(yīng)的溫度與時間，以及在整個的反應(yīng)過程中，添加一些和硫酸鈉以及氯化鈉近似的中性鹽用量以及反應(yīng)pH值都會影響交聯(lián)效果；交聯(lián)淀粉的制備原料很多，常見的有馬鈴薯、甘薯、紅薯、小麥和玉米都能制作交聯(lián)淀粉，本文中所提到的芭蕉芋因?yàn)槠湄S富的淀粉含量同樣可以制作。交聯(lián)淀粉的原料種類十分豐富，因此對于不同原料，交聯(lián)劑的選擇也相應(yīng)不同?，F(xiàn)在常見的交聯(lián)劑主要有單磷酸鈉、三聚磷酸鈉、筆者所使用的三偏磷酸鈉和三氯氧磷等。其中三偏磷酸鈉因?yàn)楸旧砜勺鳛槭称诽砑觿┢矶\分散保水，質(zhì)構(gòu)改良等作用，同時因?yàn)槠浒踩珶o害，所以常被用于食品用交聯(lián)淀粉【7】。因原料及交聯(lián)劑的選擇組合豐富多樣，因此交聯(lián)淀粉的制備有很多的不同，但大體步驟基本相似，即需要將一定量的淀粉溶于適量的堿性溶液中，置于水浴鍋中并不斷攪拌，并將交聯(lián)劑溶于適量堿液中，及時加入到錐形瓶內(nèi)。到達(dá)反應(yīng)時間后用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液調(diào)pH，再進(jìn)行過濾、洗滌、離心、干燥等即可獲得所制備的交聯(lián)淀粉。曹蘇文等【8】人員主要利用板栗淀粉，將其作為原料同時加入三氯氧磷交聯(lián)劑，最終制得板栗交聯(lián)淀粉，對并且對它進(jìn)行相應(yīng)的研究。最終通過分析可以得到以下結(jié)論，隨著不斷增大淀粉的交聯(lián)度，直接影響到淀粉糊的透明度以及溶解度，同時膨潤力也受到一定程度的影響，都成下降的趨勢下降，但是也有明顯有幾方面明顯增強(qiáng)，比如抗剪切力、凍融穩(wěn)定性，以及抗酸和抗老化性，這都很好的說明了淀粉在生產(chǎn)加工中穩(wěn)定性增強(qiáng)。唐洪波等【9】以三偏磷酸鈉為交聯(lián)劑，在制作甘薯交聯(lián)淀粉的時候，要選擇甘薯淀粉作為原料，低、中、高三個級別的并交聯(lián)度，呈現(xiàn)出不同粘度、透明度、凝沉性，以及膨脹度。對這些現(xiàn)象進(jìn)行研究結(jié)果表明：當(dāng)?shù)矸鄣慕宦?lián)度處于較低的狀態(tài)時，反而增加了淀粉峰值粘度以及冷糊粘度相，這說明淀粉的熱糊以及冷糊都具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性；淀粉交聯(lián)程度處于中等時，淀粉起糊溫度有所提高，而峰值粘度有所降低；淀粉交聯(lián)程度較高時甚至不會糊化。綜合上所述不難得出，能夠有效的對原淀粉的透明度、膨脹度以及溶解度進(jìn)行降低，從而增加了凝沉性；除此之外，并沒有明顯改善淀粉糊的凍融穩(wěn)定性。胡磊【7】等一下研究人員利用甘薯淀粉，制作出可以食用的甘薯交聯(lián)淀粉，同事加入三偏磷酸鈉為交聯(lián)試劑，，低、中、高三個級別的并交聯(lián)度，呈現(xiàn)出不同粘度、透明度、凝沉性，以及膨脹度。經(jīng)過研究最后得出相關(guān)結(jié)論：對于低交聯(lián)度的淀粉而言，它的淀粉峰值的粘度以及冷糊粘度都會在一定程度上得到增加，提高淀粉糊的熱糊，以及冷糊的穩(wěn)定性；對于中、高的交聯(lián)程度，提高淀粉的起糊溫度，降低粘度，高程度時不會糊化。交聯(lián)淀粉降低淀粉的透明度、以及膨脹度，增加交聯(lián)淀粉糊凝沉性；并沒有改善淀粉凍融穩(wěn)定性。李妍等【10】的原料是木薯淀粉，選擇環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑制備交聯(lián)淀粉。分析試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用此種方法交聯(lián)后，在保持木薯交聯(lián)淀粉一定的透明度的前提下，使得制得的木薯交聯(lián)淀粉同時具有良好的抗剪切性能和抗酸及抗老化能力。路志芳等【11】以小麥淀粉為原料，使用環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑制作小麥交聯(lián)淀粉，對實(shí)驗(yàn)獲得的淀粉實(shí)施性能檢測，根據(jù)檢測結(jié)果可以得知：通過實(shí)驗(yàn)獲得的小麥交聯(lián)淀粉較原有淀粉的抗老化功能更強(qiáng)大，關(guān)系程度介于低端與中端的小麥交聯(lián)淀粉在凍融穩(wěn)定性能上有了顯著增強(qiáng)。1.2.3交聯(lián)淀粉的應(yīng)用【6】交聯(lián)淀粉因其特殊的性能具有多方位的應(yīng)用，在食品、醫(yī)藥、紡織、環(huán)境污染及復(fù)合材料等方面都有非常廣泛的應(yīng)用。（1）食品行業(yè)的應(yīng)用考慮到交聯(lián)淀粉有較好的凍融穩(wěn)定性和冷凍穩(wěn)定性，所以可以將其使用在冷凍食品之中。該淀粉具有良好抗低溫與抗反復(fù)凍融的能力，以上狀態(tài)均不能破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。