芭蕉芋交联淀粉的制备及性质研究

芭蕉芋交联淀粉的制备及性质研究摘要：采用芭蕉芋淀粉为原料，以三偏磷酸钠为交联剂，对芭蕉芋淀粉进行交联以制备食品用交联芭蕉芋淀粉。以交联度为指标，硫酸钠用量、反应时间、反应温度和三偏磷酸钠用量为因素，采用正交试验设计进行交联反应的工艺优化，并对交联淀粉的理化性质和结构进行分析。实验结果表明：当硫酸钠加入量为15%，温度35℃，反应时间5h，三偏磷酸钠用量为0.5%时，淀粉的交联度最好；芭蕉芋交联淀粉在拉曼光谱中有明显的磷酸基团吸收峰，具有良好的冻融稳定性、抗老化性能力、凝胶质构特性和假塑性，可提高体系的弹性与剪切稳定性，为其在食品中应用提供理论依据。关键词：芭蕉芋；交联淀粉；三偏磷酸钠；光谱；性质研究1文献综述1.1芭蕉芋资源简介1.1.1芭蕉芋资源简介芭蕉芋别名蕉芋、蕉藕等，在四川等地区也有白金芋的叫法，归属于美人蕉科，这种草本植物属于多年生单子叶，最初的产地在南美州的热带和亚热带地区，大多生长在山地或者低地之中。现在我国云贵等地存在较广，并且具有以下特点，十分喜温光、抗逆性强、适应性强，以及高产量并且容易成活，同时用途广。在每年平均气温达到15℃以上，同时降水达到800mm以上，一些亚热带的地区都可以进行栽培【1-2】。1.1.2芭蕉芋淀粉简介因为它的根中还有大量的淀粉，所以从古至今一直被人们当做主要的食物，将他们进行加工制成粉丝，其味美耐煮，加之口感筋道，往往作为主要原材料，成为东南亚的一些国家最受欢迎的食品。除此之外，因为芭蕉芋可以作为高价值淀粉的原料，使其在食品工业和医药工业发挥重要作用，故而芭蕉芋在亚洲具有较好的市场前景【3】。另外芭蕉雨中淀粉含量较高，考虑其脂肪、灰分及蛋白质的含量较少，并且糊化的温度比较低、颗粒的直径较大，以及制成的淀粉糊具有较高的透明度，同时分子量大，以及能够快速成膜。而且因为它和马铃薯淀粉比较相似，所以应用的范围较为广。1.1.3芭蕉芋淀粉的应用在对芭蕉芋进行开发利用时，主要是通过提炼其中的淀粉，然后再将他们进行深度加工生产成粉丝或者粉条等产品。除此之外，芭蕉芋淀粉该可以制作成口服或者注射的葡萄糖等淀粉糖，还可以加工成味精或者代藕粉等各种各样的产品。在纺织业中芭蕉芋同样可以运用，将它制作成浆纱，并且有这种原料做出来的浆纱要比其他的更具有光洁度，以及粘结度更高。再者，芭蕉芋淀粉还可用于鞋帽造纸等轻工业，以及文化用品的生产加工。然而芭蕉芋淀粉现在大部分以手工作坊生产为主。我国其他的一些生产基地在选址方面，大都选择在黔西南地区，虽然在广西地区种植了大量的芭蕉芋，但是只将他们用来制成饲料，或者粉丝等一些的手工生产【4】，并没有形成大规模的工业化生产链。1.2交联淀粉和交联淀粉制作方法概述1.2.1交联淀粉简介交联淀粉是指原淀粉分子中羟基与含n元(n≥2)官能团化合物形成二酯键或二醚键的多网络结构的物质【5】。和一些较纯的淀粉相比之下，交联淀粉具有更高的糊化温度，并且具有更大的黏度和平均分子量，以及热稳定，同时具有较强的耐热以及耐酸性，不会轻易被酶降解。除此之外，颗粒的溶解度比较低，不容易扩张。所以他被广泛的应用到纺织造纸，以及其他的一些领域有着广泛应用。淀粉经过交联后既能保持原有的颗粒形状，又能在原有基础上减小颗粒大小，交氢键连接了联淀粉各个分子。交联淀粉的交联度直接影响到它的黏度，以及糊化温度：当交联度较低的时候，和原来的淀粉相比黏度及糊化温度，都比交联淀粉高，若将其持继续进行加热，那么它的黏度也会随之上升，将它进行冷却后，黏度这明显高于原来嗯淀粉糊；经过加热后的高交联度的交联淀粉，不会发生糊化或者膨胀。原淀粉通过环氧氯丙烷交联剂制得的交联淀粉具有化学稳定性好，酶不会轻易对其进行降解，具有较强的抗剪切以及耐酸碱性。交联淀粉如果经过三偏磷酸钠以及三氯氧磷交联剂制得的耐酸性会极其的强，但是耐碱性就较弱【6】。