CN107334141A - 一种甘薯氧化淀粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甘薯氧化淀粉及其制备方法，主要以甘薯为淀粉原料，过氧化氢为淀粉氧化剂，氢氧化钠作为pH调节剂，硫酸亚铁为催化剂制备甘薯氧化淀粉。本发明提供的甘薯氧化淀粉工艺简单、成本低廉、安全环保、操作方便、易于控制并进行大规模生产。淀粉原料甘薯中含有丰富的淀粉、糖类、蛋白质、维生素、纤维素以及各种氨基酸等物质，具有很高的营养价值和保健功能，而过氧化氢氧化剂相对于次氯酸钠和高锰酸钾淀粉氧化剂，更加绿色环保无污染。

Description

一种甘薯氧化淀粉及其制备方法

【技术领域】

本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种甘薯氧化淀粉及其制备方法。

【背景技术】

淀粉是一种由多个α—D—吡喃葡萄糖结构单元组成的天然高分子化合物，也是一种重要的食品原料。但是随着食品加工技术的不断进步，食品种类的多样化发展，传统的淀粉已越来越不能满足人们的需求。因此改变传统淀粉的性质，通过物理、化学或者酶的手段，让其性能更加优良，已成为现代淀粉加工工艺发展的主要趋势。

氧化淀粉作为近年来最常用的变性淀粉之一，它一般是由淀粉在酸、碱或者中性介质中氧化而制得，由于在氧化过程中引入了醛基和羧基，使得淀粉中的糖苷键断裂，官能团发生变化，从而具有糊化温度低、粘度小、流动性好、透明度高、稳定性强等优点，已被广泛应用到冰淇淋、果冻、糖果、糕点、蜜饯等各个领域。目前常用的氧化淀粉氧化剂主要有次氯酸钠、过氧化氢和高锰酸钾，相对于次氯酸钠和高锰酸钾，过氧化氢由于更加绿色环保，即使过量也能分解成水，氧化反应后可得到较纯净的氧化淀粉，不会对环境造成污染，从而更加受到人们的关注。

众所周知，甘薯是一种常见的药食两用植物，属旋花科，分布广泛，又名地瓜、红薯、白薯、番薯、红苕等。它具有极高的营养价值和保健功能，富含淀粉、糖类、蛋白质、维生素、纤维素以及各种氨基酸等营养物质，而其中淀粉的含量更是可高达30%，在食品行业有巨大的应用前景。但是由于甘薯淀粉普遍白度不高，色泽灰暗，这就在很大程度上限制了其应用空间。因此结合氧化淀粉和甘薯的种种特性，开发设计一种工艺简单、成本低廉、安全环保、营养价值高的甘薯氧化淀粉已经是势在必行。

【发明内容】

本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种工艺简单、成本低廉、安全环保、营养价值高的甘薯氧化淀粉及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：一种甘薯氧化淀粉的制备方法，包括以下步骤：

（1）选择新鲜甘薯，清洗、去皮、切块、打浆、过滤、滤液静置后洗去上清液，洗涤、干燥得到甘薯淀粉；

（2）称取甘薯淀粉，然后加入去离子水，制得淀粉乳；

（3）将上述制得的淀粉乳进行超声处理，然后加入氢氧化钠溶液调节淀粉乳的pH值，向调节好pH值的淀粉乳中分别加入硫酸亚铁和过氧化氢得到混合淀粉乳a；

（4）将上述制得的混合淀粉乳a放入水浴振荡器中振荡反应后取出得混合淀粉乳b；

（5）向上述制得的混合淀粉乳b中加入无水乙醇，静置、抽滤、干燥得甘薯氧化淀粉。

具体的，所述步骤（2）中淀粉乳的质量分数为30～35%，优选30%。

具体的，所述步骤（3）中超声处理时间为25～30min，超声频率40kHZ；pH值的范围为8～12，优选的，pH为10，硫酸亚铁的加入量为淀粉乳中淀粉质量的0.1～0.12%，过氧化氢的加入量为淀粉和去离子水总质量的4～6%，优选质量分数为4.6%。