此外，交聯(lián)淀粉廣泛應(yīng)用在飲食業(yè)，如作為調(diào)味品或油炸食物的原材料。曹蘇文等人通過研究得出板栗的交聯(lián)淀粉可在飲品業(yè)中發(fā)揮作用。李新華等人將原有淀粉與交聯(lián)淀粉、磷酸酯淀粉與羥基淀粉進(jìn)行復(fù)配，獲得了新的復(fù)配淀粉，該淀粉品質(zhì)優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用在火腿腸的加工之中，增強(qiáng)其口感。復(fù)配淀粉在與蛋白、肌肉糅合時黏合性很強(qiáng)，根據(jù)這一特性，它也被廣泛應(yīng)用于凝膠、增稠。（2）醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用交聯(lián)水平較強(qiáng)的交聯(lián)淀粉的黏稠性較差，因此加熱時不會產(chǎn)生糊的現(xiàn)象，它無色無味無毒，并且的生物交融性較強(qiáng)，因而被用于手術(shù)用手套的潤滑劑等。（3）紡織業(yè)的應(yīng)用交聯(lián)淀粉穩(wěn)定與否與交聯(lián)程度，纖維的粘稠程度，薄膜的性質(zhì)，退漿性、被分解者分解的特性密切相關(guān)，但對淀粉膜的生物降解特性和摩擦消耗反應(yīng)較效。交聯(lián)度恰當(dāng)時，則淀粉的穩(wěn)定能力，纖維粘稠度，薄膜耐彎曲程度和退漿性表現(xiàn)較好。較低的交聯(lián)程度能增加淀粉在漿劑中的穩(wěn)定程度。交聯(lián)程度位于902一477脫水葡萄糖單位/交聯(lián)的淀粉糊具有較恰當(dāng)?shù)酿ず铣潭群蜕霞训纳蠞{特質(zhì)。（4）在環(huán)境污染處理中的應(yīng)用交聯(lián)淀粉在生物的分解和可再生方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，其經(jīng)羧甲基化后可以對重金屬離子有效黏合。原淀粉交聯(lián)雖改變了特征，但卻仍是淀粉的范疇，然而其在糊化熱、顆粒體系、吸附特性等維度與原有淀粉仍有較大差異，被改變特性后的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)、吸熱焓減少。使用酶解-交聯(lián)的復(fù)合改性淀粉在黏合方面效果更好，它作為一種上佳的吸附物,可有效吸引汞金屬等離子、色素、油脂等。（5）復(fù)合材料的應(yīng)用在陶瓷的制作流程中，曹文等采用機(jī)械化學(xué)改性方法制得交聯(lián)木薯淀粉代替可塑性粘土制坯體,可使建陶坯體、骨質(zhì)瓷坯體和長石質(zhì)瓷的抗折強(qiáng)度都有不同程度的提高。LinyaoZhou等利用交聯(lián)玉米淀粉來制作生物可分解的抗外力的聚乳酸/聚乙醚酞胺/熱塑型聯(lián)合淀粉復(fù)合物質(zhì)。交聯(lián)淀粉在環(huán)保物質(zhì)的研制方面同樣有功效,氧化鋅納米顆粒(ZNP)和氧化鋅納米顆粒結(jié)合納米粘土在“綠色”納米復(fù)合材料戊二醛(GA)交聯(lián)淀粉/黃麻織物的制備中作為加強(qiáng)劑。2引言芭蕉芋別名蕉芋、蕉藕等，在四川等地區(qū)也有白金芋的叫法，是美人蕉科美人蕉屬多年生單子葉草本植物，原產(chǎn)南美州熱帶亞熱帶地區(qū)，常見于山地和低地之中?，F(xiàn)在我國云貴等地存在較廣，蕉芋喜溫良環(huán)境、抗逆性強(qiáng)、對環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)、產(chǎn)量較高、種植容易、應(yīng)用較廣，一般在年平均溫度15℃或更高的地區(qū)、年降水大于等于800mm的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)可之中，而芭蕉芋淀粉大多用于小手工作坊生產(chǎn)制作。而這類小手工作坊普遍分析在我國西南山區(qū)，在廣西的芭蕉芋產(chǎn)量雖然較大，但僅僅是用于家畜食物和低端手工業(yè)方面，未被投入大規(guī)模的機(jī)器化生產(chǎn)。交聯(lián)淀粉是原淀粉結(jié)構(gòu)中羥基和含n元(n≥2)官能團(tuán)化合物新生成的二酯鍵或二醚鍵的多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的物體。與百分之百含量的淀粉相比，交聯(lián)淀粉有更高的糊化溫度，吸附度、平均分子量與在熱環(huán)境下的穩(wěn)定程度更高，這也就印證了它的耐熱、耐酸特性好，被酶分解的能力弱，另外，交聯(lián)淀粉的水溶性較差且遇水體積不易增大。根據(jù)此特性，其在造紙、飲品、醫(yī)療方面被廣泛采用。