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几种淀粉的特性黏度与黏度特性的关系研究食品科学与工程0601刘艳英指导教师刘勤生内容摘要本实验主要研究玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉的特性黏度与黏度特性的关系,另外采用γ射线对淀粉进行不同辐照剂量处理,得到性能不同的变性淀粉,以扩大其应用领域实验结果表明同一种淀粉,辐照淀粉的特性黏度相比原淀粉降低了;不同来源淀粉,特性黏度值的大小关系为,红薯淀粉马铃薯淀粉玉米淀粉不同来源淀粉糊的黏度曲线及黏度特性有差异,马铃薯淀粉糊化温度最低,黏度上升快,峰值黏度最大;玉米淀粉的热稳定性明显高于马铃薯淀粉和红薯淀粉;马铃薯淀粉的老化性与红薯淀粉的相近,但比玉米淀粉的弱;三种淀粉均表现出优良的冷稳定性马铃薯辐照淀粉与原淀粉相比,峰值黏度降低,冷稳定性减弱;老化性的强弱,没有出现规律性变化;10KGy辐射剂量的马铃薯淀粉与酸变性马铃薯淀粉的各种黏度特性都十分接近三种淀粉糊均属于非牛顿型假塑性流体,具有剪切稀化现象关键词淀粉;辐照;特性黏度;淀粉糊化;黏度特性1导言
1.1课题研究的目的与意义淀粉是绿色植物进行光合作用的最终产物是由生物合成的最丰富的可再生资源,是取之不尽、用之不竭的廉价有机原料它的可再生性是现代人注目的焦点,同时也成为现代有机化工和高分子化工的主要原料之一淀粉及淀粉化学品与不可再生资源石油和煤相比,已再次由于环境保护及资源的可持续利用与发展的战略,使人们的目光转向可再生资源,对它的开发和利用,已引起许多国家的重视淀粉及淀粉化学品具备毒性低、易生物降解、同环境适应性好等特点同时随着人们生活水平的提高,对化工产品在品种和质量上提出了更高的要求,向着低毒、天然产品方向发展由此,目前淀粉及淀粉化学品已广泛用于造纸丁业、日用化工、纺织工业、石油工业、食品、建材、印染、皮革、水处理、水土保持等国民经济的众多领域淀粉化学品在发达国家已发展成完整的工业体系我国淀粉深加工也开始起步,研究开发工作近年来呈迅速发展之势,已逐步形成一类独特的具有行业和技术特点的体系本课题主要研究玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉的特性黏度与黏度特性的关系,另外通过辐照得到性能不同的变性淀粉,一方面为开展辐照淀粉的研究提供数据支持,另一方面拓宽对淀粉资源的综合开发与利用,使其具有更重要的意义
1.2课题研究的背景
1.
2.1淀粉的一般分布淀粉在自然界中分布很广,是高等植物中常见的组分,也是碳水化合物贮藏的主要形式在大多数高等植物的所有器官中都含有淀粉,这些器官包括叶、茎(或木质组织)、根(或块茎)、球茎(根、种子)、果实和花粉等除高等植物外,在某些原生动物、藻类以及细菌中也都可以找到淀粉粒植物绿叶利用日光的能量,将二氧化碳和水变成淀粉,绿叶在白天所生成的淀粉以颗粒形式存在于叶绿素的微粒中,夜间光合作用停止,生成的淀粉受植物中糖化酶的作用变成单糖渗透到植物的其他部分,作为植物生长用的养料,而多余的糖则变成淀粉贮存起来,当植物成熟后,多余的淀粉存在于植物的种子、果实、块根、细胞的白色体中,随植物的种类而异,这些淀粉叫作贮藏性多糖
1.
2.2淀粉的分类淀粉的品种很多,一般按来源分为如下几类
[1]1禾谷类淀粉这类原料主要包括玉米、米、大麦、小麦、燕麦、荞麦、高粱和黑麦等淀粉主要存在于种子的胚乳细胞中,另外糊粉层、细胞尖端即伸入胚乳淀粉细胞之间的部分也含有极少量的淀粉,其他部分一般不含淀粉,但有例外,玉米胚中含有大约25%的淀粉,籽粒中淀粉含量60-70%,大约占碳水化合物总量的90%左右淀粉工业主要以玉米为主针对玉米的特殊用途,人们开发了特用型玉米新品种,如高含油玉米、高含淀粉玉米、蜡质玉米等,以适应工业发展的需要2薯类淀粉薯类是适应性很强的高产作物,在我国以甘著、马铃薯和木薯等为主主要来自于植物的块根如甘薯、木薯、葛根等、块茎如马铃薯、山药等薯类中淀粉含量一般为10-30%淀粉工业主要以木薯、马铃薯为主3豆类淀粉这类原料主要有蚕豆、绿豆、豌豆和赤豆等,淀粉主要集中在种子的子叶中豆类中淀粉含量也很高,大约为30-50%,这类淀粉直链淀粉含量高,一般用于制作粉丝的原料4其他淀粉植物的果实如香蕉、芭蕉、白果等、基髓如西米、豆苗、菠萝等等中也含有淀粉另外,一些细菌、藻类中亦有淀粉或糖元如动物肝脏,一些细菌的贮藏性多糖与动物肝脏中发现的糖元相似
1.
2.3淀粉的结构淀粉是高分子碳水化合物,呈白色粉末状,在显微镜下观察,是一些形状和大小都不同的透明小颗粒,其基本结构为D-葡萄糖,葡萄糖脱去水分子后经由糖苷键连结在一起所形成的共价聚合物就是淀粉分子淀粉是由α-D-葡萄糖组成的多糖高分子化合物,游离葡萄糖分子式为C6H10O5,因此,淀粉分子式可写成C6H10O5n组成淀粉的主要有两种类型的分子,呈直链和分支两种结构,分别称为直链淀粉和支链淀粉不同来源和种类的淀粉中,两种分子的含量和比例不同
[1],表1-1给出了部分原淀粉的支链淀粉含量,这也是不同淀粉之间性质存在差异的原因之一表1-1部分原淀粉的支链淀粉含量淀粉来源支链淀粉含量%淀粉来源支链淀粉含量%玉米73糯米100黏玉米100小麦73高粱73马铃薯80蜡质高粱100木薯83稻米81甘薯82资料来源赵凯.淀粉非化学改性技术[M].北京化学工业出版社,200813直链淀粉是一种线性多聚物,以脱水葡萄糖单元间经α-14糖苷键连接而成的链状分子,见图1-1支链淀粉属高分支化型态分子,分支点α-1,6糖苷键约占5%—6%连接,主链及分子链皆为α-1,4糖苷键
[2],见图l-2支链淀粉分子中的侧链分布并不均匀,有的很近,只相隔1个到几个葡萄糖单位,有的较远,相隔40个葡萄糖单位以上图1-1直链淀粉的分子结构资料来源:刘亚伟.玉米淀粉生产及转化技术[M].北京化学工业出版社,2003:155图1-2支链淀粉的分子结构资料来源刘亚伟.玉米淀粉生产及转化技术[M].北京化学工业出版社,2003:157直链淀粉和支链淀粉在若干性质方面存在着很大差别直链淀粉与碘液能形成螺旋络合物结构,呈现蓝色,常用碘液检定淀粉,便是利用这种性质;支链淀粉与碘液呈现红紫色直链淀粉与碘呈现颜色与其分子链长度有关直链淀粉在高温下形成极不稳定的溶液,冷却时形成沉淀或凝结成不可逆的凝胶体支链淀粉在水中形成的溶液,黏度高,稳定性大,经久不发生凝沉,也不凝结成凝胶体因此,含直链成分多的淀粉凝胶力强,黏度较低;含支链成分多的淀粉凝胶力弱,黏度较高
1.
2.4淀粉的糊化糊化的本质是水分子进入淀粉粒中,结晶相和无定形相的淀粉分子之间的氢键断裂,破坏了淀粉分子间的缔合状态,分散在水中成为亲水性的胶体溶液糊化分为三个阶段第一,可逆吸水阶段,淀粉颗粒产生有限膨胀;第二,不可逆吸水阶段,温度加热到糊化温度,淀粉粒不可逆的迅速吸收大量水分,颗粒突然膨胀,此时,外界热使氢键断裂破坏了分子间的缔合状态,双螺旋伸直形成分离状态,破坏支链淀粉的晶体结构比较小的直链淀粉从颗粒中渗出,黏度大为增加,淀粉乳变为粘稠的糊状液体,透明度增加第三,高温阶段,淀粉糊化后,继续加热,微晶束相应解体,变成碎片,最后只剩下最外面的一个环层,即不成形的空囊,淀粉糊的黏度继续增加
[3]不同的淀粉,糊化温度不同,见表1-2淀粉糊化这个性质,使淀粉容易在加热过程中糊锅,使其在糖果制造中受到了一定的限制表1-2部分淀粉的糊化温度淀粉糊化开始温度℃糊化中点温度℃糊化完成温度℃玉米626772马铃薯586368小麦586164木薯596469高粱687478大米687478甘薯586572资料来源刘亚伟.玉米淀粉生产及转化技术[M].北京化学工业出版社,2003:
1631.3变性淀粉的概述
1.