具体的，所述步骤（4）中水浴振荡器的水浴温度为45～50℃，振荡幅度为20mm，振荡速率为150rpm；反应时间为2～6h，优选4.5h。

具体的，所述步骤（5）中无水乙醇和混合淀粉乳b的体积比范围为1:1~1.5:1；静置时间为1-1.5h。

具体的，采用以上任一方法制备的甘薯氧化淀粉。

本发明的优点是：

1.本发明提供的甘薯氧化淀粉以甘薯为淀粉原料，过氧化氢为淀粉氧化剂，氢氧化钠为pH调节剂，硫酸亚铁为催化剂，其制备方法工艺简单、成本低廉、安全环保、操作方便、易于控制并进行大规模生产。

2.本发明提供的甘薯氧化淀粉选用甘薯为淀粉提取原料，原料易得，成本低廉，甘薯中含有丰富的淀粉、糖类、蛋白质、维生素、纤维素以及各种氨基酸等物质，具有很高的营养价值和保健功能，同时拓宽了甘薯在淀粉加工方面的应用。

3.本发明提供的甘薯氧化淀粉以过氧化氢为淀粉氧化剂，同时添加硫酸亚铁作为催化剂，大大提高了淀粉的氧化速率，同时相对于次氯酸钠和高锰酸钾淀粉氧化剂，过氧化氢由于过量时能分解成水，因此在保证生产的同时，更加绿色环保无污染。

【具体实施方式】

为了更充分理解本发明的技术内容，下面通过具体实施例对本发明技术方案进行进一步介绍和说明。以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1

（1）选择新鲜甘薯，清洗、去皮、切块、打浆、过滤，滤液静置后洗去上清液，洗涤、干燥得到甘薯淀粉；

（2）称取35g甘薯淀粉，然后加入65ml去离子水，制得质量分数为35%的淀粉乳；

（3）将上述制得的淀粉乳在频率为40kHZ下超声处理25min，然后加入氢氧化钠溶液调节淀粉乳的pH值为12，向pH值为12的淀粉乳中分别加入0.042g硫酸亚铁和6g过氧化氢得到混合淀粉乳a；

（4）将上述制得的混合淀粉乳a放入45℃的水浴振荡器中以20mm的振荡幅度, 150rpm的振荡速率，振荡反应2h后取出得混合淀粉乳b；

（5）向上述制得的混合淀粉乳b中加入与混合淀粉乳b体积比为1:1的无水乙醇，静置1.5h、抽滤、干燥得甘薯氧化淀粉。

（6）检测上述制得的甘薯氧化淀粉的羧基含量及透光率见表1。

实施例2

（1）选择新鲜甘薯，清洗、去皮、切块、打浆、过滤、滤液静置后洗去上清液，洗涤、干燥得到甘薯淀粉；

（2）称取33g甘薯淀粉，然后加入67ml去离子水，制得质量分数为33%的淀粉乳；

（3）将上述制得的淀粉乳在频率为40kHZ下超声处理26min，然后加入氢氧化钠溶液调节淀粉乳的pH值为8，向pH值为8的淀粉乳中分别加入0.036g硫酸亚铁和5.5g过氧化氢得到混合淀粉乳a；

（4）将上述制得的混合淀粉乳a放入46℃的水浴振荡器中以20mm的振荡幅度, 150rpm的振荡速率，振荡反应3h后取出得混合淀粉乳b；

（5）向上述制得的混合淀粉乳b中加入与混合淀粉乳b体积比为1.1:1的无水乙醇，静置1.4h、抽滤、干燥得甘薯氧化淀粉。

（6）检测上述制得的甘薯氧化淀粉的羧基含量及透光率见表1。

实施例3

（1）选择新鲜甘薯，清洗、去皮、切块、打浆、过滤、滤液静置后洗去上清液，洗涤、干燥得到甘薯淀粉；

（2）称取32g甘薯淀粉，然后加入68ml去离子水，制得质量分数为32%的淀粉乳；

（3）将上述制得的淀粉乳在频率为40kHZ下超声处理28min，然后加入氢氧化钠溶液调节淀粉乳的pH值为11，向pH值为11的淀粉乳中分别加入0.032g硫酸亚铁和4g过氧化氢得到混合淀粉乳a；