該實(shí)驗(yàn)的原料選取的是元芭蕉芋淀粉，選擇三偏磷酸鈉作為交聯(lián)劑來制成芭蕉芋交聯(lián)淀粉，且使用了正交實(shí)驗(yàn)的方法對其制備工藝進(jìn)行優(yōu)化進(jìn)而確定最優(yōu)工藝組合，并對芭蕉芋淀粉及其交聯(lián)淀粉的吸光度和凍融穩(wěn)定性等性能進(jìn)行檢測，對淀粉糊的有關(guān)性質(zhì)加以研究，希望能在芭蕉芋的研究開發(fā)和其淀粉的應(yīng)用方面給予技術(shù)理論支撐。3選材及確定方法3.1試驗(yàn)材料3.1.1主要的原料芭蕉芋淀粉：貴州余江芭蕉淀粉廠；三偏磷酸鈉（食品級）；溴化鉀：光譜級；氫氧化鈉、硫酸鈉、鹽酸、氯化鉀均為分析純等級。3.1.2試驗(yàn)設(shè)備及儀器:主要用到的儀器為:V-5100可見光分光光度儀，美國PerkinElmer公司制造的紅外光譜儀以及我們通用的高轉(zhuǎn)速臺式離心機(jī)，德國Eppendorf公司；HR-1TA流變儀：美國TA公司；HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋、101-1AB電熱鼓風(fēng)干燥箱：天津賽得利斯實(shí)驗(yàn)分析儀器制造廠；RVA-TecMaster快速黏度分析儀：瑞典波通儀器有限公司；PHS-3C型精密酸度計：上海大普儀器有限公司；CT3物性測定儀：美國Brookfield公司。3.2試驗(yàn)方法3.2.1交聯(lián)淀粉制備工藝的優(yōu)化（1）交聯(lián)淀粉的制備【7】第一步首先是處理芭蕉芋淀粉，將其與水按照1/5的比例進(jìn)行配置成乳濁態(tài)，隨后放在水浴鍋中進(jìn)行恒溫加熱在此過程中需要不斷的進(jìn)行攪拌。第二步對上述配好的淀粉乳液調(diào)節(jié)pH數(shù)值，使其數(shù)值在10左右，調(diào)節(jié)pH數(shù)值選取的試劑是3%NaOH溶液，隨后在此溶液中中加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫酸鈉及交聯(lián)劑三偏磷酸鈉，讓其進(jìn)行充分的反應(yīng)。第三步是在反應(yīng)結(jié)束后用0.5mol/L的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液在次進(jìn)行調(diào)節(jié)酸堿性，此次調(diào)節(jié)的pH數(shù)值在6.0-7.0之間即可，隨后將調(diào)節(jié)好的溶液進(jìn)行離心，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到4000r/min，經(jīng)過15min后，最后需在55℃干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，經(jīng)過6h后即可得到我們想要的交聯(lián)淀粉樣品。（2）測定交聯(lián)度【12】經(jīng)過查閱前輩的研究，我們可知在交聯(lián)淀粉的交聯(lián)度較低，很難直接進(jìn)行相關(guān)測定，當(dāng)交聯(lián)度越大時，其物質(zhì)越不容易進(jìn)行沉降，由此我們可知為了使得到的數(shù)值更加的精準(zhǔn)有效，此處我們采取的測量方法是通過測定沉降積來確定交聯(lián)度。主要的測量步驟是，第一步我們用電子天平精確地稱量0.5g芭蕉芋交聯(lián)淀粉，在燒杯中用蒸餾水進(jìn)行將其配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的淀粉乳。第二步將配好的溶液放在82～85℃的水浴中加熱2min，隨后取出放至在室溫下進(jìn)行冷卻。第三步進(jìn)行離心，在兩支離心管中分別裝入10mL糊液，在4000r/min下離心2min，將離心后的上層清液倒入相同體積的離心管中，根據(jù)清液的體積進(jìn)行我們可得知沉降的體積，分別對每一個樣品進(jìn)行三次平行檢測。其中沉降的體積為10減去測得清液的體積。3.2.2交聯(lián)淀粉性質(zhì)的測定（1）拉曼光譜分析【13-14】通過拉曼光譜分析可以確定交聯(lián)反應(yīng)是否已經(jīng)發(fā)生，試驗(yàn)過程中將芭蕉芋淀粉及制得的交聯(lián)淀粉分別磨碎后過200目篩，進(jìn)行拉曼光譜測定。（2）紅外光譜分析通過紅外光譜分析所制得交聯(lián)淀粉與原淀粉之間化學(xué)間的差異，具體的實(shí)驗(yàn)過程是將待測的樣品經(jīng)過五個小時的干燥，干燥的溫度要求在105℃，隨后我們對干燥的物品進(jìn)行壓片成型，隨后在1:200的比例下與溴化鉀進(jìn)行充分的混合，研磨。得到成品后將其放在紅外光譜儀進(jìn)行檢測，設(shè)定的波數(shù)范圍為4000-400cm-1，分辨率為1cm-1最終可得到產(chǎn)品的紅外光譜圖。