機械活化固相法制備乙?；矸哿姿狨?/h1>
2023-12-24 09:05陳江楓藍煥師梁露鋒覃宇奔胡華宇張燕娟黃祖強
糧食與飼料工業 2023年6期
陳江楓,藍煥師,梁露鋒,覃宇奔,胡華宇,甘 濤,張燕娟,黃祖強
(1.非糧生物質酶解國家重點實驗室//廣西農墾明陽生化有限公司//廣西農墾明陽淀粉發展有限公司,廣西 南寧 530226;2.廣西大學化學化工學院,廣西 南寧 530004)
乙?；矸哿姿狨?ADSP)是淀粉經乙?；土姿猁}反應得到的一種酯化交聯變性淀粉[1]。與原淀粉相比,其分子鏈結構、熱穩定性、流動性和耐酸性等都得到增強[2-3],應用于肉類食品中,可提高加熱糊化的網絡結構,使淀粉和肉蛋白間結合力增強,水分和膠質更緊密結合,結構更穩定,因而提高了肉制品的保水性[4-5]。
目前ADSP生產工藝成熟,但主要采用濕法工藝制備[6-7],存在污水量大、不易回收、成本高等缺點。機械活化固相反應是指在固相條件下,固體顆粒因機械力而受到剪切、摩擦、碰撞、沖擊等作用,能更好地混合、滲透、活化反應物,并在短時間內產生高激發態活性組分,從而提高化學反應速率,縮短反應時間,提高生產效率[8-9]。課題組前期研究結果表明,機械活化能有效破壞淀粉長鏈結構,降低黏度[10-11],因而采用機械活化法制備的ADSP有可能與傳統液相法產品性能存在極大差異,這為其在新領域的開發應用提供思路。陳淵等[12-13]研究采用機械活化淀粉制備乙?；p淀粉酯,但其是先機械活化淀粉再進行交聯酯化反應,淀粉受機械力作用分子量顯著降低,因此所得到的淀粉酯產品冷糊黏度較低。
本課題以木薯淀粉為原料,乙酸酐為乙?；噭?三偏磷酸鈉為交聯劑,采用機械活化固相一步反應法制備ADSP。以產品冷糊黏度為評價指標,分別研究機械活化時間、乙酸酐用量、交聯劑用量、機械活化溫度和球磨轉速對產品黏度的影響,得出較優的制備工藝條件。并采用XRD、SEM、FTIR等對產品結構進行表征。
1 材料與方法
1.1 主要原料及試劑
木薯淀粉,食用級,廣西農墾明陽淀粉發展有限公司;乙酸酐,分析純,成都市科龍化工試劑廠;三偏磷酸鈉,分析純,美國SIGMA-ALDRICH公司;無水乙醇,分析純,廣東汕頭西隴化工股份有限公司。
1.2 主要儀器設備
DF-101B型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,鞏義市英裕予華儀器廠;NDJ-5S型旋轉式黏度計,長沙思辰儀器科技有限公司;Agilent8453E紫外-可見分光光度計,安捷倫科技公司;UitimaIV組合型X-射線衍射儀,日本理學公司;S-570型掃描電子顯微鏡,日本日立公司;Nicolet IS 10型傅立葉變換紅外光譜儀,日本島津公司;TMS-Pro質構儀,美國FTC公司;自制球磨機,參見文獻[14]。
1.3 試驗方法
1.3.1乙?；矸哿姿狨サ闹苽?/p>
準確稱取30 g木薯淀粉(干基),乙酸酐為酯化劑,三偏磷酸鈉為交聯劑,一起放入球磨罐中,在一定轉速、溫度下反應一定時間,產品經分離、洗滌、干燥、粉碎后進行分析。
1.3.2冷糊黏度測定
在150 mL燒杯中加入準確稱量的定量淀粉樣品,加蒸餾水配成質量分數為6%的淀粉乳,并在燒杯口蓋上保鮮膜以防溶劑蒸發,隨后將燒杯放在恒溫水浴中,沸水浴持續糊化20 min,并補水保持原有體積,冷卻至30℃恒溫,采用NDJ-5S型旋轉式黏度計,4#轉子,控制轉速12 r/min,測定其黏度。平行測定3次,取平均值[15]。