3.1变性淀粉的定义及作用变性淀粉是指在淀粉具有的固有特性基础上,为改善其性能和扩大应用范围,而利用物理方法、化学方法和酶法改变淀粉的天然性质,增加其性能或引进新的特性而制备的淀粉衍生物
[4]变性淀粉具有更优良性质,对一些旧的应用,效果更好例如,次氯酸钠氧化淀粉的颜色洁白,糊化容易,黏度低而稳定,胶粘力强,凝沉性弱,成膜性好,膜强度、透明度和水溶性都高,更适于造纸和纺织工业版用,效果优于原淀粉阳离子淀粉具有阳性电荷,能更好地被带阴电荷的纤维吸着,在造纸和纺织工业应用.效果优过原淀粉若干变性淀粉具有新的优良性质,开辟了新用途例如,羟乙基淀粉代替血浆;高度交联淀粉用作橡胶制品润滑剂代替滑石粉淀粉接枝共聚物具有天然和人工合成二类高分子性质,为新型材料,开辟了新的用途淀粉与丙烯腈接枝共聚物为强吸水剂,在工农业中用途广泛以上绝大部分新应用是天然淀粉所不能满足或不能同时满足的,因此要变性变性主要是改变糊化和蒸煮特性,主要是改变如下性质1糊化温度解聚使糊化温度(GT)下降;非解聚中GT有升高也有下降,一般在淀粉结构中引进亲水团如—OH、—COOH、—CH2COOH,可增加淀粉水分子与水的作用,使GT增加高直链淀粉结合紧密,晶格能高,较难糊化2淀粉糊的热稳定性一般谷类的热稳定性大于薯类;通过接枝或衍生某些基团,从而改变基团大小或架桥,可使淀粉的热稳定性增加3淀粉糊的冷稳定性淀粉结构中接些亲水化学基团,造成空间障碍,分子不易重排另外亲水基团的引入使亲水作用增强,强化了与水的结合力,使淀粉脱水作用下降4抗酸的稳定性尽可能使淀粉改变结构成为网状结构,使淀粉能耐pH值3-
3.5的酸性5抗剪切力一般抗酸的淀粉也抗剪切力6复合改性具有多功能性
1.
3.2变性淀粉的分类目前,变性淀粉的品种、规格达两千多种,变性淀粉的分类一般是根据处理方式来划分的1物理变性预糊化淀粉、γ射线、超高频辐射处理淀粉、机械研磨处理淀粉、湿热处理淀粉等2化学变性用各种化学试剂处理得到的变性淀粉其中有两大类;一类是使淀粉分子量下降,如酸解淀粉、氧化淀粉、焙烤糊精等;另一类是使淀粉分子量增加,如交联淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、接枝淀粉等3酶法变性生物改性各种酶处理淀粉如α、β、γ—环状糊精、麦芽糊精、直链淀粉等4复合变性采用两种以上处理方法得到的变性淀粉如氧化交联淀粉、交联酯化淀粉等采用复合变性得到的变性淀粉具有两种变性淀粉的各自优点
[5]
1.
3.3辐照变性淀粉
1.
3.
3.1辐照对淀粉改性的原理辐照技术采用的辐射线为X射线、γ射线、高速电子束射线其中以60Co-γ射线最为常见辐射时能量以电磁波的形式透过物体,物质中的分子吸收辐射能时,会激活成离子或自由基,引起化学键的破裂,使物质的结构发生改变辐照对淀粉的作用主要以两种方式进行一是通过射线的辐射直接作用于淀粉分子;二是通过射线电离引发淀粉分子产生自由基,间接地对淀粉分子产生作用作用的结果使淀粉分子的结构遭到破坏,物理性质和化学性质发生改变
1.
3.
3.2辐照对淀粉性质的影响⑴使淀粉降解淀粉在辐照的过程中,总是使分子量降低、链长减小引起各种理化性质的改变直链淀粉20KGy辐射后平均聚合度从1700降到了350,直链淀粉的平均长度不大于15个葡萄糖单位;用30KGy辐射后,马铃薯淀粉的平均聚合度为43⑵对糊性质的影响玉米淀粉在辐射剂量为1000KGy照射后,其膨润力消失,能完全溶于冷水中小麦淀粉在3KGy低剂量辐射后,淀粉糊的峰值黏度降低、淀粉粒的破损值增加,其淀粉中直链淀粉和支链淀粉的特性黏度降低大米淀粉在
12.5KGy辐射后,黏度明显下降⑶对淀粉对酶敏感度的影响经2KGy辐射后的小麦淀粉中直链淀粉和支链淀粉在α-淀粉酶和β-淀粉酶的作用下,显示出对酶的敏感性增强,麦芽糖含量分别增加了35%和20%,直链淀粉的酶降解限度下降,支链淀粉有所增加
[1]
1.
3.4酸变性淀粉
1.
3.
4.1生产工艺及反应条件通常制备酸变性淀粉的工艺流程如图1-3所示图1-3酸变性淀粉生产工艺流程图资料来源张燕萍.变性淀粉制造与应用[M].北京化学工业出版社,2001:801淀粉乳的浓度一般为36%-40%2酸的种类及用量酸是作为催化剂而不参与反应不同的酸催化作用不同,盐酸最强,其次为硫酸和硝酸酸的催化作用与酸的用量有关,酸用量大,则反应激烈淀粉的杂质(如蛋白质、脂肪、灰分、磷酸盐等)能与酸作用,因而会影响酸的有效浓度及酸的催化作用3温度反应温度是影响酸变性淀粉性能的主要因素,当温度在40-55℃时,黏度变化趋于稳定,温度升至70℃时已经糊化,因此反应温度一般选在40-55℃范围4反应时间反应时间与加酸量及反应温度有关要制得质量稳定的酸变性淀粉,必须控制淀粉浓度,酸的种类及酸浓度一致,并在相同的温度下进行反应5添加剂加入少量水溶性六价铬盐于酸性淀粉乳中能促进反应速度,降低水溶物的生成量,有利于生产高流度产品
[3]
1.
3.
4.2酸变性淀粉的特点及应用酸变性淀粉具有黏度降低、黏合力强、水溶性增强、糊液的透明性和热糊稳定性提高、形成薄膜性能好的特点这类淀粉主要用于糖果生产,主要用于胶冻软糖和胶姆糖
1.4国内外相关研究S.V.GomandL.LambertsR.G.F.VisserJ.A.Delcour等人发表的《Physicochemicalpropertiesofpotatoandcassavastarchesandtheirmutantsinrelationtotheirstructuralproperties》一文研究表明,马铃薯淀粉在温度比其他植物来源的淀粉低的阶段,就快速、自由的溶胀这是因为,马铃薯淀粉颗粒内部结构较弱
[6]国内等人发表的《几种淀粉的糊化特性及力学稳定性》一文研究表明,不同来源淀粉的黏度曲线及其力学稳定性有差异以小麦淀粉的糊化温度最低;马铃薯淀粉糊的黏度和温度稳定性最大;淀粉糊化的力学稳定性与其颗粒强度有关,较大颗粒强度的淀粉的力学稳定性较好
[7]2实验材料与方法
2.1实验原辅材料精制玉米淀粉天津中英保健食品有限公司精制马铃薯淀粉天津中英保健食品有限公司精制红薯淀粉北京闽松经贸有限公司二甲基亚砜分析纯,天津市赢达稀贵化学试剂厂浓盐酸分析纯,质量分数36-38%,天津市赢达稀贵化学试剂厂无水碳酸钠分析纯,天津市永大化学试剂开发中心
2.2实验仪器设备NXS-11A型旋转黏度计成都仪器厂电热恒温水浴锅天津市中环实验电炉有限公司电热恒温鼓风干燥箱天津市中环实验电炉有限公司乌氏黏度计上海亚太技术玻璃公司SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵郑州长城科工贸有限公司LXJ-Ⅱ型离心沉淀机上海医用分析仪器厂分析天平上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂电子天平天津市天平仪器有限公司CE2015A微电脑电磁炉艾美特电器(深圳)有限公司
2.3实验样品的制备
2.