（3）凍融穩(wěn)定性測定【15】通過測定交聯(lián)淀粉與原淀粉之間吸水率的關(guān)系，從而推測其凍融穩(wěn)定性強(qiáng)弱，試驗(yàn)的具體流程為，第一步我們需要精準(zhǔn)的稱量一定的淀粉樣品與在蒸餾水進(jìn)行混合配置的成6%的淀粉乳，隨后進(jìn)行酸堿性的調(diào)節(jié)使得pH=10，隨后放在水浴鍋中進(jìn)行加熱30min，值得注意的是當(dāng)水浴鍋的溫度到達(dá)95℃次才開始計時，隨后進(jìn)行冷卻到50℃最終冷卻到室溫，最后一步近視進(jìn)行離心分離，此方式同剛才用紅外線進(jìn)行測驗(yàn)的方法是一樣的，不同之處就是此處的離心管需要用并用橡膠塞塞緊，先將將離心管放在－18℃冰箱內(nèi)經(jīng)過24小時候進(jìn)行自然解凍在經(jīng)過初步的處理后再將其放在離心機(jī)中進(jìn)行離心，離心的轉(zhuǎn)速為3000r/min大致進(jìn)行15分鐘即可，隨后倒出離心管中的上清液稱量余下的質(zhì)量并取平均值計算平均值，即得析水率，最終比較不同淀粉樣品的析水率。式中：m1為離心管的質(zhì)量，g；m2為離心管加淀粉糊的質(zhì)量，g；m3為離心后離心管加沉淀物的質(zhì)量，g。（4）透明度測定【16】淀粉糊的透明度可以直接反映淀粉分子與水分子間親和力的強(qiáng)弱，具體的檢測過程如下，首先我們需要配置相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乳濁液，只有指在質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的情況下我們測定的數(shù)據(jù)才具有可比較性，此處原淀粉和交聯(lián)淀粉的設(shè)定值為1%，同樣的需要將二者的pH值調(diào)節(jié)到10，第二步在100攝氏度的水浴鍋中進(jìn)行加熱30min，下一步將將熱的樣品取出進(jìn)行冷卻達(dá)到室溫即可，此次的參照液體就是蒸餾水，對兩者進(jìn)行吸光度的測量，選取測定的具體位置為650nm處，至少測量三次，以便使我們得出的結(jié)論更加精準(zhǔn)。（5）凝膠性分析【17-18】淀粉的凝膠性主要影響著淀粉的硬度、彈性、咀嚼性及內(nèi)聚性，此處測量淀粉的凝膠性的操作流程為，第一步制備乳濁液，將原淀粉和交聯(lián)淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定在6%，帶兩個混合均勻后在100攝氏度的水浴鍋中進(jìn)行長達(dá)30分鐘的加熱，下一步進(jìn)行冷卻并密封起來在4℃條件下冷藏24h。隨后進(jìn)行。質(zhì)構(gòu)測定采用的模式是TPA，探頭用TA5，無論是測試前，測試中，還是測試后此過程的速度都要保持在1.0mm/s，壓縮程度需要達(dá)到40%；觸發(fā)力為5g（6）淀粉糊RVA分析【19-20】此方法是通過測定兩者的崩解值和回生值，進(jìn)一可以幫助我們推測出熱糊穩(wěn)定性和冷糊穩(wěn)定性強(qiáng)弱，第一步配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的懸浮液，利用高端的方法Standard2在快速黏度分析儀中進(jìn)行測量。具體的簡述為在最初的50℃中保溫1分鐘及快速的進(jìn)行升溫，在8分鐘內(nèi)溫度要從50℃升高到95℃，隨后以升溫的速度進(jìn)行降溫到50℃，講過2分鐘的穩(wěn)定后進(jìn)測定，測定對交辦的要求是在前10s攪拌速率為960r/min，而后以160r/min進(jìn)行檢測。（7）流變性測定【21-23】通過流變性測定分析其體系剪切穩(wěn)定性，此過程同樣是配置6%的樣品，混合均勻后進(jìn)行加熱，持續(xù)30分鐘后取出進(jìn)行冷卻，最后可進(jìn)行平板-平板的測量系統(tǒng)盡心檢測，平板直徑40mm，設(shè)置間隙1mm。測量方法分為兩種一種是靜態(tài)流變特性測量，另一種是動態(tài)的，兩者的設(shè)定條件是不相同的。前者的溫度設(shè)定為25℃，剪切速率從0～300s－1遞增隨后是遞減，此時實(shí)驗(yàn)我們采用的是冪定律模型對靜態(tài)剪切數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行回歸擬合方程式為：其中式中字母分別代表的是：τ為剪切應(yīng)力/Pa；γ為剪切速率/s－1；n為流體指數(shù)；K為稠度系數(shù)/（Pa·sn）。 后者與前者設(shè)的溫度是一致的，不同處在于掃描應(yīng)變值設(shè)定為1%，測定振蕩頻率設(shè)為0.1～10Hz內(nèi)貯能模量（G’）、損耗模量（G”）、損耗角正切tanδ這樣我們可以根據(jù)角頻率的波動，及時的檢測出樣品的黏彈性。4結(jié)果與分析4.1交聯(lián)淀粉制備4.1.1反應(yīng)過程中的因素對制備交聯(lián)淀粉的影響(1)硫酸鈉的量對制備交聯(lián)淀粉的影響我們通過具體的實(shí)驗(yàn)測定來得出相應(yīng)的結(jié)論，具體的實(shí)驗(yàn)過程如下：第一步我們精準(zhǔn)稱量8g淀粉，將其置于40℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)達(dá)2個小時，在0.3%食品級三偏磷酸鈉中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫酸鈉進(jìn)行測定，此處我們?nèi)〉昧蛩徕c的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、5%、10%、15%、20%。