1.2.2交联淀粉的制备及性能在制备淀粉的过程中，制备原料中种类、交联剂的用量以及种类的选取、交联反应的温度与时间，以及在整个的反应过程中，添加一些和硫酸钠以及氯化钠近似的中性盐用量以及反应pH值都会影响交联效果；交联淀粉的制备原料很多，常见的有马铃薯、甘薯、红薯、小麦和玉米都能制作交联淀粉，本文中所提到的芭蕉芋因为其丰富的淀粉含量同样可以制作。交联淀粉的原料种类十分丰富，因此对于不同原料，交联剂的选择也相应不同。现在常见的交联剂主要有单磷酸钠、三聚磷酸钠、笔者所使用的三偏磷酸钠和三氯氧磷等。其中三偏磷酸钠因为本身可作为食品添加剂祈祷分散保水，质构改良等作用，同时因为其安全无害，所以常被用于食品用交联淀粉【7】。因原料及交联剂的选择组合丰富多样，因此交联淀粉的制备有很多的不同，但大体步骤基本相似，即需要将一定量的淀粉溶于适量的碱性溶液中，置于水浴锅中并不断搅拌，并将交联剂溶于适量碱液中，及时加入到锥形瓶内。到达反应时间后用盐酸标准溶液调pH，再进行过滤、洗涤、离心、干燥等即可获得所制备的交联淀粉。曹苏文等【8】人员主要利用板栗淀粉，将其作为原料同时加入三氯氧磷交联剂，最终制得板栗交联淀粉，对并且对它进行相应的研究。最终通过分析可以得到以下结论，随着不断增大淀粉的交联度，直接影响到淀粉糊的透明度以及溶解度，同时膨润力也受到一定程度的影响，都成下降的趋势下降，但是也有明显有几方面明显增强，比如抗剪切力、冻融稳定性，以及抗酸和抗老化性，这都很好的说明了淀粉在生产加工中稳定性增强。唐洪波等【9】以三偏磷酸钠为交联剂，在制作甘薯交联淀粉的时候，要选择甘薯淀粉作为原料，低、中、高三个级别的并交联度，呈现出不同粘度、透明度、凝沉性，以及膨胀度。对这些现象进行研究结果表明：当淀粉的交联度处于较低的状态时，反而增加了淀粉峰值粘度以及冷糊粘度相，这说明淀粉的热糊以及冷糊都具有很强的稳定性；淀粉交联程度处于中等时，淀粉起糊温度有所提高，而峰值粘度有所降低；淀粉交联程度较高时甚至不会糊化。综合上所述不难得出，能够有效的对原淀粉的透明度、膨胀度以及溶解度进行降低，从而增加了凝沉性；除此之外，并没有明显改善淀粉糊的冻融稳定性。胡磊【7】等一下研究人员利用甘薯淀粉，制作出可以食用的甘薯交联淀粉，同事加入三偏磷酸钠为交联试剂，，低、中、高三个级别的并交联度，呈现出不同粘度、透明度、凝沉性，以及膨胀度。经过研究最后得出相关结论：对于低交联度的淀粉而言，它的淀粉峰值的粘度以及冷糊粘度都会在一定程度上得到增加，提高淀粉糊的热糊，以及冷糊的稳定性；对于中、高的交联程度，提高淀粉的起糊温度，降低粘度，高程度时不会糊化。交联淀粉降低淀粉的透明度、以及膨胀度，增加交联淀粉糊凝沉性；并没有改善淀粉冻融稳定性。李妍等【10】的原料是木薯淀粉，选择环氧氯丙烷为交联剂制备交联淀粉。分析试验结果发现采用此种方法交联后，在保持木薯交联淀粉一定的透明度的前提下，使得制得的木薯交联淀粉同时具有良好的抗剪切性能和抗酸及抗老化能力。路志芳等【11】以小麦淀粉为原料，使用环氧氯丙烷为交联剂制作小麦交联淀粉，对实验获得的淀粉实施性能检测，根据检测结果可以得知：通过实验获得的小麦交联淀粉较原有淀粉的抗老化功能更强大，关系程度介于低端与中端的小麦交联淀粉在冻融稳定性能上有了显著增强。1.2.3交联淀粉的应用【6】交联淀粉因其特殊的性能具有多方位的应用，在食品、医药、纺织、环境污染及复合材料等方面都有非常广泛的应用。（1）食品行业的应用考虑到交联淀粉有较好的冻融稳定性和冷冻稳定性，所以可以将其使用在冷冻食品之中。该淀粉具有良好抗低温与抗反复冻融的能力，以上状态均不能破坏其内部结构。此外，交联淀粉广泛应用在饮食业，如作为调味品或油炸食物的原材料。