1.4 表征分析
采用X-射線衍射儀對不同淀粉樣品的結晶結構進行表征,掃描條件為:射線Cukα輻射,Ni片濾波,40 kV電壓,30 mA電流,在5°≤2θ≤40°之間連續掃描。采用掃描電子顯微鏡在放大倍數500、2 000下觀察并拍照,分析樣品的表面結構。利用紅外光譜儀分析樣品的分子基團,分辨率4 cm-1,掃描范圍:400～4 000 cm-1[16-17]。
1.5 乙?；矸哿姿狨︳~丸品質的影響
將冷凍魚糜解凍,加入占魚糜質量20%的ADSP,再添加適量糖、味精、水,一起擂潰攪拌;攪拌后的魚漿灌入模具中成型,經加熱處理后冷卻冷藏,得到魚丸。將魚丸切成25 mm×25 mm的圓柱體,在室溫下采用FTC TMS-Pro質構儀進行全質構分析,測試前校正高度35 mm,形變25%,觸發力0.2 N,穿刺距離12 mm,測試速度60 mm/s,平行測定三次。
1.6 數據處理
測定和分析結果采用Excel和Origin9.0軟件進行數據處理和圖形繪制,所有結果采用“平均值±標準偏差”表示。
2 結果與討論
2.1 機械活化時間對產品冷糊黏度的影響
固定淀粉用量30 g,球磨轉速100 r/min,機械活化溫度30℃,三偏磷酸鈉用量為2%,乙酸酐用量為5%,考察機械活化時間對產品冷糊黏度的影響,結果如圖1所示。在30～90 min機械活化時間范圍內,ADSP的冷糊黏度先增后降,機械活化時間為60 min時最高。這是因為淀粉與交聯劑和乙酸酐進行交聯酯化反應的同時,還存在著交聯酯化淀粉的水解等副反應。反應開始階段,機械活化激發強化了淀粉及反應試劑的活性,交聯酯化占主導地位,此時冷糊黏度上升;但隨著球磨時間的延長,機械力作用更多是破壞淀粉的長鏈結構,同時酯化反應的進行使體系含水量增大,副反應增強,產品易結塊,淀粉冷糊黏度下降。由實驗結果得出,機械活化時間為60 min時對交聯酯化反應較適宜。
圖1 機械活化時間對產品冷糊黏度的影響
2.2 酯化劑用量對產品冷糊黏度的影響
固定淀粉用量30 g,球磨轉速為100 r/min,機械活化溫度30℃,三偏磷酸鈉用量2%,機械活化時間60 min,考察乙酸酐用量對產品冷糊黏度的影響,結果如圖2所示。由圖2可知,酯化淀粉的冷糊黏度隨乙酸酐用量的增加呈現先增大后下降的趨勢,當乙酸酐用量為5%時,淀粉冷糊黏度最大。這是因為隨著乙?；吭龆?一方面減弱了淀粉分子間的氫鍵作用,另一方面淀粉鏈上接的極性?；鶊F增多,增大了鏈枝杈數,再加上交聯作用淀粉分子增大,提高了淀粉的稠度,淀粉的冷糊黏度增加。但因乙酸酐是酸性液體,用量過多會增大體系的濕度,導致球磨時易發生結塊現象,不利反應進行,而且淀粉體系pH值下降,淀粉發生水解,從而使淀粉的冷糊黏度急劇下降。因此,乙酸酐用量為5%比較合適。
圖2 乙酸酐用量對產品冷糊黏度的影響
2.3 交聯劑用量對產品冷糊黏度的影響
固定淀粉用量30 g,球磨轉速100 r/min,機械活化溫度30℃,乙酸酐用量5%,機械活化時間60 min,考察三偏磷酸鈉用量對產品冷糊黏度的影響,結果如圖3所示。由圖3可知,當三偏磷酸鈉用量在一定范圍內增大時,酯化淀粉的冷糊黏度先緩慢增大后明顯下降,在三偏磷酸鈉用量為2%時達到最大。這是因為適度的三偏磷酸鈉在淀粉進行交聯反應時,能夠抑制淀粉顆粒的膨脹和黏度降低,從而保持淀粉一定的冷糊黏度。但三偏磷酸鈉用量過多時,淀粉過度交聯,會抑制淀粉顆粒的膨脹,淀粉無法完全糊化,導致淀粉的冷糊黏度下降[18]。因此,三偏磷酸鈉的用量2%時最佳。