（4）将上述制得的混合淀粉乳a放入47℃的水浴振荡器中以20mm的振荡幅度, 150rpm的振荡速率，振荡反应6h后取出得混合淀粉乳b；

（5）向上述制得的混合淀粉乳b中加入与混合淀粉乳b体积比为1.3:1的无水乙醇，静置1.2h、抽滤、干燥得甘薯氧化淀粉。

（6）检测上述制得的甘薯氧化淀粉的羧基含量及透光率见表1

实施例4

（1）选择新鲜甘薯，清洗、去皮、切块、打浆、过滤、滤液静置后洗去上清液，洗涤、干燥得到甘薯淀粉；

（2）称取30g甘薯淀粉，然后加入70ml去离子水，制得质量分数为30%的淀粉乳；

（3）将上述制得的淀粉乳在频率为40kHZ下超声处理30min，然后加入氢氧化钠溶液调节淀粉乳的pH值为10，向pH值为10的淀粉乳中分别加入0.03g硫酸亚铁和4.5g过氧化氢得到混合淀粉乳a；

（4）将上述制得的混合淀粉乳a放入50℃的水浴振荡器中以20mm的振荡幅度, 150rpm的振荡速率，振荡反应4h后取出得混合淀粉乳b；

（5）向上述制得的混合淀粉乳b中加入与混合淀粉乳b体积比为1.5:1的无水乙醇，静置1h、抽滤、干燥得甘薯氧化淀粉。

（6）检测上述制得的甘薯氧化淀粉的羧基含量及透光率见表1。

实施例5

（1）选择新鲜甘薯，清洗、去皮、切块、打浆、过滤、滤液静置后洗去上清液，洗涤、干燥得到甘薯淀粉；

（2）称取30g甘薯淀粉，然后加入70ml去离子水，制得质量分数为30%的淀粉乳；

（3）将上述制得的淀粉乳在频率为40kHZ下超声处理30min，然后加入氢氧化钠溶液调节淀粉乳的pH值为10，向pH值为10的淀粉乳中分别加入0.03g硫酸亚铁和4.6g过氧化氢得到混合淀粉乳a；

（4）将上述制得的混合淀粉乳a放入50℃的水浴振荡器中以20mm的振荡幅度, 150rpm的振荡速率，振荡反应4.5h后取出得混合淀粉乳b；

（5）向上述制得的混合淀粉乳b中加入与混合淀粉乳b体积比为1.5:1的无水乙醇，静置1h、抽滤、干燥得甘薯氧化淀粉。

（6）检测上述制得的甘薯氧化淀粉的羧基含量及透光率见表1。

实施例6

（1）选择新鲜甘薯，清洗、去皮、切块、打浆、过滤、滤液静置后洗去上清液，洗涤、干燥得到甘薯淀粉；

（2）称取31g甘薯淀粉，然后加入69ml去离子水，制得质量分数为31%的淀粉乳；

（3）将上述制得的淀粉乳在频率为40kHZ下超声处理29min，然后加入氢氧化钠溶液调节淀粉乳的pH值为9，向pH值为9的淀粉乳中分别加入0.034g硫酸亚铁和5g过氧化氢得到混合淀粉乳a；