我們得出芭蕉芋交聯(lián)淀粉的沉降積測定結(jié)果具體的情況見圖1所示。值得注意的是為了防止淀粉在較特殊條件下發(fā)生糊化，通常在可以在最初的制備過程中加入一些中性鹽。此外在反應(yīng)的過程一些指定的中性鹽可以能促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行，指定的中性鹽一般為硫酸鈉或氯化鈉，加入硫酸鈉的作用主要是增加滲透壓的作用和電荷的作用，。這樣可以促進(jìn)水溶液中的交聯(lián)劑STMP進(jìn)入淀粉內(nèi)部，使反應(yīng)進(jìn)行的更加深入，并且用量越大效果越明顯【7】。觀察圖1我們可以清楚的看到在淀粉沉積量的變化情況。（2）溫度對制備交聯(lián)淀粉的作用不同的溫度我們制備出的淀粉的彈性、硬度是不同的，具體溫度在交聯(lián)淀粉的影響是怎樣的我們通過如下的具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)證：首先是取樣品，此處稱量8g淀粉，10%硫酸鈉反應(yīng)時間2h，0.3%食品級三偏磷酸鈉，我們通過控制反應(yīng)進(jìn)行的溫度來測定最終樣品沉積量，此處溫度的設(shè)定分別取25℃、35℃、45℃、55℃。芭蕉芋交聯(lián)淀粉的沉降積測定結(jié)果如圖2所示，從圖中我們可以清楚的看出當(dāng)溫度處于45℃以下時升溫會促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，到45℃時達(dá)到最大值，產(chǎn)品交聯(lián)度最高，隨之溫暖的繼續(xù)升高我們可以看出交聯(lián)度呈現(xiàn)下滑的趨勢。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是隨著溫度的升高，淀粉的分子擴(kuò)散速度加快，但是溫度過高的情況下會使淀粉糊化。為了使得我們的收率更好，在接下來的研究中我們將溫度設(shè)定在40℃左右盡心優(yōu)化。（3）反應(yīng)時間對交聯(lián)淀粉制備的影響反應(yīng)進(jìn)行的時間長短不同也會對交聯(lián)淀粉的制備產(chǎn)生一定的影響。具體的驗(yàn)證過程如下，最初的準(zhǔn)備工作同上，不同于上面的過程是在時間的設(shè)定方面，此處我們在1h、2h、4h、6h、8h時分別進(jìn)行測量沉降積，具體的結(jié)果見圖3，我們清晰的看出在反應(yīng)超過6h后，隨著反應(yīng)時間的增加，沉降積逐漸增大，交聯(lián)度呈下降趨勢。為進(jìn)一步優(yōu)化條件，選取靠近峰值5h的三個水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。（4）三偏磷酸鈉用量對交聯(lián)淀粉制備的影響：第一步的制備方式同上，只是在添加三偏磷酸鈉上有所不同，此處我們?nèi)≠|(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%三偏磷酸鈉，進(jìn)行測定，具體的結(jié)果見圖4。我們從圖中可得知在其余條件都相同的情況下，當(dāng)三偏磷酸鈉用量超過0.5%.時，隨著其用量的增加，產(chǎn)品交聯(lián)度變化甚微。為進(jìn)一步優(yōu)化條件，選取靠近峰值0.4%的三個水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。圖1硫酸鈉用量對芭蕉芋交聯(lián)淀粉圖2反應(yīng)溫度對芭蕉芋交聯(lián)淀粉沉降積的影響沉降積的影響Fig.1EffectofsodiumsulfatedosageonFig.2Effectoftemperatureonsedimentationsedimentationofcannacross-linkstarchofcannacross-linkstarch圖3反應(yīng)時間對芭蕉芋交聯(lián)淀粉圖4三偏磷酸鈉用量對芭蕉芋交沉降積的影響聯(lián)淀粉沉降積的影響Fig.3EffectoftimeonsedimentationFig.4Effectofcrosslinkingagentamountonofcannacross-linkstarchsedimentationofcannacross-linkstarch4.1.2正交試驗(yàn)方案與結(jié)果依據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，以沉降積為檢測指標(biāo)，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，因素水平見表1，結(jié)果見表2。