曹苏文等人通过研究得出板栗的交联淀粉可在饮品业中发挥作用。李新华等人将原有淀粉与交联淀粉、磷酸酯淀粉与羟基淀粉进行复配，获得了新的复配淀粉，该淀粉品质优良，可广泛应用在火腿肠的加工之中，增强其口感。复配淀粉在与蛋白、肌肉糅合时黏合性很强，根据这一特性，它也被广泛应用于凝胶、增稠。（2）医药行业的应用交联水平较强的交联淀粉的黏稠性较差，因此加热时不会产生糊的现象，它无色无味无毒，并且的生物交融性较强，因而被用于手术用手套的润滑剂等。（3）纺织业的应用交联淀粉稳定与否与交联程度，纤维的粘稠程度，薄膜的性质，退浆性、被分解者分解的特性密切相关，但对淀粉膜的生物降解特性和摩擦消耗反应较效。交联度恰当时，则淀粉的稳定能力，纤维粘稠度，薄膜耐弯曲程度和退浆性表现较好。较低的交联程度能增加淀粉在浆剂中的稳定程度。交联程度位于902一477脱水葡萄糖单位/交联的淀粉糊具有较恰当的黏合程度和上佳的上浆特质。（4）在环境污染处理中的应用交联淀粉在生物的分解和可再生方面具有独特的优势，其经羧甲基化后可以对重金属离子有效黏合。原淀粉交联虽改变了特征，但却仍是淀粉的范畴，然而其在糊化热、颗粒体系、吸附特性等维度与原有淀粉仍有较大差异，被改变特性后的热稳定性增强、吸热焓减少。使用酶解-交联的复合改性淀粉在黏合方面效果更好，它作为一种上佳的吸附物,可有效吸引汞金属等离子、色素、油脂等。（5）复合材料的应用在陶瓷的制作流程中，曹文等采用机械化学改性方法制得交联木薯淀粉代替可塑性粘土制坯体,可使建陶坯体、骨质瓷坯体和长石质瓷的抗折强度都有不同程度的提高。LinyaoZhou等利用交联玉米淀粉来制作生物可分解的抗外力的聚乳酸/聚乙醚酞胺/热塑型联合淀粉复合物质。交联淀粉在环保物质的研制方面同样有功效,氧化锌纳米颗粒(ZNP)和氧化锌纳米颗粒结合纳米粘土在“绿色”纳米复合材料戊二醛(GA)交联淀粉/黄麻织物的制备中作为加强剂。2引言芭蕉芋别名蕉芋、蕉藕等，在四川等地区也有白金芋的叫法，是美人蕉科美人蕉属多年生单子叶草本植物，原产南美州热带亚热带地区，常见于山地和低地之中。现在我国云贵等地存在较广，蕉芋喜温良环境、抗逆性强、对环境适应力强、产量较高、种植容易、应用较广，一般在年平均温度15℃或更高的地区、年降水大于等于800mm的亚热带季风气候区可之中，而芭蕉芋淀粉大多用于小手工作坊生产制作。而这类小手工作坊普遍分析在我国西南山区，在广西的芭蕉芋产量虽然较大，但仅仅是用于家畜食物和低端手工业方面，未被投入大规模的机器化生产。交联淀粉是原淀粉结构中羟基和含n元(n≥2)官能团化合物新生成的二酯键或二醚键的多网络结构的物体。与百分之百含量的淀粉相比，交联淀粉有更高的糊化温度，吸附度、平均分子量与在热环境下的稳定程度更高，这也就印证了它的耐热、耐酸特性好，被酶分解的能力弱，另外，交联淀粉的水溶性较差且遇水体积不易增大。根据此特性，其在造纸、饮品、医疗方面被广泛采用。该实验的原料选取的是元芭蕉芋淀粉，选择三偏磷酸钠作为交联剂来制成芭蕉芋交联淀粉，且使用了正交实验的方法对其制备工艺进行优化进而确定最优工艺组合，并对芭蕉芋淀粉及其交联淀粉的吸光度和冻融稳定性等性能进行检测，对淀粉糊的有关性质加以研究，希望能在芭蕉芋的研究开发和其淀粉的应用方面给予技术理论支撑。3选材及确定方法3.1试验材料3.1.1主要的原料芭蕉芋淀粉：贵州余江芭蕉淀粉厂；三偏磷酸钠（食品级）；溴化钾：光谱级；氢氧化钠、硫酸钠、盐酸、氯化钾均为分析纯等级。3.1.2试验设备及仪器:主要用到的仪器为:V-5100可见光分光光度仪，美国PerkinElmer公司制造的红外光谱仪以及我们通用的高转速台式离心机，德国Eppendorf公司；HR-1TA流变仪：美国TA公司；HH-S数显恒温水浴锅、101-1AB电热鼓风干燥箱：天津赛得利斯实验分析仪器制造厂；RVA-TecMaster快速黏度分析仪：瑞典波通仪器有限公司；PHS-3C型精密酸度计：上海大普仪器有限公司；CT3物性测定仪：美国Brookfield公司。