3.1辐照变性淀粉样品的制备分别称5份100g的玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉,然后用保鲜袋包装、密封,放在322Gy/h的γ射线辐照源下进行辐照,制得2KGy、4KGy、6KGy、8KGy、10KGy辐照剂量的变性淀粉
2.
3.2酸变性淀粉样品的制备11mol/L盐酸的配制用量筒量取
8.6ml的浓盐酸倒入容量瓶,然后将溶液加蒸馏水稀释至体积为100ml21mol/LNa2CO3的配制称
10.6g无水碳酸钠用蒸馏水溶解,转入100ml容量瓶中,定容,摇匀3分别称50g干基玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉,用蒸馏水配成40%淀粉乳,加热至38℃,加入50ml1mol/L盐酸,38℃水浴恒温振荡反应
3.5h用1mol/LNa2CO3中和至pH值为
6.0,用蒸馏水洗涤三次,1350r/min离心脱水20min,然后80℃烘干至水分低于12%
[8]
2.4实验方法
2.
4.1淀粉特性黏度的测定特性黏度主要是用来测量高聚物分子在溶液中内部的摩擦和对重组的抵抗力通常用于一系列同源单分子类型,它为相对分子的大小提供了很好的标准在基础淀粉研究中,特性黏度变得很有用,并且被广泛认为是分子大小的指标一般来说,高分子溶液的黏度η是随其浓度C的增加而增加的将溶剂的黏度设作η0,则溶液的增比黏度ηsp=η/η0-1为浓度的函数,而ηsp/C也会随溶液浓度C的变化而变化,在低浓度时它的变化基本上与浓度成比例由低浓度测得的ηsp/C值外推至C→0时求得的值叫特性黏度[η]
[9],即11操作准确称取
0.4g绝干的淀粉样品置于烧杯中,加人60ml二甲基亚砜DMSO溶解,转移至l00ml容量瓶中,用二甲基亚砜定容,摇匀过滤后放在25±1℃的恒温槽中恒温,备用将乌氏黏度计洗净后吹干,在C、B二管上分别套上乳胶管垂直放置于已恒温至25±1℃的恒温槽中,水面应超过缓冲球2cm用移液管吸取15ml试样溶液,由A管加人到黏度计中用止水夹夹紧C管上的乳胶管,将B管上的乳胶管连上吸球,慢慢将溶液吸至G球的一半,打开C管及B管,空气进入D球,毛细管内液体在D球处断开,G球内液面逐渐下降,当液面达到刻度a时,开动秒表,记录液面由a至b所需时间重复三次,每次相差不得超过
0.2s,取3次平均值为初始浓度C0的试样溶液的流出时间t1用移液管吸取5m1已恒温的二甲基亚砜,由A管加人黏度计紧闭C管上的乳胶管,用吸球从B管抽吸溶液至G球的一半,再将溶液推下去,使之与原来的15ml溶液混合均匀,并将溶液吸上压下3次以上,此时溶液的浓度为3/4C0,按上述步骤测得溶液的流经时间t2再分别逐次加入5ml、5ml、5ml二甲基亚砜,分别测得浓度为3/5Co、1/2Co、3/7Co的流经时间t
3、t
4、t5倒出溶液先用水洗净黏度计,干燥后用二甲基亚砜冲洗几次,加人15ml二甲基亚砜,按上述步骤测定溶剂流出时间t02计算ητ=t/t02式中ητ——相对黏度;t——试样溶液的流经时间,s;t0——溶剂二甲基亚砜的流经时间,s;再按下式计算试样溶液的增比黏度ηspηsp=t-t0/t0=ητ–13计算出t
0、t
1、t
2、t
3、t4和t5时的ητ和ηsp以C值(各点的实际浓度)为横坐标,分别以ηsp/C和lnητ/C为纵坐标作图通过两组点各作直线,外推至C=0,若图上的两条直线不能在纵轴上交于一点,则取两截距的平均值为特性黏度[η],单位ml/g
2.
4.2淀粉糊黏度曲线的测定布拉班德Brabender黏度计是一种与同心双层圆筒型旋转式黏度计相似的仪器,能连续跟踪淀粉糊化过程中黏度的变化其测试原理是,使仪器的外筒以一定速度75r/min旋转,在带动内筒的圆板上装有8根支杆,与此相对应,在外筒底部也装有8根支杆,使外筒在试样中旋转时产生的扭矩与弹簧的扭转相平衡,将弹簧偏转的角度记录在记录纸上温度是通过安装在温度计上的水银触点,以一定的速度往上升高,它与时间成正比,每隔1min升高
1.5℃另外,通过往冷却管中输送冷水可以一定速度进行冷却记录下的黏度—温度曲线称为布拉班德黏度曲线本实验采用NXS-11A型旋转黏度计(B系统的10档及剪切速率为
51.08s-1),是一种同心双层圆筒型旋转式黏度计,在电热恒温水浴槽中升温升温速率是
1.5℃/min,用循环冷水进行冷却,冷却速率也是
1.5℃/min1操作按规定的操作规程检查黏度计准确称取8g的淀粉样品,加入100ml蒸馏水,使淀粉乳的浓度为8%按干基计将配好的淀粉乳倒入黏度计的黏度杯中,按规定装好仪器玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉分别从75℃、60℃、65℃开始升温,升温速率是
1.5℃/min,待温度升到95℃后保温
0.5h,然后开始冷却,冷却速率是
1.5℃/min,待冷却至50℃,再保温
0.5h即可得到近似的Brabender黏度曲线
[10]从黏度曲线上可以获得如下参数
①峰值黏度,也称最大黏度,是糊化开始后出现的最高黏度,其与达到峰值的温度无关通常蒸煮过程需越过此峰值才能获得实用的淀粉糊
②峰值温度,淀粉糊的黏度处于峰值时的温度,即糊化终止的温度
③95℃时的黏度,升温到95℃时糊的黏度,反应淀粉蒸煮的难易程度
④95℃保温
0.5h后的黏度,表明在相当低的剪切速率下,在蒸煮期间糊的稳定性或不足之处
⑤50℃时的黏度,测定热糊在冷却过程中发生的回凝
⑥50℃保温
0.5h后的黏度,表示煮成的糊在模拟使用条件下的稳定性依据黏度曲线上读出的参数,可得知淀粉的一些性质峰值黏度与95℃保温
0.5h后的黏度的变化,表示淀粉糊黏度的热稳定性,变化越小则热稳定性越好;热糊冷却至50℃时的黏度与95℃保温
0.5h后的黏度的差值,用于反映淀粉糊的老化程度,也表示淀粉糊的凝胶性,变化大则凝胶性强,易于老化;热糊冷却至50℃黏度与50℃保温
0.5h后的黏度变化绝对值,表示淀粉糊的冷稳定性,变化越小则表示冷稳定性越好2淀粉糊性质的计算表示
①黏度热稳定性的计算表示黏度热稳定性=Maxη-η95′/Maxη4式中Maxη——峰值黏度;η95′——95℃保温
0.5h后淀粉糊的黏度
②老化性的计算老化性=η50-η95′/η505式中η50——热糊冷却至50℃时的黏度;η95′——95℃保温
0.5h后的黏度
③冷稳定性的计算冷稳定性=|η50-η50′|/η506η50——50℃淀粉糊的黏度;η50′——50℃保温
0.5h淀粉糊的黏度
2.
4.3淀粉糊流变性的测定当淀粉颗粒在水中被加热到超过一临界温度即糊化温度后,淀粉多糖、直链淀粉和支链淀粉被释放和被溶解这种粘性的糊可看作是糊化膨胀的淀粉颗粒分散在大分子粘性溶液中如果淀粉糊的浓度足够,就在冷却时转换成凝胶,这种凝胶是由糊化的淀粉颗粒被包埋在高聚物再结晶整合的网络结构中
[11]淀粉通过与水共热形成粘糊和通过冷却形成凝胶的能力是很重要的并具实际意义的特性,并使淀粉适合应用于很多领域,如纺织、造纸、医药、食品、建材、轻工、饲料、农业、环保、生物工程等行业在很多应用中,淀粉产品的性能主要取决于它的功能特性,特别是它的流变学特性淀粉糊的流变特性是很复杂的,而且受很多因素的影响,如品种、浓度、温度、加热速率、剪切速率等
[12]一般情况下,淀粉糊黏性随着温度、剪切速率、剪切时间和剪切历史的改变而呈动态变化,表现出非牛顿流体的流变行为这种糊化淀粉的假塑性流变特性对于其在很多领域的应用来说都是很重要的,由剪切速率与表观粘度的关系可以评价流变行为特性
[13]将浓度4%按干基计的玉米淀粉乳、马铃薯淀粉乳、红薯淀粉乳,在95℃水浴中搅拌加热30min,至其完全糊化,冷却至室温25℃,用NXS-11A型旋转黏度计测定不同剪切速率下淀粉糊的黏度3实验结果与分析
3.1淀粉特性黏度的测定结果分析
3.