表1正交試驗(yàn)因素水平表Table1Leveltableoforthogonaltestfactor水平A硫酸鈉用量（%）B反應(yīng)溫度（℃）C反應(yīng)時間（h）D交聯(lián)劑用量（%）15352.00.3210404.00.4315456.00.5表2正交試驗(yàn)設(shè)計與結(jié)果Table2Designandresultsoftheorthogonalexperiments實(shí)驗(yàn)號A硫酸鈉用量（%）B反應(yīng)溫度（℃）C反應(yīng)時間（h）D交聯(lián)劑用量（%）沉降積（mL）111321.4221112.7331230.7412210.9522331.6632121,7713131.0823221.5933311.1K13.34.85.44.7K25.84.23.14.6K33.53.64.13.3R2.31.22.31.4由表中極差值R值可看出：在這4種因素中，硫酸鈉用量和反應(yīng)時間對交聯(lián)淀粉沉降積影響最大，其次為交聯(lián)劑用量，影響最小的是反應(yīng)溫度，從上述表格中我們呢通過統(tǒng)計計算等方式可以的得出最優(yōu)水平為A3B1C2D3，通過此數(shù)據(jù)我們可以得知交聯(lián)淀粉制備的最好的條件是，硫酸鈉加入量為15%，溫度35℃，反應(yīng)時間5h，三偏磷酸鈉用量為0.5%。4.2結(jié)構(gòu)表征4.2.1拉曼光譜分析圖5芭蕉芋淀粉拉曼光譜圖Fig.5Ramanspectrogramofcannaedulisstarch圖6芭蕉芋交聯(lián)淀粉拉曼光譜圖Fig.6Ramanspectrogramofcross-linkedcannaedulisstarch（1）原淀粉（2）交聯(lián)淀粉圖71000cm-1附近放大的拉曼光譜圖Fig.7AmplifiedRamanspectrogramnear1000cm-1由圖5、圖6可知，芭蕉芋淀粉經(jīng)過交聯(lián)后，其主要吸收峰并未發(fā)生變化。在有機(jī)磷化合物中P-O-C的伸縮拉曼峰在970-1050cm-1之間。從上圖中我們不觀察出難交聯(lián)淀粉在1000cm-1附近出現(xiàn)小的吸收峰，剛好是是P-O-C的伸縮拉曼峰。據(jù)此可以推斷交聯(lián)反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生，產(chǎn)物是交聯(lián)芭蕉芋淀粉。4.2.2紅外光譜分析圖8芭蕉芋原淀粉與交聯(lián)淀粉紅外光譜圖Fig.8Infraredspectrogramofcannaedulisrawstarchandcross-linkedstarch芭蕉芋淀粉與其交聯(lián)淀粉的紅外光譜見圖8，通過觀察圖8我們可以看出我們最后的產(chǎn)物與原樣品在官能團(tuán)上并沒有發(fā)上很大變化。沒有新峰產(chǎn)生。從圖中我們可以看到在3500-3300cm-1，2923cm-11160cm-11082cm-11020cm-1處所代表的官能團(tuán)分別為：羥基的伸縮振動、-CH2的伸縮振動峰，和叔醇、仲醇、伯醇的C-O鍵的伸縮振動吸收峰。860cm-1、576cm-1處是-CH2的搖擺振動特征吸收峰。從上述的圖中我們不難進(jìn)行初步的確定三偏磷酸鈉交聯(lián)淀粉的紅外圖譜與原淀粉圖譜相似，我們可以輕松的得知此過程并沒有產(chǎn)生新的化學(xué)鍵。其中交聯(lián)反應(yīng)連接上的磷酸酯基團(tuán)和芭蕉芋淀粉中天然存在的磷酸基團(tuán)在紅外圖譜上所產(chǎn)生的峰互相重疊，從圖中我們還不難看出兩者的馮間的距離是非常小的?？赏茢喑鲞@兩種淀粉分子中的羥基數(shù)目以及所處化學(xué)環(huán)境變化還很小【24】，商菊清【25】等都顯示出未改性淀粉和交聯(lián)淀粉的化學(xué)鍵大體一致，所以在吸收峰波數(shù)方面差別不大。4.3性能測定4.3.1凍融穩(wěn)定性及透光度分析表3淀粉析水率及吸光度Table3Waterseparatingproportionandabsorbanceofstarch樣品析水率%吸光度原淀粉39%0.749交聯(lián)淀粉24%1.271由表3可知，芭蕉芋交聯(lián)淀粉與原淀粉相比析水率有了顯著降低（P<0.05），表現(xiàn)出了良好的凍融穩(wěn)定性。在曹蘇文【8】的研究中表明交聯(lián)淀粉均可顯著降低析水率，但是高交聯(lián)度淀粉則與此不相同，它因?yàn)槠湓镔|(zhì)就是一個高分子，本身化學(xué)鍵就相對來說較多，這樣它的鍵比較牢固不容易斷裂，使得其析水率相對較高。淀粉糊的吸光度主要反映的是淀粉分子的吸水能力。在它的吸光度的較高的情況下它對水的吸收能力是較弱的。最為直觀的數(shù)據(jù)在表3中，通過觀察及分信息數(shù)據(jù)我們可知與芭蕉芋原淀粉糊相比，交聯(lián)芭蕉芋淀粉糊的吸光度明顯增大（P<0.05），之所以會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象是因?yàn)榻宦?lián)劑可以使得淀粉顆粒緊密的結(jié)合在一起，這樣使得物質(zhì)的結(jié)構(gòu)會很緊密，分子結(jié)構(gòu)較原淀粉難溶脹，溶解度變小，反應(yīng)為吸光度增大【11】。