3.2试验方法3.2.1交联淀粉制备工艺的优化（1）交联淀粉的制备【7】第一步首先是处理芭蕉芋淀粉，将其与水按照1/5的比例进行配置成乳浊态，随后放在水浴锅中进行恒温加热在此过程中需要不断的进行搅拌。第二步对上述配好的淀粉乳液调节pH数值，使其数值在10左右，调节pH数值选取的试剂是3%NaOH溶液，随后在此溶液中中加入一定质量分数的硫酸钠及交联剂三偏磷酸钠，让其进行充分的反应。第三步是在反应结束后用0.5mol/L的盐酸标准液在次进行调节酸碱性，此次调节的pH数值在6.0-7.0之间即可，随后将调节好的溶液进行离心，离心机的转速调节到4000r/min，经过15min后，最后需在55℃干燥箱中进行恒温干燥，经过6h后即可得到我们想要的交联淀粉样品。（2）测定交联度【12】经过查阅前辈的研究，我们可知在交联淀粉的交联度较低，很难直接进行相关测定，当交联度越大时，其物质越不容易进行沉降，由此我们可知为了使得到的数值更加的精准有效，此处我们采取的测量方法是通过测定沉降积来确定交联度。主要的测量步骤是，第一步我们用电子天平精确地称量0.5g芭蕉芋交联淀粉，在烧杯中用蒸馏水进行将其配成质量分数为2%的淀粉乳。第二步将配好的溶液放在82～85℃的水浴中加热2min，随后取出放至在室温下进行冷却。第三步进行离心，在两支离心管中分别装入10mL糊液，在4000r/min下离心2min，将离心后的上层清液倒入相同体积的离心管中，根据清液的体积进行我们可得知沉降的体积，分别对每一个样品进行三次平行检测。其中沉降的体积为10减去测得清液的体积。3.2.2交联淀粉性质的测定（1）拉曼光谱分析【13-14】通过拉曼光谱分析可以确定交联反应是否已经发生，试验过程中将芭蕉芋淀粉及制得的交联淀粉分别磨碎后过200目筛，进行拉曼光谱测定。（2）红外光谱分析通过红外光谱分析所制得交联淀粉与原淀粉之间化学间的差异，具体的实验过程是将待测的样品经过五个小时的干燥，干燥的温度要求在105℃，随后我们对干燥的物品进行压片成型，随后在1:200的比例下与溴化钾进行充分的混合，研磨。得到成品后将其放在红外光谱仪进行检测，设定的波数范围为4000-400cm-1，分辨率为1cm-1最终可得到产品的红外光谱图。（3）冻融稳定性测定【15】通过测定交联淀粉与原淀粉之间吸水率的关系，从而推测其冻融稳定性强弱，试验的具体流程为，第一步我们需要精准的称量一定的淀粉样品与在蒸馏水进行混合配置的成6%的淀粉乳，随后进行酸碱性的调节使得pH=10，随后放在水浴锅中进行加热30min，值得注意的是当水浴锅的温度到达95℃次才开始计时，随后进行冷却到50℃最终冷却到室温，最后一步近视进行离心分离，此方式同刚才用红外线进行测验的方法是一样的，不同之处就是此处的离心管需要用并用橡胶塞塞紧，先将将离心管放在－18℃冰箱内经过24小时候进行自然解冻在经过初步的处理后再将其放在离心机中进行离心，离心的转速为3000r/min大致进行15分钟即可，随后倒出离心管中的上清液称量余下的质量并取平均值计算平均值，即得析水率，最终比较不同淀粉样品的析水率。式中：m1为离心管的质量，g；m2为离心管加淀粉糊的质量，g；m3为离心后离心管加沉淀物的质量，g。（4）透明度测定【16】淀粉糊的透明度可以直接反映淀粉分子与水分子间亲和力的强弱，具体的检测过程如下，首先我们需要配置相同质量分数的乳浊液，只有指在质量分数相同的情况下我们测定的数据才具有可比较性，此处原淀粉和交联淀粉的设定值为1%，同样的需要将二者的pH值调节到10，第二步在100摄氏度的水浴锅中进行加热30min，下一步将将热的样品取出进行冷却达到室温即可，此次的参照液体就是蒸馏水，对两者进行吸光度的测量，选取测定的具体位置为650nm处，至少测量三次，以便使我们得出的结论更加精准。