1.1玉米淀粉特性黏度的测定结果往乌氏黏度计中加人15m1二甲基亚砜,测定溶剂流出时间数据及处理结果,如表3-1所示表3-1溶剂二甲基亚砜的测定二甲基亚砜第一次第二次第三次平均 时间s
21.
2621.
2421.
2721.26准确称取
0.4g绝干原玉米淀粉样品,按照上述
2.
2.3实验操作,所得的实验数据和处理结果,如表3-2所示表3-2原玉米淀粉特性黏度的测定浓度,g/ml第一次s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004025.
6425.
6625.
6325.
641.
210.
2146.
7651.
4476.
530.
003025.
0225.
0125.
0425.
021.
180.
1854.
2258.
890.
002424.
4424.
4624.
4724.
461.
150.
1558.
2662.
540.
002024.
0424.
0524.
0724.
051.
130.
1361.
6265.
590.
001723.
6423.
6723.
6823.
661.
110.
1162.
3865.85以原玉米淀粉浓度值为横坐标,原玉米淀粉特性黏度值为纵坐标作图,如图3-1图中y1=-
7002.3x+
75.067为趋势线lnητ/C的公式,y2=-
6512.6x+
77.993为趋势线ηsp/C的公式当x值趋向于0时,两直线在纵轴上截距的平均值即为特性黏度[η]值图3-1原玉米淀粉特性黏度的测定结果准确称取
0.4g绝干2KGy、4KGy、6KGy、8KGy、10KGy、酸变性玉米淀粉样品,按照上述
2.
2.3实验操作,其所得的实验数据和处理结果,以及按照图3-1原玉米淀粉特性黏度的测定的作图方式所得的特性粘度值,如表3-3至3-8所示表3-32KGy玉米淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004024.
7824.
7924.
7724.
781.
170.
1738.
2141.
2962.
010.
003024.
2524.
2424.
2424.
241.
140.
1443.
6746.
670.
002423.
8123.
8323.
8323.
821.
120.
1247.
3350.
140.
002023.
4823.
4523.
4223.
451.
100.
1048.
9351.
410.
001723.
2423.
2323.
2423.
241.
090.
0951.
7754.15表3-44KGy玉米淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004024.
8824.
8524.
8624.
861.
170.
1739.
0142.
2366.
220.
003024.
3724.
3524.
3324.
351.
150.
1545.
0848.
290.
002423.
8923.
9323.
9223.
911.
120.
1248.
8551.
840.
002023.
5923.
5623.
5823.
581.
110.
1151.
5654.
330.
001723.
3523.
3823.
3123.
351.
100.
1054.
4657.10表3-56KGy玉米淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/C,ml/g[η]ml/g
0.
004024.
4524.
4724.
4324.
451.
150.
1534.
6837.
2255.
530.
003023.
9723.
9423.
9523.
951.
130.
1339.
4641.
910.
002423.
5723.
5823.
5423.
561.
110.
1142.
5444.
810.
002023.
2723.
2623.
2423.
261.
090.
0944.
5646.
620.
001723.
0123.
0323.
0523.
031.
080.
0846.
3248.23表3-68KGy玉米淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/C,ml/g[η]ml/g
0.
004024.
3324.
3224.
3424.
331.
140.
1433.
5135.
8851.
560.
003023.
8823.
8523.
8723.
871.
120.
1238.
3240.
620.
002423.
4523.
4323.
4423.
441.
100.
1040.
4442.
480.
002023.
1423.
1523.
1123.
131.
090.
0941.
9943.
810.
001722.
9222.
9422.
9122.
921.
080.
0843.
7045.40表3-710KGy玉米淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/C,ml/g[η]ml/g
0.
004023.
9223.
9123.
9423.
921.
130.
1329.
4031.
2146.
930.
003023.
5723.
5523.
5823.
571.
110.
1134.
2236.
040.
002423.
1523.
1723.
1923.
171.
090.
0935.
7337.
320.
002022.
9822.
9522.
9722.
971.
080.
0838.
4940.
020.
001722.
7522.
7322.
7122.
731.
070.
0738.
9040.23表3-8酸变性玉米淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/C,ml/g[η]ml/g
0.
004023.
6223.
6123.
6423.
621.
110.
1126.
1827.
6139.
630.
003023.
2723.
2523.
2823.
271.
090.
0929.
8731.
260.
002422.
9522.
9222.
9322.
931.
080.
0831.
3632.
580.
002022.
7222.
7122.
6822.
701.
070.
0732.
6333.
730.
001722.
5522.
5422.
5222.
541.
060.
0633.
8034.80由表3-2至3-8可知,对于玉米淀粉,经γ射线辐照后的淀粉与原淀粉相比,特性黏度值相对降低,但随辐照剂量的增加,特性黏度并没有出现规律性变化;且与酸变性淀粉相比,辐照淀粉的特性黏度,降低量较少淀粉经γ射线照射后,淀粉链被分解成自由基片段,自由基片段又会发生聚合,重新生成大的分子,因此,不同的辐照剂量的淀粉表现出不同的特性黏度
3.
1.2马铃薯淀粉特性黏度的测定结果准确称取
0.4g绝干原马铃薯淀粉样品,按照上述
2.
2.3实验操作,所得的实验数据及处理结果,如表3-9所示表3-9原马铃薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/C,ml/g[η]ml/g
0.
004025.
8725.
8625.
8925.
871.
220.
2248.
8754.
0283.
020.
003025.
2725.
2525.
2425.
251.
190.
1957.
1562.
390.
002424.
7124.
7324.
7524.
731.
160.
1662.
7967.
820.
002024.
2324.
2124.
2424.
231.
140.
1465.
1669.
650.
001723.
8523.
8623.
8323.
851.
120.
1266.
8970.92以原马铃薯淀粉浓度值为横坐标,原马铃薯淀粉特性黏度值为纵坐标作图,如图3-2图中y1=-7952x+
81.228为趋势线lnητ/C的公式,y2=-
7499.8x+
84.817为趋势线ηsp/C的公式当x值趋向于0时,两直线在纵轴上截距的平均值即为特性黏度[η]值图3-2原马铃薯淀粉特性黏度的测定结果准确称取
0.4g绝干2KGy、4KGy、6KGy、8KGy、10KGy、酸变性马铃薯淀粉样品,按照上述
2.
2.3实验操作,其所得的实验数据和处理结果,以及按照图3-2原马铃薯淀粉特性黏度的测定的作图方式所得的特性粘度值,如表3-10至3-15所示表3-102KGy马铃薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004024.
9424.
9324.
9624.
941.
170.
1739.
5142.
8469.
000.
003024.
5724.
5424.
5524.
551.
150.
1547.
4851.
070.
002424.
1224.
0924.
1124.
111.
130.
1351.
7955.
180.
002023.
6823.
7223.
7123.
701.
110.
1153.
8056.
840.
001723.
3823.
4123.
3923.
391.
100.
1055.
1757.90表3-114KGy马铃薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004025.
6725.
6925.
6625.
671.
210.
2147.
0451.
7972.
050.
003025.
0124.
9624.
9824.
981.
180.
1853.
7058.
310.
002424.
4324.
4124.
4224.
421.
150.
1557.
7061.
920.
002023.
9423.
9223.
9123.
921.
130.
1359.
0462.
700.
001723.
5723.
5823.
5523.
571.
110.
1160.
1863.42表3-126KGy马铃薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004025.
0525.
0225.
0125.
031.
180.
1840.
6744.
1970.
040.
003024.
6324.
6424.
6624.
641.
160.
1649.
1252.
960.
002424.
1424.
1324.
1124.
131.
140.
1452.
6556.
150.
002023.
7723.
7423.
7623.
761.
120.
1255.
5258.
740.
001723.
4223.
3923.
3823.
401.
100.