2.4 機械活化溫度對產品冷糊黏度的影響
固定淀粉用量30 g,球磨轉速100 r/min,三偏磷酸鈉用量2%,機械活化時間60 min,乙酸酐用量5%,考察機械活化溫度對產品冷糊黏度的影響,結果如圖4所示。由圖4可知,隨著機械活化溫度的升高,酯化淀粉的冷糊黏度呈現先增加后下降趨勢。這是因為升高溫度可以提高親核取代反應的速率,有利于交聯酯化反應,使得淀粉的冷糊黏度升高。但溫度過高,副反應速率加快,水解反應速率大于交聯酯化反應速率;而且溫度高時乙酸酐更容易揮發分解,造成參與反應的乙酸酐減少,不利于反應的進行,導致淀粉的冷糊黏度下降。因此機械活化溫度以40℃為宜。
圖4 機械活化溫度對產品冷糊黏度的影響
2.5 球磨轉速對產品冷糊黏度的影響
固定淀粉用量30 g,三偏磷酸鈉用量2%,機械活化時間60 min,乙酸酐用量5%,機械活化溫度40℃,考察機械球磨轉速對產品冷糊黏度的影響,結果如圖5所示。由圖5可知,隨著機械球磨轉速的增大,淀粉酯化的冷糊黏度逐漸減小。這是因為球磨轉速的提高,淀粉受到的沖擊、剪切作用加強,鏈分子變短,即使發生酯化反應得到的產品也是短鏈分子居多,因此冷糊黏度下降明顯。由圖可看出,球磨轉速在100 r/min之前,酯化淀粉的冷糊黏度下降相對較慢,當球磨轉速大于100 r/min后,黏度下降迅速,因此可以根據食品加工的實際情況選擇不同球磨轉速的交聯淀粉酯。一般情況下,取球磨轉速在100 r/min時較為適宜。
圖5 球磨轉速對產品冷糊黏度的影響
2.6 XRD分析
淀粉的X-射線衍射圖譜分為A、B、C三種類型,各有其明顯特征峰,A型對應的衍射圖譜在2θ為15°、17°、18°和23°處有較強衍射峰,B型是在2θ為5.6°、17°、22°和24°處有強的衍射峰,C型是A型和B型的混合[19]。在X-射線衍射圖譜中,明顯的尖峰代表淀粉的結晶結構,彌散衍射峰代表淀粉的無定形結構,尖峰衍射越高,半峰寬越小,說明淀粉結晶度越高。圖6中,a表示原淀粉,b為100 r/min活化處理的原淀粉,c表示球磨100 r/min的ADSP。由圖6可以看出,木薯原淀粉在15°、17°、18°和23°處都有明顯的衍射峰出現,屬于明顯的A型結晶結構。對比原淀粉和機械活化淀粉,可以看到a與b形狀相似,但機械活化淀粉的尖峰變緩和,說明低轉速的機械球磨不會改變淀粉的結晶類型,但是低轉速機械活化使得淀粉的晶粒變小,結晶度變小。對比b、c可以得到,淀粉經過交聯酯化后X衍射圖譜幾乎沒有變化,說明交聯酯化作用對淀粉的結晶類型沒有影響。
圖6 不同樣品的X-衍射曲線
2.7 SEM分析
圖7為不同樣品在放大倍數為500和2 000倍數下的掃描電鏡圖。圖中a1、a2是木薯原淀粉的電鏡圖,可以看出木薯原淀粉的顆粒大多呈圓形或者橢圓形,其棱角分明,大小不一,表面比較光滑,邊緣清晰,有很少部分的裂縫,沒有被破壞的現象,說明原淀粉表面完整。圖中b1、b2是球磨轉速為100 r/min的ADSP,與木薯原淀粉相比,顆粒表面較粗糙,有一定粘連,顆粒形貌變化明顯。說明機械活化使淀粉分子的結晶結構破壞,化學試劑與淀粉的混合更加均勻,也更容易進入到淀粉分子的內部發生交聯酯化反應。
圖7 不同樣品的掃描電鏡圖(1:×500;2:×2 000)
2.8 FTIR分析