（5）凝胶性分析【17-18】淀粉的凝胶性主要影响着淀粉的硬度、弹性、咀嚼性及内聚性，此处测量淀粉的凝胶性的操作流程为，第一步制备乳浊液，将原淀粉和交联淀粉的质量分数确定在6%，带两个混合均匀后在100摄氏度的水浴锅中进行长达30分钟的加热，下一步进行冷却并密封起来在4℃条件下冷藏24h。随后进行。质构测定采用的模式是TPA，探头用TA5，无论是测试前，测试中，还是测试后此过程的速度都要保持在1.0mm/s，压缩程度需要达到40%；触发力为5g（6）淀粉糊RVA分析【19-20】此方法是通过测定两者的崩解值和回生值，进一可以帮助我们推测出热糊稳定性和冷糊稳定性强弱，第一步配置质量分数为6%的悬浮液，利用高端的方法Standard2在快速黏度分析仪中进行测量。具体的简述为在最初的50℃中保温1分钟及快速的进行升温，在8分钟内温度要从50℃升高到95℃，随后以升温的速度进行降温到50℃，讲过2分钟的稳定后进测定，测定对交办的要求是在前10s搅拌速率为960r/min，而后以160r/min进行检测。（7）流变性测定【21-23】通过流变性测定分析其体系剪切稳定性，此过程同样是配置6%的样品，混合均匀后进行加热，持续30分钟后取出进行冷却，最后可进行平板-平板的测量系统尽心检测，平板直径40mm，设置间隙1mm。测量方法分为两种一种是静态流变特性测量，另一种是动态的，两者的设定条件是不相同的。前者的温度设定为25℃，剪切速率从0～300s－1递增随后是递减，此时实验我们采用的是幂定律模型对静态剪切数据点进行回归拟合方程式为：其中式中字母分别代表的是：τ为剪切应力/Pa；γ为剪切速率/s－1；n为流体指数；K为稠度系数/（Pa·sn）。 后者与前者设的温度是一致的，不同处在于扫描应变值设定为1%，测定振荡频率设为0.1～10Hz内贮能模量（G’）、损耗模量（G”）、损耗角正切tanδ这样我们可以根据角频率的波动，及时的检测出样品的黏弹性。4结果与分析4.1交联淀粉制备4.1.1反应过程中的因素对制备交联淀粉的影响(1)硫酸钠的量对制备交联淀粉的影响我们通过具体的实验测定来得出相应的结论，具体的实验过程如下：第一步我们精准称量8g淀粉，将其置于40℃的温度下进行反应达2个小时，在0.3%食品级三偏磷酸钠中加入不同质量分数的硫酸钠进行测定，此处我们取得硫酸钠的质量分数分别为0%、5%、10%、15%、20%。我们得出芭蕉芋交联淀粉的沉降积测定结果具体的情况见图1所示。值得注意的是为了防止淀粉在较特殊条件下发生糊化，通常在可以在最初的制备过程中加入一些中性盐。此外在反应的过程一些指定的中性盐可以能促进交联反应进行，指定的中性盐一般为硫酸钠或氯化钠，加入硫酸钠的作用主要是增加渗透压的作用和电荷的作用，。这样可以促进水溶液中的交联剂STMP进入淀粉内部，使反应进行的更加深入，并且用量越大效果越明显【7】。观察图1我们可以清楚的看到在淀粉沉积量的变化情况。（2）温度对制备交联淀粉的作用不同的温度我们制备出的淀粉的弹性、硬度是不同的，具体温度在交联淀粉的影响是怎样的我们通过如下的具体实验进行相关的验证：首先是取样品，此处称量8g淀粉，10%硫酸钠反应时间2h，0.3%食品级三偏磷酸钠，我们通过控制反应进行的温度来测定最终样品沉积量，此处温度的设定分别取25℃、35℃、45℃、55℃。芭蕉芋交联淀粉的沉降积测定结果如图2所示，从图中我们可以清楚的看出当温度处于45℃以下时升温会促进反应的进行，到45℃时达到最大值，产品交联度最高，随之温暖的继续升高我们可以看出交联度呈现下滑的趋势。