1055.
9458.73表3-138KGy马铃薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004024.
8424.
8324.
8124.
831.
170.
1738.
6641.
8468.
130.
003024.
4724.
4524.
4824.
471.
150.
1546.
7250.
190.
002424.
0224.
0124.
0424.
021.
130.
1350.
8554.
110.
002023.
6423.
6723.
6523.
651.
110.
1153.
3356.
300.
001723.
3423.
3223.
3123.
321.
100.
1054.
0956.71表3-1410KGy马铃薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004024.
3824.
3924.
4124.
391.
150.
1534.
0836.
5356.
940.
003023.
9423.
9623.
9723.
961.
130.
1339.
4741.
920.
002423.
6623.
6323.
6423.
641.
110.
1143.
9046.
320.
002023.
2823.
3123.
2923.
291.
100.
1045.
2847.
420.
001723.
0223.
0123.
0423.
021.
080.
0846.
0947.97表3-15酸变性马铃薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004024.
1824.
1924.
2124.
191.
140.
1432.
0934.
2550.
840.
003023.
7423.
7623.
7423.
751.
120.
1236.
6238.
720.
002423.
3823.
4123.
3723.
391.
100.
1039.
4541.
390.
002023.
0823.
1123.
0923.
091.
090.
0941.
0742.
820.
001722.
8822.
8622.
8922.
881.
080.
0842.
4644.05由表3-9至3-15可知,对于马铃薯淀粉,经γ射线辐照后的淀粉与原淀粉相比,特性黏度值相对降低,但随辐照剂量的增加,特性黏度并没有变化多大,也没有出现规律性变化;且与酸变性淀粉相比,辐照淀粉的特性黏度降低量较少在不同剂量的辐照淀粉中,4KGy马铃薯淀粉的特性黏度最大
3.
1.3红薯淀粉特性黏度的测定结果准确称取
0.4g绝干原红薯淀粉样品,按照上述
2.
2.3实验操作,所得的实验数据和处理结果,如表3-16所示表3-16原红薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/C,ml/g[η]ml/g
0.
00402825.
9826.
0225.
9926.
001.
220.
2249.
9455.
3184.
650.
00302125.
3725.
3525.
3425.
351.
190.
1958.
2963.
730.
00241724.
7624.
7324.
7424.
741.
160.
1662.
7867.
790.
00201424.
2224.
2324.
1824.
211.
140.
1464.
5268.
900.
00172623.
8423.
8223.
8523.
841.
120.
1266.
2770.21以原红薯淀粉浓度值为横坐标,原红薯淀粉特性黏度值为纵坐标作图,如图3-3图中y1=-
8137.7x+
82.792为趋势线lnητ/C的公式,y2=-
7669.5x+
86.515为趋势线ηsp/C的公式当x值趋向于0时,两直线在纵轴上截距的平均值即为特性黏度[η]值图3-3原红薯淀粉特性黏度的测定结果准确称取
0.4g绝干2KGy、4KGy、6KGy、8KGy、10KGy、酸变性红薯淀粉样品,按照上述
2.
2.3实验操作,其所得的实验数据和处理结果,以及按照图3-3原红薯淀粉特性黏度的测定的作图方式所得的特性粘度值,如表3-17至3-22所示表3-172KGy红薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004025.
2425.
2225.
2625.
241.
190.
1943.
1447.
0872.
520.
003024.
7924.
7624.
7924.
781.
170.
1751.
3855.
560.
002424.
2724.
2424.
2224.
241.
140.
1455.
1158.
920.
002023.
8123.
8323.
7823.
811.
120.
1257.
0460.
420.
001723.
5123.
4823.
5223.
501.
110.
1159.
0762.16表3-184KGy红薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004025.
7425.
7225.
7725.
741.
210.
2147.
4352.
2874.
470.
003025.
0625.
0725.
0925.
071.
180.
1854.
5359.
280.
002424.
4524.
4224.
4124.
431.
150.
1557.
3761.
540.
002024.
0223.
9824.
0124.
001.
130.
1360.
1763.
970.
001723.
6823.
7123.
6623.
681.
110.
1162.
4465.93表3-196KGy红薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004025.
1425.
1225.
1125.
121.
180.
1841.
4945.
1673.
580.
003024.
7224.
6924.
7124.
711.
160.
1649.
7853.
720.
002424.
2224.
2124.
2424.
221.
140.
1454.
0557.
730.
002023.
8623.
8523.
8323.
851.
120.
1257.
0760.
470.
001723.
5323.
5123.
5423.
531.
110.
1158.
7461.82表3-208KGy红薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004025.
3325.
3225.
3525.
331.
190.
1943.
4347.
4770.
720.
003024.
8424.
8224.
8124.
821.
170.
1751.
1955.
370.
002424.
3124.
3324.
2824.
311.
140.
1455.
3059.
180.
002023.
8223.
8423.
8523.
841.
120.
1256.
6960.
060.
001723.
5223.
4723.
4823.
491.
100.
1057.
6760.64表3-2110KGy红薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004024.
4624.
4824.
4924.
481.
150.
1535.
0137.
6059.
670.
003024.
0524.
0224.
0324.
031.
130.
1340.
6343.
220.
002423.
6823.
6523.
6723.
671.
110.
1144.
4246.
890.
002023.
3623.
3423.
3623.
351.
100.
1046.
6848.
940.
001723.
1223.
1423.
1123.
121.
090.
0948.
7250.82表3-22酸变性红薯淀粉特性黏度的测定结果浓度g/ml第一次,s第二次s第三次s平均sητηsplnητ/Cml/gηsp/Cml/g[η]ml/g
0.
004024.
2624.
2824.
42924.
321.
140.
1433.
3835.
7351.
170.
003023.
8523.
8223.
8323.
831.
120.
1237.
7840.
030.
002423.
4823.
4423.
4623.
461.
100.
1040.
7042.
770.
002023.
1523.
1223.
1623.
141.
090.
0942.
1043.
940.
001722.
8722.
9322.
8922.
901.
080.
0842.
9244.55由表3-16至3-22可知,对于红薯淀粉,经γ射线辐照后的淀粉与原淀粉相比,其变化趋势与马铃薯淀粉的类似且酸变性红薯淀粉的特性黏度与酸变性马铃薯淀粉的特性黏度十分相近
3.
1.4三种淀粉的特性黏度的关系研究将上述所得各种淀粉的特性黏度值,整理数据如表3-23所示表3-23三种淀粉的特性黏度比较特性黏度ml/g原淀粉2KGy4KGy6KGy8KGy10KGy酸变性玉米淀粉
76.
5362.
0166.
2255.
5351.
5646.
9339.63马铃薯淀粉
83.
0269.
0072.
0570.
0468.
1356.
9450.84红薯淀粉
84.
6572.
5274.
4773.
5870.
7259.
6751.17以特性黏度值为纵坐标,原淀粉、不同剂量的辐照淀粉、酸变性淀粉为横坐标,做不同淀粉的特性黏度比较图,如图3-4所示图3-4不同淀粉的特性黏度比较由图3-4可知,对于同一种淀粉,经γ射线辐照后的淀粉与原淀粉相比,特性黏度值相对降低,但随辐照剂量的增加,特性黏度并没有变化多大,且没有出现规律性变化;与酸变性淀粉相比,辐照淀粉的特性黏度,降低量较少对于不同种淀粉,特性黏度值的大小关系为红薯淀粉马铃薯淀粉玉米淀粉Mark1938和Houwink1940首先提出的著名经验关系[η]=KMα
[9]式中,[η]的量纲是浓度的倒数或密度的倒数,ml/gK、α为常数,与温度、高聚物性质、溶剂等因素有关,M为淀粉相对分子量
[14]因为采用同样的实验条件,所以各组淀粉的K,α值可看作是相同的,这样[η]就只与淀粉的分子量有关,辐照后淀粉的直链和支链都有部分断裂,分子量减小,所以辐照后淀粉的特性黏度与原淀粉相比降低了由于辐照后淀粉链被分解成自由基片段,自由基片段会发生聚合,重新生成大的分子,而辐照剂量较低,没出现自由基重组规律,因此各组辐照淀粉的特性黏度没有出现规律性变化,且与酸变性淀粉相比,辐照后的淀粉分子量仍然很大对于不同种淀粉,特性黏度值的大小关系为红薯淀粉马铃薯淀粉玉米淀粉也有文献报道特性黏度与直链淀粉和支链淀粉数量比和质量比之间的关系
[9],从而我们可以由特性黏度值推测淀粉的结构组成
3.2淀粉糊黏度曲线的测定结果分析
3.