如圖8所示,a表示原淀粉,b表示球磨100 r/min的ADSP。3 417 cm-1處為淀粉中游離-OH的伸縮振動特征峰;2 926 cm-1處為-CH2的伸縮振動吸收峰;1 001、1 089、1 174 cm-1分別是伯醇、仲醇、叔醇的C-O鍵的伸縮振動吸收峰。由圖8可以看出,ADSP相對于原淀粉,由原淀粉在1 638 cm-1的特征峰分裂為雙峰1 560 cm-1和1 653 cm-1,其中1 653 cm-1處的伸縮振動吸收峰為C=O的特征峰,在淀粉分子上引入了乙?；?其結構發生了變化,證明發生了酯化反應[13]。但是P-O-C鍵的伸縮振動特征峰在1 010 cm-1處,與淀粉分子的伯醇C-O鍵不容易區分開來,不能確定淀粉分子是否已經與三偏磷酸鈉發生交聯反應,這可能是因為交聯程度較低,所以觀察不到新的交聯特征峰[20-21]。
圖8 不同樣品的FTIR圖
2.9 機械活化乙?；矸哿姿狨︳~丸品質的影響
全質構分析又稱二次咀嚼實驗,是采用質構儀模擬人口腔咀嚼食物的運動,連續兩次壓縮樣品,記錄應力和時間對應關系,并計算得出硬度、咀嚼性、彈性、膠黏性、內聚性等性能指標。傳統生產魚丸多采用形成凝膠能力較強的魚,如烏賊、海鰻和鯊魚等,價格較高,導致魚丸制作成本高,經濟利益得不到最大化[22]。因此研究變性淀粉添加在魚丸加工中的質構特性具有重要意義。表1為原淀粉和交聯酯化淀粉對魚丸質構的影響,a為添加了原淀粉的魚丸,b為機械活化ADSP制備的魚丸。由表1可知,ADSP制備的魚丸硬度、咀嚼性、彈性和膠黏性降低,內聚性有提高,這表明ADSP可改善魚丸的硬度和咀嚼性,對人的口感有提高;內聚性的提高有助于魚丸產品的抗壓縮能力,對產品的保存和貯運是有益的。
表1 添加不同淀粉樣對魚丸質構的影響
3 結論
(1)以木薯淀粉為原料,乙酸酐為乙?；噭?三偏磷酸鈉為交聯劑,采用機械活化固相法制備乙?；矸哿姿狨?以產品冷糊黏度為評價指標,分別研究機械活化時間、乙酸酐用量、交聯劑用量、機械活化溫度和球磨轉速對產品黏度的影響,得出較優的制備工藝條件為:木薯原淀粉30 g,機械活化時間60 min,乙酸酐用量5%,三偏磷酸鈉用量2%,機械活化溫度40℃,球磨轉速100 r/min,產品冷糊黏度為27 000 mPa·s。
(2)采用XRD、SEM、FTIR等對產品的結構進行表征。XRD分析結果表明,交聯酯化作用不會改變淀粉的晶型結構,機械活化作用可破壞淀粉結晶結構;SEM分析表明,機械活化破壞淀粉的顆粒形貌,交聯酯化也會改變淀粉顆粒表面的形貌;FTIR表明,淀粉成功發生了酯化反應,但由于交聯程度較低,不能確定交聯鍵的伸縮振動吸收峰。
(3)對制備的ADSP進行魚丸應用試驗,全質構分析結果表明,ADSP可改善魚丸的硬度和咀嚼性,并提高魚丸的內聚性,這有助于改善魚丸的口感品質和抗壓縮能力。
猜你喜歡
磷酸鈉三級中紅外光譜研究石家莊學院學報(2021年3期)2021-05-23 小魚丸閱讀(低年級)(2021年11期)2021-03-08 魚丸海峽姐妹(2020年7期)2020-08-13 基于ASPEN 模擬的TBPOH 硝化反應條件優化云南化工(2019年9期)2019-11-11 小魚丸閱讀(低年級)(2019年6期)2019-08-27 乙?；ǔ販y定醇酸樹脂中羥基的含量山東工業技術(2018年11期)2018-06-27 做魚丸創新作文(小學版)(2017年33期)2017-04-04 五氧化二氮/硝酸/乙酸酐體系的拉曼光譜含能材料(2016年10期)2016-05-09 金匱腎氣丸聯合阿倫磷酸鈉治療骨質疏松癥45例中國中醫藥現代遠程教育(2014年14期)2014-03-01 用檸檬酸和六偏磷酸鈉降低金川銅鎳精礦鎂含量金屬礦山(2013年5期)2013-03-11