产生此现象的原因是随着温度的升高，淀粉的分子扩散速度加快，但是温度过高的情况下会使淀粉糊化。为了使得我们的收率更好，在接下来的研究中我们将温度设定在40℃左右尽心优化。（3）反应时间对交联淀粉制备的影响反应进行的时间长短不同也会对交联淀粉的制备产生一定的影响。具体的验证过程如下，最初的准备工作同上，不同于上面的过程是在时间的设定方面，此处我们在1h、2h、4h、6h、8h时分别进行测量沉降积，具体的结果见图3，我们清晰的看出在反应超过6h后，随着反应时间的增加，沉降积逐渐增大，交联度呈下降趋势。为进一步优化条件，选取靠近峰值5h的三个水平进行正交试验。（4）三偏磷酸钠用量对交联淀粉制备的影响：第一步的制备方式同上，只是在添加三偏磷酸钠上有所不同，此处我们取质量分数为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%三偏磷酸钠，进行测定，具体的结果见图4。我们从图中可得知在其余条件都相同的情况下，当三偏磷酸钠用量超过0.5%.时，随着其用量的增加，产品交联度变化甚微。为进一步优化条件，选取靠近峰值0.4%的三个水平进行正交试验。图1硫酸钠用量对芭蕉芋交联淀粉图2反应温度对芭蕉芋交联淀粉沉降积的影响沉降积的影响Fig.1EffectofsodiumsulfatedosageonFig.2Effectoftemperatureonsedimentationsedimentationofcannacross-linkstarchofcannacross-linkstarch图3反应时间对芭蕉芋交联淀粉图4三偏磷酸钠用量对芭蕉芋交沉降积的影响联淀粉沉降积的影响Fig.3EffectoftimeonsedimentationFig.4Effectofcrosslinkingagentamountonofcannacross-linkstarchsedimentationofcannacross-linkstarch4.1.2正交试验方案与结果依据单因素试验的结果，以沉降积为检测指标，进行L9（34）正交试验，因素水平见表1，结果见表2。表1正交试验因素水平表Table1Leveltableoforthogonaltestfactor水平A硫酸钠用量（%）B反应温度（℃）C反应时间（h）D交联剂用量（%）15352.00.3210404.00.4315456.00.5表2正交试验设计与结果Table2Designandresultsoftheorthogonalexperiments实验号A硫酸钠用量（%）B反应温度（℃）C反应时间（h）D交联剂用量（%）沉降积（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由表中极差值R值可看出：在这4种因素中，硫酸钠用量和反应时间对交联淀粉沉降积影响最大，其次为交联剂用量，影响最小的是反应温度，从上述表格中我们呢通过统计计算等方式可以的得出最优水平为A3B1C2D3，通过此数据我们可以得知交联淀粉制备的最好的条件是，硫酸钠加入量为15%，温度35℃，反应时间5h，三偏磷酸钠用量为0.5%。4.2结构表征4.2.1拉曼光谱分析图5芭蕉芋淀粉拉曼光谱图Fig.5Ramanspectrogramofcannaedulisstarch图6芭蕉芋交联淀粉拉曼光谱图Fig.6Ramanspectrogramofcross-linkedcannaedulisstarch（1）原淀粉（2）交联淀粉图71000cm-1附近放大的拉曼光谱图Fig.7AmplifiedRamanspectrogramnear1000cm-1由图5、图6可知，芭蕉芋淀粉经过交联后，其主要吸收峰并未发生变化。