2.1玉米淀粉糊黏度曲线的测定结果按照
2.
4.2淀粉糊黏度曲线的测定中的操作方法,用NXS-11A型旋转黏度计测定的玉米原淀粉、不同剂量的辐照淀粉、酸变性淀粉的不同温度下的黏度,数据记录如表3-24所示表3-24玉米淀粉糊的黏度原淀粉mPa.s2KGy淀粉mPa.s4KGy淀粉mPa.s6KGy淀粉mPa.s8KGy淀粉mPa.s10KGy淀粉mPa.s酸变性淀粉mPa.s75℃
22.
2228.
8955.
5565.
5524.
44111.
1013.3380℃
35.
5532.
2268.
8871.
10111.
10204.
4216.6785℃
115.
5479.
99177.
76129.
99318.
86227.
7662.2290℃
184.
43355.
52491.
06488.
84305.
53174.
4351.1195℃
522.
17499.
95513.
28589.
94222.
20102.
2144.4495℃
608.
83595.
50602.
16582.
16199.
9886.
6637.7795℃
593.
27572.
17602.
16567.
72187.
7674.
4438.0095℃
573.
28566.
61599.
94544.
39168.
8771.
1037.3395℃
526.
61559.
94599.
94524.
39149.
9961.
1136.8995℃
519.
95562.
17597.
72522.
17153.
3257.
7737.5595℃
513.
28535.
50524.
39491.
06139.
9958.
8838.6690℃
524.
39559.
94502.
17462.
18127.
7758.
8833.3385℃
551.
06575.
50448.
84432.
18123.
3259.
9920.0080℃
568.
83555.
50415.
51404.
40116.
6661.
1117.7875℃
575.
50547.
72402.
18372.
19112.
2161.
1118.8970℃
582.
26528.
84396.
63368.
85112.
2162.
2223.1165℃
588.
83525.
50403.
29397.
74116.
6667.
7747.7760℃
597.
72525.
50484.
40491.
06138.
8874.
4453.3355℃
635.
49568.
83524.
39528.
84158.
8779.
9957.7750℃
664.
38602.
16533.
28599.
94176.
6586.
6661.1150℃
672.
16611.
05535.
50601.
05196.
6594.
4459.9950℃
673.
27613.
27538.
84597.
72205.
5498.
8855.5550℃
675.
49613.
27546.
61595.
50198.
8798.
8857.7750℃
677.
71608.
83539.
95593.
27194.
4399.
9958.8850℃
668.
82604.
38535.
50604.
38197.
7699.
9957.7750℃
648.
82597.
72526.
61591.
05196.
65101.
1058.33以测定的温度为横坐标,相应的测得黏度为纵坐标,作玉米原淀粉糊、不同剂量的辐照淀粉糊、酸变性淀粉糊的黏度曲线,如图3-5所示图3-5玉米淀粉糊黏度曲线由图3-5可知,玉米淀粉的糊化温度较高,原玉米淀粉的峰值黏度最高,酸变性玉米淀粉的峰值黏度最低,辐照淀粉的峰值黏度并没有随辐照剂量的不同而出现规律性变化玉米淀粉糊的凝胶性较强,老化性能高10KGy玉米淀粉糊从95℃保温至降温到50℃并保温的过程,黏度都较为稳定,变化很小
3.
2.2马铃薯淀粉糊黏度曲线的测定按照
2.
4.2淀粉糊黏度曲线的测定中的操作方法,用NXS-11A型旋转黏度计测定的马铃薯原淀粉、不同剂量的辐照淀粉、酸变性淀粉的不同温度下的黏度,数据记录如表3-25所示表3-25马铃薯淀粉糊的黏度原淀粉mPa.s2KGy淀粉mPa.s4KGy淀粉mPa.s6KGy淀粉mPa.s8KGy淀粉mPa.s10KGy淀粉mPa.s酸变性淀粉mPa.s60℃
199.
9833.
3340.
0044.
4462.
2268.
8872.2265℃
333.
3044.
4441.
1168.
88144.
43166.
65177.7670℃
577.
72473.
2951.
11108.
88313.
30202.
20215.5375℃
766.
59635.
49411.
07793.
25411.
07268.
86257.7580℃
855.
47607.
72599.
94731.
04515.
50244.
42239.9885℃
944.
35522.
17575.
50538.
84635.
49239.
98231.0990℃
733.
26405.
52544.
39444.
40472.
18235.
53227.7695℃
566.
61469.
95357.
74308.
86395.
52228.
87215.5395℃
544.
39414.
40339.
97288.
86299.
97219.
98213.3195℃
511.
06364.
41388.
85364.
41238.
87218.
87209.9895℃
499.
95378.
85404.
40306.
64204.
42217.
76206.6595℃
477.
73381.
07375.
52271.
08175.
54217.
76204.4295℃
466.
62383.
30355.
52257.
75158.
87216.
65202.2095℃
466.
62397.
74333.
30224.
42146.
65216.
65201.0990℃
433.
29397.
74328.
86214.
42138.
88212.
20197.7685℃
444.
40404.
40313.
30208.
87128.
88208.
87195.5480℃
455.
51414.
40295.
53204.
42127.
77207.
76194.4375℃
466.
62427.
74291.
08204.
42125.
54207.
76193.3170℃
466.
62437.
73294.
42207.
76126.
65209.
98191.0965℃
477.
73444.
40305.
53218.
87133.
32212.
20193.3160℃
488.
84451.
07323.
30228.
87139.
99214.
42194.4355℃
488.
84455.
51338.
86247.
75151.
10216.
65197.7650℃
511.
06457.
73366.
63264.
42158.
87217.
76202.2050℃
511.
06459.
95375.
52275.
53171.
09217.
76202.2050℃
522.
17462.
18382.
18278.
86169.
98216.
65201.0950℃
511.
06463.
29386.
63281.
08169.
98217.
76202.2050℃
522.
17462.
18378.
85277.
75169.
98218.
87202.2050℃
522.
17461.
07377.
74276.
64171.
09218.
87203.3150℃
511.
06461.
07377.
74276.
64169.
98218.
87203.31以测定的温度为横坐标,相应的测得黏度为纵坐标,作马铃薯原淀粉糊、不同剂量的辐照淀粉糊、酸变性淀粉糊的黏度曲线,如图3-6所示图3-6马铃薯淀粉糊黏度曲线由图3-6可知,马铃薯淀粉的糊化温度较低,峰值黏度很高,其中原马铃薯淀粉的峰值黏度最高,酸变性马铃薯淀粉的峰值黏度最低,辐照淀粉的峰值黏度并没有随辐照剂量的不同而出现规律性变化原马铃薯及辐照淀粉糊,在50℃的保温过程都很稳定,表现出良好的冷稳定性10KGy辐照剂量的马铃薯淀粉与酸变性马铃薯淀粉各个阶段的黏度都十分接近,且相对较为稳定
3.
2.3红薯淀粉糊黏度曲线的测定按照
2.
4.2淀粉糊黏度曲线的测定中的操作方法,用NXS-11A型旋转黏度计测定的红薯原淀粉、不同剂量的辐照淀粉、酸变性淀粉的不同温度下的黏度,数据记录如表3-26所示表3-26红薯淀粉糊的黏度原淀粉mPa.s2KGy淀粉mPa.s4KGy淀粉mPa.s6KGy淀粉mPa.s8KGy淀粉mPa.s10KGy淀粉mPa.s酸变性淀粉mPa.s65℃
21.
1113.
3320.
0036.
6624.
4425.
5524.4470℃
24.
4414.
4422.
2236.
6625.
5527.
7827.7875℃
50.
00115.
5446.
66135.
5467.
7752.
2265.5580℃
225.
53238.
87194.
43173.
32234.
4284.
4495.5585℃
423.
29249.
98294.
42327.
75269.
9769.
9993.3290℃
391.
07236.
64273.
31238.
31211.
0959.
9987.7795℃
327.
75202.
20231.
09218.
87179.
9850.
0081.1095℃
286.
64188.
87204.
42195.
54147.
7644.
4472.2295℃
272.
20161.
10191.
09183.
32122.
2138.
8968.8895℃
256.
64149.
99181.
09175.
54104.
4336.
6665.5595℃
246.
64149.
99168.
87172.
21102.
2135.
5565.5595℃
238.
87141.
10183.
32169.
9898.
8834.
4459.9995℃
231.
09138.
88175.
54167.
7698.
8834.
4457.7790℃
191.