陳江楓,藍煥師,梁露鋒,覃宇奔,胡華宇,甘 濤,張燕娟,黃祖強
(1.非糧生物質酶解國家重點實驗室//廣西農墾明陽生化有限公司//廣西農墾明陽淀粉發展有限公司,廣西 南寧 530226;2.廣西大學化學化工學院,廣西 南寧 530004)
乙?；矸哿姿狨?ADSP)是淀粉經乙?；土姿猁}反應得到的一種酯化交聯變性淀粉[1]。與原淀粉相比,其分子鏈結構、熱穩定性、流動性和耐酸性等都得到增強[2-3],應用于肉類食品中,可提高加熱糊化的網絡結構,使淀粉和肉蛋白間結合力增強,水分和膠質更緊密結合,結構更穩定,因而提高了肉制品的保水性[4-5]。
目前ADSP生產工藝成熟,但主要采用濕法工藝制備[6-7],存在污水量大、不易回收、成本高等缺點。機械活化固相反應是指在固相條件下,固體顆粒因機械力而受到剪切、摩擦、碰撞、沖擊等作用,能更好地混合、滲透、活化反應物,并在短時間內產生高激發態活性組分,從而提高化學反應速率,縮短反應時間,提高生產效率[8-9]。課題組前期研究結果表明,機械活化能有效破壞淀粉長鏈結構,降低黏度[10-11],因而采用機械活化法制備的ADSP有可能與傳統液相法產品性能存在極大差異,這為其在新領域的開發應用提供思路。陳淵等[12-13]研究采用機械活化淀粉制備乙?；p淀粉酯,但其是先機械活化淀粉再進行交聯酯化反應,淀粉受機械力作用分子量顯著降低,因此所得到的淀粉酯產品冷糊黏度較低。
本課題以木薯淀粉為原料,乙酸酐為乙?；噭?三偏磷酸鈉為交聯劑,采用機械活化固相一步反應法制備ADSP。以產品冷糊黏度為評價指標,分別研究機械活化時間、乙酸酐用量、交聯劑用量、機械活化溫度和球磨轉速對產品黏度的影響,得出較優的制備工藝條件。并采用XRD、SEM、FTIR等對產品結構進行表征。
1 材料與方法
1.1 主要原料及試劑
木薯淀粉,食用級,廣西農墾明陽淀粉發展有限公司;乙酸酐,分析純,成都市科龍化工試劑廠;三偏磷酸鈉,分析純,美國SIGMA-ALDRICH公司;無水乙醇,分析純,廣東汕頭西隴化工股份有限公司。
1.2 主要儀器設備
DF-101B型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器,鞏義市英裕予華儀器廠;NDJ-5S型旋轉式黏度計,長沙思辰儀器科技有限公司;Agilent8453E紫外-可見分光光度計,安捷倫科技公司;UitimaIV組合型X-射線衍射儀,日本理學公司;S-570型掃描電子顯微鏡,日本日立公司;Nicolet IS 10型傅立葉變換紅外光譜儀,日本島津公司;TMS-Pro質構儀,美國FTC公司;自制球磨機,參見文獻[14]。
1.3 試驗方法
1.3.1乙?；矸哿姿狨サ闹苽?/p>
準確稱取30 g木薯淀粉(干基),乙酸酐為酯化劑,三偏磷酸鈉為交聯劑,一起放入球磨罐中,在一定轉速、溫度下反應一定時間,產品經分離、洗滌、干燥、粉碎后進行分析。
1.3.2冷糊黏度測定
在150 mL燒杯中加入準確稱量的定量淀粉樣品,加蒸餾水配成質量分數為6%的淀粉乳,并在燒杯口蓋上保鮮膜以防溶劑蒸發,隨后將燒杯放在恒溫水浴中,沸水浴持續糊化20 min,并補水保持原有體積,冷卻至30℃恒溫,采用NDJ-5S型旋轉式黏度計,4#轉子,控制轉速12 r/min,測定其黏度。平行測定3次,取平均值[15]。