4.2.2凝膠性分析表4淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù)Table4Textureparametersofstarchgels樣品硬度/g彈性/mm膠著性/g咀嚼性/mJ內(nèi)聚性原淀粉160.00±18.008.49±0.5154.00±6.002.56±0.830.35±0.03交聯(lián)淀粉197.50±11.0013.38±0.8132.00±3.503.80±1.300.57±0.02由表4可以得出，與芭蕉芋淀粉相比，所制得的交聯(lián)淀粉凝膠在硬度、彈性、咀嚼性及內(nèi)聚性上有顯著（P＜0.05）增大，決定淀粉凝膠的硬度主要是所含的直鏈淀粉的數(shù)量的多少，含量大的，凝膠程度越強(qiáng)【26】。經(jīng)三偏磷酸鈉交聯(lián)后，芭蕉芋淀粉顆粒間的聯(lián)系更加緊密，形成了更為穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)了淀粉凝膠的強(qiáng)度和內(nèi)聚性，同時也使得彈性和咀嚼性有了部分的提升。4.2.3淀粉糊RVA分析表5淀粉糊化特征參數(shù)Table5Pastingparametersofstarch樣品峰值黏度/cP谷值黏度/cP最終黏度/cP回生值/cP崩解值/cP成糊溫度/℃原淀粉294218092297488113371.22交聯(lián)淀粉6696169253105463.55由表5可知，芭蕉芋淀粉在經(jīng)過交聯(lián)后，其各項(xiàng)糊化特性參數(shù)發(fā)生了明顯的變化。交聯(lián)過程我們可以將其看成是一種發(fā)上一種新的化學(xué)鍵的過程，此化學(xué)鍵在淀粉糊黏度穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱方面的作用是至關(guān)重要的。交聯(lián)過程產(chǎn)生的是一共共價鍵，這樣使得淀粉顆粒分子間的結(jié)合力較大不易與水分子進(jìn)行結(jié)合，從而影響峰值的大小。交聯(lián)淀粉的一個重要優(yōu)點(diǎn)是崩解值小，在淀粉膨脹變大的過程中不容易破裂。而且他的回生值也得到了改善，適于作為食品增稠劑和穩(wěn)定劑。4.2.4流變性分析(1)靜態(tài)流變性分析圖9芭蕉芋淀粉靜態(tài)流變曲線Fig.9Rheologicalcurvesofcannaedulisstarch表6芭蕉芋淀粉靜態(tài)流變擬合曲線Table6Powerlawparametersforcannaedulisstarch樣品上行線下行線K/(Pa·Sn)nR2K/(Pa·Sn)nR2原淀粉26.50020.47510.988612.84180.62010.9921交聯(lián)淀粉12.69540.25820.99662.17640.56190.9816靜態(tài)流變學(xué)是一種靜態(tài)的處理方式，主要是憑借穩(wěn)態(tài)剪切速率來測量樣品，反映樣品結(jié)構(gòu)隨剪切速率變化的規(guī)律。從圖9我們可以看出，淀粉糊在流動中所需的剪切應(yīng)力隨剪切速率增大而增大，經(jīng)過交聯(lián)改性后淀粉糊的剪切應(yīng)力較原淀粉小，這是因?yàn)榻宦?lián)作用使淀粉顆粒不能完全溶脹，淀粉分子無法充分伸展，導(dǎo)致剪切應(yīng)力降低【27】。采用冪定律對曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，結(jié)果見表6。R2均大于0.98，表明擬合具有較高精度。K與增稠能力有關(guān)，K越大，增稠效果越好，交聯(lián)淀粉的K低于原淀粉，表明交聯(lián)淀粉增稠效果不強(qiáng)。這2種淀粉的n均小于1，表明交聯(lián)淀粉并未改變流體性質(zhì)，體系仍為假塑性流體，但是交聯(lián)淀粉的流體指數(shù)n值降低，表明交聯(lián)淀粉的假塑性增強(qiáng)，剪切易變稀【28】。由圖9可知，交聯(lián)淀粉的觸變環(huán)面積減小，說明淀粉經(jīng)交聯(lián)后有助于提高體系的剪切穩(wěn)定性。(2)動態(tài)黏彈性分析圖10芭蕉芋淀粉及交聯(lián)淀粉動態(tài)模量及tanδ隨角頻率變化曲線Fig.10Curvesofdynamicmodulusandtanδagainstangularfrequencyforcannaedulisrawstarchandcross-linkedstarch動態(tài)流變特性可反映淀粉糊動態(tài)模量變化情況，此數(shù)據(jù)能為食品加工廠提供有效的參考，彈性模量是一個潛在的數(shù)值，在需要的時候可以通過一定的過程恢復(fù)它的彈性。此外黏性模量在此過程也同樣具有重要的作用。從圖10中我們可以觀察出，在一定的頻率變化區(qū)間內(nèi)，所有樣品的貯能模量與損耗模量都穩(wěn)定的增加，貯能模量始終大于損耗模量，交聯(lián)淀粉的G’和G’’與原淀粉相比有明顯提高。