（4）将上述制得的混合淀粉乳a放入49℃的水浴振荡器中以20mm的振荡幅度, 150rpm的振荡速率，振荡反应5h后取出得混合淀粉乳b；

（5）向上述制得的混合淀粉乳b中加入与混合淀粉乳b体积比为1.2:1的无水乙醇，静置1.3h、抽滤、干燥得甘薯氧化淀粉。

（6）检测上述制得的甘薯氧化淀粉的羧基含量及透光率见表1。

表1中各项指标的测定方法如下：

1.羧基含量测定：热糊滴定法

称取1.00 g甘薯原淀粉和1.00 g甘薯氧化淀粉分别置于100 ml的烧杯中。向盛有1.00g甘薯氧化淀粉的烧杯中加入10 ml盐酸，搅拌半个小时后抽滤，并用无CO₂、无N₂的去离子水清洗至无Cl^－为止（用硝酸银检测Cl^－是否存在）；向盛有1.00 g甘薯原淀粉的烧杯中加入无CO₂、无N₂的去离子水清洗数次，然后将洗涤干净的甘薯氧化淀粉和甘薯原淀粉分别转移至150 ml的三角瓶中，分别加入60 ml去离子水，之后将盛有甘薯氧化淀粉和甘薯原淀粉的三角瓶分别放入沸水浴中加热保温20分钟，进行糊化，糊化后分别滴入1%的酚酞作为指示剂，用0.1 mol/L的NaOH标准溶液进行滴定，当溶液呈现出淡红色且在30秒内红色不褪去，分别记录下消耗氢氧化钠的体积，淀粉中羧基的含量根据下式计算：

羧基含量（%）=

式中：V₁：滴定甘薯氧化淀粉消耗的氢氧化钠标准液的体积/ml；

V₂：滴定甘薯原淀粉所消耗的氢氧化钠标准液的体积/ml；

m₁：甘薯氧化淀粉的质量/g；

m₂：甘薯原淀粉的质量/g；

C ：氢氧化钠标准液的浓度/mol/L；

0.045 ：1 ml 1.000 mol/L氢氧化钠标准液所含的羧基的质量。

2.透光率测定

称取1 g甘薯氧化淀粉样品置于100 ml烧杯中，配成1%的淀粉乳；然后将烧杯置于沸水浴中以160rpm振荡速率振荡反应15分钟进行糊化，在此反应过程中，需要始终保持淀粉乳的体积不发生改变。将糊化后的淀粉乳取出冷却至室温，并以去离子水做对照参照，放入分光光度计WFJ 7200用1 cm比色皿在620 nm的波长下测定淀粉糊样品的透光率。

羧基含量和透光率，是评价氧化淀粉的重要指标，其中羧基含量与淀粉的氧化程度息息相关，而透光率的高低则体现了氧化淀粉透明度的高低。由表1可知，本发明制备的氧化淀粉具有较好的品质，氧化淀粉的羧基含量均在0.34%以上，而透光率均在90%以上，其中实施例5的羧基含量和透光率最高，氧化淀粉品质最好。

众所周知，氧化淀粉的氧化程度，主要受到氧化剂的用量、pH值、氧化反应时间等因素的影响。因此探索各因素的交互作用对氧化淀粉的影响从而来优化氧化淀粉的工艺参数具有十分重要的意义。响应面分析法作为研究几种因素之间交互作用的一种回归分析方法，已被广泛应用到生物、食品等领域，在此我们运用响应面分析法来研究了甘薯氧化淀粉的最佳工艺参数。

我们首先通过单因素试验得到了影响淀粉氧化的各因素水平范围，根据试验，我们优选30%的淀粉乳为原料，选用过氧化氢浓度、pH、反应时间为响应值，并使用Designexpert8.0软件，按照单因素的试验结果设计出了氧化淀粉正交试验因素水平编码表如下。

根据表2的氧化淀粉正交试验因素水平编码表，我们设计出17个试验点，这17个试验点包含了12个析因点还有5个零点，通过响应面优化实验得出各个实验点的羧基含量如表3所示和透光率如表4所示。

根据Design-Expert软件对上述试验所得数据进行多元回归分析，得到以淀粉氧化后样品中羧基含量（R）为目标的二次多项式回归方程如下：

R=0.38+1.766E-003*A-1.842E-003*B+6.106E-003*C-1.359E-003*A*B+3.267E-003*A*C+7.636E-004*B*C-0.013*A²-0.021*B²-6.878E-003C²