1.4 表征分析
采用X-射線衍射儀對不同淀粉樣品的結晶結構進行表征,掃描條件為:射線Cukα輻射,Ni片濾波,40 kV電壓,30 mA電流,在5°≤2θ≤40°之間連續掃描。采用掃描電子顯微鏡在放大倍數500、2 000下觀察并拍照,分析樣品的表面結構。利用紅外光譜儀分析樣品的分子基團,分辨率4 cm-1,掃描范圍:400～4 000 cm-1[16-17]。
1.5 乙?；矸哿姿狨︳~丸品質的影響
將冷凍魚糜解凍,加入占魚糜質量20%的ADSP,再添加適量糖、味精、水,一起擂潰攪拌;攪拌后的魚漿灌入模具中成型,經加熱處理后冷卻冷藏,得到魚丸。將魚丸切成25 mm×25 mm的圓柱體,在室溫下采用FTC TMS-Pro質構儀進行全質構分析,測試前校正高度35 mm,形變25%,觸發力0.2 N,穿刺距離12 mm,測試速度60 mm/s,平行測定三次。
1.6 數據處理
測定和分析結果采用Excel和Origin9.0軟件進行數據處理和圖形繪制,所有結果采用“平均值±標準偏差”表示。
2 結果與討論
2.1 機械活化時間對產品冷糊黏度的影響
固定淀粉用量30 g,球磨轉速100 r/min,機械活化溫度30℃,三偏磷酸鈉用量為2%,乙酸酐用量為5%,考察機械活化時間對產品冷糊黏度的影響,結果如圖1所示。在30～90 min機械活化時間范圍內,ADSP的冷糊黏度先增后降,機械活化時間為60 min時最高。這是因為淀粉與交聯劑和乙酸酐進行交聯酯化反應的同時,還存在著交聯酯化淀粉的水解等副反應。反應開始階段,機械活化激發強化了淀粉及反應試劑的活性,交聯酯化占主導地位,此時冷糊黏度上升;但隨著球磨時間的延長,機械力作用更多是破壞淀粉的長鏈結構,同時酯化反應的進行使體系含水量增大,副反應增強,產品易結塊,淀粉冷糊黏度下降。由實驗結果得出,機械活化時間為60 min時對交聯酯化反應較適宜。
圖1 機械活化時間對產品冷糊黏度的影響
2.2 酯化劑用量對產品冷糊黏度的影響
固定淀粉用量30 g,球磨轉速為100 r/min,機械活化溫度30℃,三偏磷酸鈉用量2%,機械活化時間60 min,考察乙酸酐用量對產品冷糊黏度的影響,結果如圖2所示。由圖2可知,酯化淀粉的冷糊黏度隨乙酸酐用量的增加呈現先增大后下降的趨勢,當乙酸酐用量為5%時,淀粉冷糊黏度最大。這是因為隨著乙?；吭龆?一方面減弱了淀粉分子間的氫鍵作用,另一方面淀粉鏈上接的極性?；鶊F增多,增大了鏈枝杈數,再加上交聯作用淀粉分子增大,提高了淀粉的稠度,淀粉的冷糊黏度增加。但因乙酸酐是酸性液體,用量過多會增大體系的濕度,導致球磨時易發生結塊現象,不利反應進行,而且淀粉體系pH值下降,淀粉發生水解,從而使淀粉的冷糊黏度急劇下降。因此,乙酸酐用量為5%比較合適。
圖2 乙酸酐用量對產品冷糊黏度的影響
2.3 交聯劑用量對產品冷糊黏度的影響
固定淀粉用量30 g,球磨轉速100 r/min,機械活化溫度30℃,乙酸酐用量5%,機械活化時間60 min,考察三偏磷酸鈉用量對產品冷糊黏度的影響,結果如圖3所示。由圖3可知,當三偏磷酸鈉用量在一定范圍內增大時,酯化淀粉的冷糊黏度先緩慢增大后明顯下降,在三偏磷酸鈉用量為2%時達到最大。這是因為適度的三偏磷酸鈉在淀粉進行交聯反應時,能夠抑制淀粉顆粒的膨脹和黏度降低,從而保持淀粉一定的冷糊黏度。但三偏磷酸鈉用量過多時,淀粉過度交聯,會抑制淀粉顆粒的膨脹,淀粉無法完全糊化,導致淀粉的冷糊黏度下降[18]。因此,三偏磷酸鈉的用量2%時最佳。