09136.
65169.
98154.
4396.
6633.
3355.5585℃
155.
54133.
32167.
76147.
7695.
5533.
3354.4480℃
152.
21128.
88166.
65162.
2194.
4432.
2253.3375℃
148.
87125.
54165.
54172.
2194.
4436.
6652.2270℃
147.
76124.
43167.
76186.
6596.
6637.
7753.3365℃
152.
21125.
54169.
98196.
65101.
1037.
7756.6660℃
214.
42132.
21182.
20217.
76105.
5536.
6657.7755℃
235.
53138.
88194.
43219.
98112.
2138.
8958.8850℃
242.
20151.
10212.
20224.
42125.
5438.
8961.1150℃
239.
98153.
32227.
76224.
42132.
2138.
8963.3350℃
242.
20155.
54233.
31228.
87136.
6538.
8965.5550℃
247.
75149.
99234.
42228.
87138.
8840.
0065.5550℃
238.
87152.
21234.
42233.
31141.
1040.
0065.5550℃
238.
87154.
43236.
64235.
53144.
4340.
0066.6650℃
239.
98156.
65238.
87237.
75146.
6540.
0066.66以测定的温度为横坐标,相应的测得黏度为纵坐标,作红薯原淀粉糊、不同剂量的辐照淀粉糊、酸变性淀粉糊的黏度曲线,如图3-7所示图3-7红薯淀粉糊的黏度曲线由图3-7可知,红薯淀粉的糊化温度位于马铃薯淀粉和玉米淀粉的糊化温度之间,原红薯淀粉的峰值黏度最高,但与玉米淀粉、马铃薯淀粉相比,其峰值黏度最低辐照淀粉的峰值黏度并没有随辐照剂量的不同而出现规律性变化,但酸变性红薯淀粉的峰值黏度高于10KGy辐照剂量的红薯淀粉酸变性红薯淀粉和10KGy辐照剂量的红薯淀粉,在95℃保温至降温到50℃并保温的过程,黏度都很稳定
3.
2.4三种淀粉糊的黏度特性的关系研究由图3-5至3-7三种淀粉糊的黏度曲线,可得知淀粉糊的峰值黏度、热稳定性、老化性、冷稳定等黏度特性,其值大小如表3-27所示表3-27三种淀粉糊的黏度特性的比较峰值黏度mPa.s峰值温度℃95℃的黏度mPa.s95℃保温
0.5h的黏度mPa.s50℃的黏度mPa.s50℃保温
0.5h的黏度mPa.s热稳定性老化性冷稳定性玉米淀粉
608.
8395522.
17513.
28664.
38648.
820.
160.
230.02马铃薯淀粉
988.
7987566.
61466.
62511.
06511.
060.
530.
090.00红薯淀粉
423.
2985327.
75231.
09242.
20239.
980.
450.
050.01以原玉米淀粉、原马铃薯淀粉、原红薯淀粉为横坐标,分别以峰值黏度、热稳定性、老化性、冷稳定性值为纵坐标作图,如3-8至3-11所示图3-8三种淀粉糊的峰值黏度图3-9三种淀粉糊的热稳定性图3-10三种淀粉糊的老化性图3-11三种淀粉糊的冷稳定性图3-5至3-7是三种淀粉糊的黏度曲线,表3-27是糊化过程相应的黏度特性值当温度小于淀粉初始糊化温度时,由于淀粉粒仅作有限膨胀,淀粉黏度较低,曲线平坦随加热时间延长,支链淀粉微晶束首先熔融,淀粉粒剧烈膨胀,导致黏度的突然上升;随后,直链淀粉向水中扩散,形成胶体网络,淀粉粒充分膨胀,从而使糊化曲线上升至最高峰,并形成淀粉糊然后,淀粉粒中支链淀粉分子链进一步伸展,颗粒破裂,直链淀粉进一步向水中分散
[15],导致黏度下降,这一过程反映了淀粉的热糊稳定性到达最低黏度后,随温度下降,淀粉糊的流动阻力增大,导致黏度又呈现上升趋势,这一过程反映了淀粉冷糊的稳定性淀粉黏度曲线的特征与淀粉的来源、颗粒形貌、粒径
[16]、相对分子质量
[17]、直链淀粉与支链淀粉的比例
[18]等因素有关从表3-27,图3-8至3-11可知,玉米、马铃薯、红薯三种淀粉相比较,马铃薯淀粉糊化温度低,容易糊化,黏度上升快,在较短的时间内即达到峰值,且峰值黏度最大,具有明显的黏度优势,但马铃薯淀粉糊的热稳定性较差这可能是由于直链淀粉含量低,并且粒径较大,但淀粉颗粒结构松散,溶胀势高,溶胀后的淀粉颗粒强度低,在加热搅拌剪切下容易破裂而不再相互摩擦,使得糊黏度在95℃保温过程中急剧下降玉米淀粉的热稳定性明显高于马铃薯淀粉和红薯淀粉,可能是由于玉米淀粉颗粒溶胀势低,颗粒结构结合力强
[2]马铃薯淀粉糊的老化性与红薯淀粉的相近,但比玉米淀粉的差,产生此现象的原因还不完全清楚,脂肪含量和直链淀粉分子量的差异可能是主要原因
[19]玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉均表现出优良的冷稳定性因此,在方便食品、休闲食品、膨化食品、火腿肠、婴儿食品、低糖食品、果冻布丁等产品的生产上,马铃薯淀粉因高白度、高透明、高粘度、低糊化温度等特殊性而被大量使用,例如方便面中添加马铃薯淀粉比玉米淀粉更爽滑、耐煮而色泽鲜亮利用马铃薯淀粉的高粘性和优良的成膜性能,可用在糖果加工的压膜成型、面包的防粘、水果的上光等许多方面,其优势远远大于玉米淀粉等其它淀粉品种利用玉米淀粉的低粘度性能,用玉米淀粉生产的酸转化淀粉主要用来制造糖果如软糖、胶姆糖等,可使糖果质地紧凑、富有弹性、耐口嚼、不粘牙、不粘纸在发酵工业方面,由于主要利用淀粉中的碳源、而对其理化特性并无过多的要求,因此价格便宜的玉米淀粉被大量使用
[20]
3.
2.5不同辐射剂量淀粉糊的黏度特性的关系以原马铃薯淀粉糊、不同剂量的辐照淀粉糊、酸变性淀粉糊为例,由图3-6马铃薯淀粉糊的黏度曲线,可得知马铃薯淀粉糊的热稳定性、老化性、冷稳定等黏度特性,其值大小如表3-28所示表3-28不同辐照剂量淀粉糊的黏度特性比较黏度特性峰值黏度mPa.s峰值温度℃95℃的黏度mPa.s95℃保温
0.5h的黏度mPa.s50℃的黏度mPa.s50℃保温
0.5h的黏度mPa.s热稳定性老化性冷稳定性原淀粉
988.
7987566.
61466.
62511.
06511.
060.
530.
090.002KGy淀粉
642.
1678469.
95397.
74457.
73461.
030.
380.
130.014KGy淀粉
602.
1682357.
74333.
30366.
63377.
740.
450.
090.036KGy淀粉
795.
4876308.
86224.
42264.
42276.
640.
720.
150.058KGy淀粉
635.
4985395.
52146.
65158.
87169.
980.
770.
080.0710KGy淀粉
273.
3177228.
87216.
65217.
76218.
870.
210.
010.01酸变性淀粉
259.
9776215.
53201.
09202.
20203.
310.
230.