式中：A为过氧化氢浓度，B为pH值，C为氧化反应时间。

同理，应用Design-Expert软件对所得到的数据进行多元回归分析，得到以氧化后淀粉样品的透光率（T）为目标的二次多项式回归方程如下：

T=94.54+0.20*A-0.22*B+0.63C-0.10*A*B+0.30*A*C+0.050*B*C-1.35*A²-2.10* B²-0.59*C²

式中：A为过氧化氢浓度，B为pH值，C为氧化反应时间。

综合表3和表4及上述以羧基含量（R）和透光率（T）为目标的回归方程，我们对所得模型进行显著性检验和方差分析，分析结果如下。

综合表5和表6可知，羧基含量（R）为目标的回归方程模型P< 0.0001 ，模型的回归系数R²= 0.9813，失拟项P＝ 0.1248 > 0.05，透光率（T）为目标的回归方程P< 0.0001，模型的回归系数R²= 0.9839，失拟项P＝ 0.0693 > 0.05， 这表明本发明采用的试验方法可靠，回归方程可以很好地描述过氧化氢的浓度、pH、反应时间与氧化淀粉的羧基含量之间的关系。

最后我们使用Design expert 软件中的Numerical analysis方法以羧基含量（R）为目标的回归方程为基础，对氧化淀粉的工艺参数分别进行优化，优化所得的理论工艺条件为：过氧化氢质量分数为4.6% ，调节pH为10，反应时间为 4.5 h，理论上在该条件下生产的氧化淀粉中羧基的产量可以达到0.385476%，而实施例5在此工艺条件下实验测得的羧基含量的值为0.384672%，模拟值与实验值相差为0.000804%，这表明此方程能很好的拟合实际情况，氧化淀粉的制作工艺可以运用响应面法进行的回归分析和参数的优化。

同样的，以透光率（T）为目标的回归方程为基础，使用Design expert 软件中的Numerical analysis方法对氧化淀粉的工艺参数分别进行优化，优化所得的理论工艺条件为：过氧化氢质量分数为4.6% ，调节pH为10，反应时间为 4.5h，理论上在该条件下生产的氧化淀粉的透光率可以达到94.7391%，而实施例5在此工艺条件下实验测得的透光率值为94.7208%，模拟值与实验值相差为0.0183%，这表明此方程也能很好的拟合实际情况，氧化淀粉的制作工艺可以运用响应面法进行的回归分析和参数的优化。

综上可知：此甘薯氧化淀粉制备方法中优选的过氧化氢质量分数为4.6% ，pH值为10，反应时间为 4.5 h。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本构思的前提下，还可以做出若干改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种甘薯氧化淀粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）选择新鲜甘薯，清洗、去皮、切块、打浆、过滤、滤液静置后洗去上清液，洗涤、干燥得到甘薯淀粉；

（2）称取甘薯淀粉，然后加入去离子水，制得淀粉乳；

（3）将上述制得的淀粉乳进行超声处理，然后加入氢氧化钠溶液调节淀粉乳的pH值，向调节好pH值的淀粉乳中分别加入硫酸亚铁和过氧化氢得到混合淀粉乳a；

（4）将上述制得的混合淀粉乳a放入水浴振荡器中振荡反应后取出得混合淀粉乳b；

（5）向上述制得的混合淀粉乳b中加入无水乙醇，静置、抽滤、干燥得甘薯氧化淀粉。

2.如权利要求1所述的一种甘薯氧化淀粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中淀粉乳的质量分数为30～35%。

3.如权利要求2所述的一种甘薯氧化淀粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中淀粉乳的质量分数优选30%。

4.如权利要求1所述的一种甘薯氧化淀粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中超声处理时间为25～30min，超声频率40kHZ；pH值的范围为8～12，硫酸亚铁的加入量为淀粉乳中淀粉质量的0.1～0.12%，过氧化氢的加入量为淀粉和去离子水总质量的4～6%。

5.如权利要求4所述的一种甘薯氧化淀粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中pH值优选10，过氧化氢的加入量优选质量分数为4.6%。

6.如权利要求1所述的一种甘薯氧化淀粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中水浴振荡器的水浴温度为45～50℃，振荡幅度为20mm，振荡速率为150rpm；反应时间为2～6h。

7.如权利要求6所述的一种甘薯氧化淀粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中水浴振荡的反应时间优选4.5h。

8.如权利要求1所述的一种甘薯氧化淀粉的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中无水乙醇和混合淀粉乳b的体积比范围为1:1~1.5:1；静置时间为1-1.5h。

9.如权利要求1-8所述的任一方法制备的甘薯氧化淀粉。