2.4 機械活化溫度對產品冷糊黏度的影響
固定淀粉用量30 g,球磨轉速100 r/min,三偏磷酸鈉用量2%,機械活化時間60 min,乙酸酐用量5%,考察機械活化溫度對產品冷糊黏度的影響,結果如圖4所示。由圖4可知,隨著機械活化溫度的升高,酯化淀粉的冷糊黏度呈現先增加后下降趨勢。這是因為升高溫度可以提高親核取代反應的速率,有利于交聯酯化反應,使得淀粉的冷糊黏度升高。但溫度過高,副反應速率加快,水解反應速率大于交聯酯化反應速率;而且溫度高時乙酸酐更容易揮發分解,造成參與反應的乙酸酐減少,不利于反應的進行,導致淀粉的冷糊黏度下降。因此機械活化溫度以40℃為宜。
圖4 機械活化溫度對產品冷糊黏度的影響
2.5 球磨轉速對產品冷糊黏度的影響
固定淀粉用量30 g,三偏磷酸鈉用量2%,機械活化時間60 min,乙酸酐用量5%,機械活化溫度40℃,考察機械球磨轉速對產品冷糊黏度的影響,結果如圖5所示。由圖5可知,隨著機械球磨轉速的增大,淀粉酯化的冷糊黏度逐漸減小。這是因為球磨轉速的提高,淀粉受到的沖擊、剪切作用加強,鏈分子變短,即使發生酯化反應得到的產品也是短鏈分子居多,因此冷糊黏度下降明顯。由圖可看出,球磨轉速在100 r/min之前,酯化淀粉的冷糊黏度下降相對較慢,當球磨轉速大于100 r/min后,黏度下降迅速,因此可以根據食品加工的實際情況選擇不同球磨轉速的交聯淀粉酯。一般情況下,取球磨轉速在100 r/min時較為適宜。
圖5 球磨轉速對產品冷糊黏度的影響
2.6 XRD分析
淀粉的X-射線衍射圖譜分為A、B、C三種類型,各有其明顯特征峰,A型對應的衍射圖譜在2θ為15°、17°、18°和23°處有較強衍射峰,B型是在2θ為5.6°、17°、22°和24°處有強的衍射峰,C型是A型和B型的混合[19]。在X-射線衍射圖譜中,明顯的尖峰代表淀粉的結晶結構,彌散衍射峰代表淀粉的無定形結構,尖峰衍射越高,半峰寬越小,說明淀粉結晶度越高。圖6中,a表示原淀粉,b為100 r/min活化處理的原淀粉,c表示球磨100 r/min的ADSP。由圖6可以看出,木薯原淀粉在15°、17°、18°和23°處都有明顯的衍射峰出現,屬于明顯的A型結晶結構。對比原淀粉和機械活化淀粉,可以看到a與b形狀相似,但機械活化淀粉的尖峰變緩和,說明低轉速的機械球磨不會改變淀粉的結晶類型,但是低轉速機械活化使得淀粉的晶粒變小,結晶度變小。對比b、c可以得到,淀粉經過交聯酯化后X衍射圖譜幾乎沒有變化,說明交聯酯化作用對淀粉的結晶類型沒有影響。
圖6 不同樣品的X-衍射曲線
2.7 SEM分析
圖7為不同樣品在放大倍數為500和2 000倍數下的掃描電鏡圖。圖中a1、a2是木薯原淀粉的電鏡圖,可以看出木薯原淀粉的顆粒大多呈圓形或者橢圓形,其棱角分明,大小不一,表面比較光滑,邊緣清晰,有很少部分的裂縫,沒有被破壞的現象,說明原淀粉表面完整。圖中b1、b2是球磨轉速為100 r/min的ADSP,與木薯原淀粉相比,顆粒表面較粗糙,有一定粘連,顆粒形貌變化明顯。說明機械活化使淀粉分子的結晶結構破壞,化學試劑與淀粉的混合更加均勻,也更容易進入到淀粉分子的內部發生交聯酯化反應。
圖7 不同樣品的掃描電鏡圖(1:×500;2:×2 000)
2.8 FTIR分析