tanδ越大，體系流動性強(qiáng)，tanδ越小，彈性比例越大。所有體系tanδ隨著掃描頻率增加而降低，與原淀粉相比，交聯(lián)淀粉能明顯降低tanδ，因?yàn)榈矸壑械慕宦?lián)鍵增強(qiáng)了凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表明交聯(lián)淀粉可顯著提高其彈性性質(zhì)水平【29】。5結(jié)論本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)試劑是:芭蕉芋淀粉，三偏磷酸鈉。實(shí)驗(yàn)的目的是制備出特性較好的交聯(lián)淀粉，實(shí)驗(yàn)過程是采用控制單一變量的過程進(jìn)行的，分別通過控制硫酸鈉的用量、反應(yīng)的溫度、反應(yīng)的時間和三偏磷酸鈉用量來試驗(yàn)，根據(jù)沉降積為檢測指標(biāo)，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)。由結(jié)果可知，硫酸鈉用量和反應(yīng)時間對交聯(lián)淀粉沉降積影響最大，其次為交聯(lián)劑用量，影響最小的是反應(yīng)溫度，并確定制備交聯(lián)淀粉的最佳反應(yīng)條件為：硫酸鈉加入量為15%，溫度35℃，反應(yīng)時間5h，三偏磷酸鈉用量為0.5%，采用此工藝制得的交聯(lián)淀粉沉降積最小，交聯(lián)度最高。(2)對芭蕉芋淀粉及制得的交聯(lián)淀粉進(jìn)行理化性質(zhì)的分析及拉曼和紅外光譜測定，結(jié)果表明，交聯(lián)淀粉在拉曼光譜中有明顯的磷酸鹽吸收峰，表明確實(shí)通過三偏磷酸鈉產(chǎn)生了交聯(lián)作用，在紅外光譜中則不太明顯。交聯(lián)淀粉的凍融穩(wěn)定性及凝膠質(zhì)構(gòu)特性上較原淀粉有很大提高，透光率則低于原淀粉。在糊化特性分析中，交聯(lián)淀粉因產(chǎn)生交聯(lián)使得峰值降低，崩解值和回生值也低于原淀粉，說明交聯(lián)淀粉有良好的熱糊穩(wěn)定性及冷糊穩(wěn)定性。在流變分析中可知，交聯(lián)淀粉的假塑性增強(qiáng)，剪切易變稀，淀粉經(jīng)交聯(lián)后有助于提高體系的剪切穩(wěn)定性，顯著提高其彈性性質(zhì)水平。參考文獻(xiàn)：[1]何彩梅，余炳鋒，唐政.芭蕉芋淀粉提取工藝與直鏈淀粉分離純化研究[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，22:107-108.[2]姜毅，雷光鴻，王元春.芭蕉芋淀粉的性質(zhì)及生產(chǎn)工藝探討[J].輕工科技，2017，2(2):16-17.[3]楊芳，王平華，謝世清等.芭蕉芋淀粉糖化發(fā)酵工藝研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2004，17(2):231-234.[4]ThitipraphunkulK，UttapapD，PiyachomkwanK，etal.Acomparativestudyofediblecanna(Cannaedulis)starchfromdifferentcultivars.PartI.Chemicalcompositionandphysicochemicalproperties[J].CarbohydrPolym,，2003，53:317-324.[5]羅勤貴．變性淀粉的生產(chǎn)與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．糧食加工，2006，31(6):50-53．[6]曹詠梅，曹志剛，曹志強(qiáng)等.交聯(lián)淀粉的性質(zhì)、應(yīng)用及市場前景[J]．大眾科技，2016，18(5):26-30.[7]胡磊，吳磊，高群玉.食用交聯(lián)甘薯淀粉制備與性質(zhì)研究[J]．糧食與油脂，2010，05:25-30.[8]曹蘇文，周鳳娟，楊玉玲等.板栗交聯(lián)淀粉的制備和性質(zhì)研究[J]．河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，35(2):67-72.[9]唐洪波，李艷平，董四清等.交聯(lián)淀粉的制備與性能[J]．淀粉工程，2013，09:69-72.[10]李妍，羅偉鴻.木薯交聯(lián)淀粉的制備與性質(zhì)研究[J]．食品工業(yè)科技，2009，34(6):138-141.[11]路志芳，袁超，陳現(xiàn)臣等.小麥交聯(lián)淀粉制備及淀粉性質(zhì)研究[J]．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44(5):343-346.[12]張友松.變性淀粉生產(chǎn)與應(yīng)用手冊[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，1999．[13]