010.01以马铃薯原淀粉、不同剂量的辐照淀粉为横坐标,分别以峰值黏度、热稳定性、老化性、冷稳定性值为纵坐标作图,如3-12至3-15所示图3-12峰值黏度随辐射剂量的变化图3-13黏度热稳定性随辐射剂量变化图3-14老化性随辐射剂量变化图3-15冷稳定性随辐射剂量变化如图3-12至3-15所示,辐照马铃薯淀粉与原马铃薯淀粉相比,峰值黏度下降,通常蒸煮过程必须越过此峰值才能获得实用的淀粉糊,说明了辐照后的淀粉蒸煮过程中热传导率将升高,耗能将减少,糊锅发生的几率将减少,应用性能更强
[21];6KGy和8KGy辐照剂量的马铃薯淀粉,黏度热稳定性比原马铃薯降低,其他辐照剂量和酸变性淀粉的黏度热稳定性比原马铃薯淀粉升高;辐照的马铃薯淀粉与原马铃薯淀粉相比,老化性的强弱没有出现规律性变化;但冷稳定性都弱于原马铃薯淀粉;并且10KGy辐照剂量的马铃薯淀粉与酸变性淀粉各种黏度特性都十分接近由图3-25至3-27可看出,随着辐照剂量的增加,马铃薯淀粉糊表现出的综合性能增强,10KGy辐照剂量的马铃薯淀粉的综合性能最为理想γ射线辐照后的淀粉,部分淀粉链被分解成带电子的自由基片段,糊化时淀粉颗粒容易溶胀破裂,糊化温度降低,峰值黏度下降,因此作为一种低黏度的高分子物质,辐射淀粉可直接作为纺织纱上浆剂、造纸中的驻留剂以及食品添加剂等而淀粉在纺织造纸等行业中应用时基本上都是与其他的水溶性高分子材料混合使用
[22]
3.3淀粉糊流变性的测定结果分析选用NXS-11A型旋转黏度计的B系统,于9个不同的剪切速率下测得4%的玉米淀粉糊、马铃薯淀粉糊、红薯淀粉糊的黏度,如表3-29所示表3-29三种淀粉糊在不同剪切速率下的黏度剪切速率s-1玉米淀粉黏度mPa.s马铃薯淀粉黏度mPa.s红薯淀粉黏度mPa.s
15.
89474.
941160.
58921.
3221.
57386.
90884.
35771.
1828.
38324.
00725.
00656.
0036.
89272.
23625.
97570.
6051.
08224.
42526.
61479.
9563.
56194.
65462.
52424.
1386.
28165.
79395.
40358.
56113.
5144.
00338.
00313.
5147.
6127.
69293.
45271.91以9个不同的剪切速率为横坐标,分别以4%的玉米淀粉糊、马铃薯淀粉糊、红薯淀粉糊的黏度值为纵坐标,做淀粉糊的流变曲线图,如图3-16所示图3-16淀粉糊的流变曲线淀粉糊是由以下三个部分组成的混合物
[23]1可溶解的大分子直链淀粉;2分散很好的微粒支链淀粉;它是在体系充分振摇时直链淀粉从破裂的膨胀淀粉颗粒中渗漏出来后获得;3固体粒子膨胀的淀粉颗粒碎片由此我们可以假设这三部分通过两种缠结方式来维系淀粉糊体系一是呈无规则线团的直链淀粉分子链不仅彼此之间相互缠结,而且还与支链淀粉的分支相互缠结,形成具有很多缠结点的粘性的连续相,包裹膨胀的淀粉颗粒,这种在颗粒外部直链淀粉形成的三维网络结构是由淀粉浓度、膨胀淀粉颗粒的结构支链淀粉与直链淀粉的比例、溶解的直链淀粉的比例和糊的制备方法等因素决定的它对淀粉糊流动产生很大的粘性阻力,这种缠结在淀粉糊微观体系中占主要地位;二是支链淀粉分子自身缠绕成球状视为“微粒”和膨胀淀粉颗粒,这两种“微粒”自身之间和两两之间的接触通过“几何缠结”的方式形成类似网格的结构由于这种缠结不象高分子材料那样具有化学交联点,不是牢固的立体网状结构,故称为“拟网状结构,它在淀粉糊宏观体系中占主要地位由图3-16可知,随着转速的增加,剪切速率增加,玉米淀粉糊、马铃薯淀粉糊、红薯淀粉糊的黏度均下降,最后趋于稳定说明三种淀粉糊具有剪切稀化的现象,呈现出非牛顿型假塑性流体的特征淀粉糊是高分子的胶体粒子,由巨大的链状分子构成,在静止或者低流速的时候,它们相互勾结纠缠,黏度较大,显得黏稠
[24]当淀粉糊体系所受的剪切应力或剪切速率逐渐增大时,一方面直链淀粉分子链的构象和网格结构都发生明显变化,这种变化主要源于大分子链沿流动方向取向和网格结构沿流动方向形变,另一方面由于过程进行速度快,体系也没有足够的时间充分松弛,结果长链大分子和网格结构都偏离平衡构象,取向的大分子间和破坏变形的网格使淀粉糊相对流动阻力减少,表现出体系宏观黏度的下降,发生“剪切变稀”的假塑性现象剪切速率越大,淀粉分子和网格沿剪切流动方向的定向排列越整齐,流动阻力就越小,黏度降得越低在极大剪切速率下表观粘度趋于一常数
[23]剪切稀化现象有利于淀粉糊在加工过程中的泵送和灌注4实验结论1对于同一种淀粉,辐照淀粉的特性黏度相比原淀粉降低了,相比酸变性淀粉没有降低多少;随辐射剂量的增加,辐照淀粉的特性黏度没有出现规律性变化;对于不同种淀粉,特性黏度值的大小关系为红薯淀粉马铃薯淀粉玉米淀粉2玉米淀粉、马铃薯淀粉、红薯淀粉相比较,马铃薯淀粉糊化温度低,容易糊化,黏度上升快,在较短的时间内即达到峰值,且峰值黏度最大,具有明显的黏度优势,但热稳定性较差;玉米淀粉的热稳定性明显高于马铃薯淀粉和红薯淀粉;马铃薯淀粉糊的老化性与红薯淀粉的相近,但比玉米淀粉的差;三种淀粉均表现出优良的冷稳定性3辐照马铃薯淀粉与原马铃薯淀粉相比,峰值黏度降低,冷稳定性减弱;老化性的强弱没有出现规律性变化;10KGy辐射剂量的马铃薯淀粉与酸变性马铃薯淀粉的各种黏度特性都十分接近,因此在要求相同的淀粉特性时,可采用物理变性的10KGy辐射剂量的马铃薯淀粉,代替化学变性的酸变性的马铃薯淀粉4玉米淀粉糊、马铃薯淀粉糊、红薯淀粉糊属于非牛顿型假塑性流体,随着转速的增加,剪切速率增加,其黏度均下降,最后趋于稳定,具有剪切稀化现象TheResearchontheRelationshipbetweentheIntrinsicViscosityandViscosityCharacteristicsofSeveralStarchesAbstract:Theexperimentresearchedontherelationshipbetweenintrinsicviscosityofcornstarchespotatostarchessweetpotatostarchesandtheviscositycharacteristicsofthem.Besidesstarchescouldgaindifferentcharacteristicsafterbeingirradiatedwithdifferentdosesofgammarayswhichcouldexpandtheirapplicationfields.Theresultsshowedthatintrinsicviscosityofstarchesdecreasedcomparedtothesamekindofstarcheswithoutirradiation.Differentstarcheshaddifferentviscositynumbersviscositynumberofsweetpotatostarcheswasthelargestwhilecornstarches’wasthesmallest.Viscositycurveandviscositycharacteristicsofdifferentsourcesofstarchesweredifferent.Thepastingtemperatureofpotatostarchwasthelowestanditsviscosityrosefastthepeakofitsviscositywasthehighest.Thethermalstabilityofcornstarcheswasobviouslyhigherthanthesweetpotatostarches’andpotatostarches’.Theretrogradationpropertiesofpotatostarchesweresimilartosweetpotatostarchesbutpoorerthancornstarches’.Thethreekindsofstarcheswereshowingexcellentcoldstability.Thepeakofviscosityandcoldstabilityofirradiatedpotatostarcheswerebothlowerthantheoriginalone’s.Retrogradationpropertieshadnoregularchangesafterbeingirradiated.Theseveralviscositycharacteristicsofpotatostarcheswhichwereirradiatedby10KGydosesofradiationwereallsimilartodenaturedpotatostarches’.Thethreekindsofstarchpastesallbelongtonon-Newtonianpseudoplasticfluidandtheviscositybecameworseundertheshearforce.Keywords:StarchIrradiationIntrinsicviscosityStarchpastingViscositycharacteristics参考文献赵凯.淀粉非化学改性技术[M].北京:化学工业出版社2008:13-
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102.专家评语论文对马铃薯淀粉、玉米淀粉和红薯淀粉的热稳定性、冷稳定性、峰值粘度等特性的关系进行了认真的分析和研究;另外通过特性粘度的分析和比较,提出了以物理方法得到改性淀粉与化学(酸处理)改性淀粉粘均分子量及粘度特性相似,得出的结论及相关分析讨论有很好的参考价值该生阅读了较多的参考文献,对该研究领域较熟悉,论文语言较通顺,结构合理,实验数据可信,格式符合写作要求,研究结果又一定的实际应用价值黏度温度黏度温度黏度温度黏度特性淀粉淀粉27。