如圖8所示,a表示原淀粉,b表示球磨100 r/min的ADSP。3 417 cm-1處為淀粉中游離-OH的伸縮振動特征峰;2 926 cm-1處為-CH2的伸縮振動吸收峰;1 001、1 089、1 174 cm-1分別是伯醇、仲醇、叔醇的C-O鍵的伸縮振動吸收峰。由圖8可以看出,ADSP相對于原淀粉,由原淀粉在1 638 cm-1的特征峰分裂為雙峰1 560 cm-1和1 653 cm-1,其中1 653 cm-1處的伸縮振動吸收峰為C=O的特征峰,在淀粉分子上引入了乙?；?其結構發生了變化,證明發生了酯化反應[13]。但是P-O-C鍵的伸縮振動特征峰在1 010 cm-1處,與淀粉分子的伯醇C-O鍵不容易區分開來,不能確定淀粉分子是否已經與三偏磷酸鈉發生交聯反應,這可能是因為交聯程度較低,所以觀察不到新的交聯特征峰[20-21]。
圖8 不同樣品的FTIR圖
2.9 機械活化乙?；矸哿姿狨︳~丸品質的影響
全質構分析又稱二次咀嚼實驗,是采用質構儀模擬人口腔咀嚼食物的運動,連續兩次壓縮樣品,記錄應力和時間對應關系,并計算得出硬度、咀嚼性、彈性、膠黏性、內聚性等性能指標。傳統生產魚丸多采用形成凝膠能力較強的魚,如烏賊、海鰻和鯊魚等,價格較高,導致魚丸制作成本高,經濟利益得不到最大化[22]。因此研究變性淀粉添加在魚丸加工中的質構特性具有重要意義。表1為原淀粉和交聯酯化淀粉對魚丸質構的影響,a為添加了原淀粉的魚丸,b為機械活化ADSP制備的魚丸。由表1可知,ADSP制備的魚丸硬度、咀嚼性、彈性和膠黏性降低,內聚性有提高,這表明ADSP可改善魚丸的硬度和咀嚼性,對人的口感有提高;內聚性的提高有助于魚丸產品的抗壓縮能力,對產品的保存和貯運是有益的。
表1 添加不同淀粉樣對魚丸質構的影響
3 結論
(1)以木薯淀粉為原料,乙酸酐為乙?；噭?三偏磷酸鈉為交聯劑,采用機械活化固相法制備乙?；矸哿姿狨?以產品冷糊黏度為評價指標,分別研究機械活化時間、乙酸酐用量、交聯劑用量、機械活化溫度和球磨轉速對產品黏度的影響,得出較優的制備工藝條件為:木薯原淀粉30 g,機械活化時間60 min,乙酸酐用量5%,三偏磷酸鈉用量2%,機械活化溫度40℃,球磨轉速100 r/min,產品冷糊黏度為27 000 mPa·s。
(2)采用XRD、SEM、FTIR等對產品的結構進行表征。XRD分析結果表明,交聯酯化作用不會改變淀粉的晶型結構,機械活化作用可破壞淀粉結晶結構;SEM分析表明,機械活化破壞淀粉的顆粒形貌,交聯酯化也會改變淀粉顆粒表面的形貌;FTIR表明,淀粉成功發生了酯化反應,但由于交聯程度較低,不能確定交聯鍵的伸縮振動吸收峰。
(3)對制備的ADSP進行魚丸應用試驗,全質構分析結果表明,ADSP可改善魚丸的硬度和咀嚼性,并提高魚丸的內聚性,這有助于改善魚丸的口感品質和抗壓縮能力。
猜你喜歡
石家莊學院學報(2021年3期)2021-05-23
閱讀(低年級)(2021年11期)2021-03-08
海峽姐妹(2020年7期)2020-08-13
云南化工(2019年9期)2019-11-11
閱讀(低年級)(2019年6期)2019-08-27
山東工業技術(2018年11期)2018-06-27
創新作文(小學版)(2017年33期)2017-04-04
含能材料(2016年10期)2016-05-09
中國中醫藥現代遠程教育(2014年14期)2014-03-01
金屬礦山(2013年5期)2013-03-11