在有机磷化合物中P-O-C的伸缩拉曼峰在970-1050cm-1之间。从上图中我们不观察出难交联淀粉在1000cm-1附近出现小的吸收峰，刚好是是P-O-C的伸缩拉曼峰。据此可以推断交联反应已经发生，产物是交联芭蕉芋淀粉。4.2.2红外光谱分析图8芭蕉芋原淀粉与交联淀粉红外光谱图Fig.8Infraredspectrogramofcannaedulisrawstarchandcross-linkedstarch芭蕉芋淀粉与其交联淀粉的红外光谱见图8，通过观察图8我们可以看出我们最后的产物与原样品在官能团上并没有发上很大变化。没有新峰产生。从图中我们可以看到在3500-3300cm-1，2923cm-11160cm-11082cm-11020cm-1处所代表的官能团分别为：羟基的伸缩振动、-CH2的伸缩振动峰，和叔醇、仲醇、伯醇的C-O键的伸缩振动吸收峰。860cm-1、576cm-1处是-CH2的摇摆振动特征吸收峰。从上述的图中我们不难进行初步的确定三偏磷酸钠交联淀粉的红外图谱与原淀粉图谱相似，我们可以轻松的得知此过程并没有产生新的化学键。其中交联反应连接上的磷酸酯基团和芭蕉芋淀粉中天然存在的磷酸基团在红外图谱上所产生的峰互相重叠，从图中我们还不难看出两者的冯间的距离是非常小的。可推断出这两种淀粉分子中的羟基数目以及所处化学环境变化还很小【24】，商菊清【25】等都显示出未改性淀粉和交联淀粉的化学键大体一致，所以在吸收峰波数方面差别不大。4.3性能测定4.3.1冻融稳定性及透光度分析表3淀粉析水率及吸光度Table3Waterseparatingproportionandabsorbanceofstarch样品析水率%吸光度原淀粉39%0.749交联淀粉24%1.271由表3可知，芭蕉芋交联淀粉与原淀粉相比析水率有了显著降低（P<0.05），表现出了良好的冻融稳定性。在曹苏文【8】的研究中表明交联淀粉均可显著降低析水率，但是高交联度淀粉则与此不相同，它因为其原物质就是一个高分子，本身化学键就相对来说较多，这样它的键比较牢固不容易断裂，使得其析水率相对较高。淀粉糊的吸光度主要反映的是淀粉分子的吸水能力。在它的吸光度的较高的情况下它对水的吸收能力是较弱的。最为直观的数据在表3中，通过观察及分信息数据我们可知与芭蕉芋原淀粉糊相比，交联芭蕉芋淀粉糊的吸光度明显增大（P<0.05），之所以会出现这样的现象是因为交联剂可以使得淀粉颗粒紧密的结合在一起，这样使得物质的结构会很紧密，分子结构较原淀粉难溶胀，溶解度变小，反应为吸光度增大【11】。4.2.2凝胶性分析表4淀粉凝胶质构参数Table4Textureparametersofstarchgels样品硬度/g弹性/mm胶着性/g咀嚼性/mJ内聚性原淀粉160.00±18.008.49±0.5154.00±6.002.56±0.830.35±0.03交联淀粉197.50±11.0013.38±0.8132.00±3.503.80±1.300.57±0.02由表4可以得出，与芭蕉芋淀粉相比，所制得的交联淀粉凝胶在硬度、弹性、咀嚼性及内聚性上有显著（P＜0.05）增大，决定淀粉凝胶的硬度主要是所含的直链淀粉的数量的多少，含量大的，凝胶程度越强【26】。经三偏磷酸钠交联后，芭蕉芋淀粉颗粒间的联系更加紧密，形成了更为稳固的结构，进而增强了淀粉凝胶的强度和内聚性，同时也使得弹性和咀嚼性有了部分的提升。4.2.3淀粉糊RVA分析表5淀粉糊化特征参数Table5Pastingparametersofstarch样品峰值黏度/cP谷值黏度/cP最终黏度/cP回生值/cP崩解值/cP成糊温度/℃原淀粉294218092297488113371.22交联淀粉6696169253105463.55由表5可知，芭蕉芋淀粉在经过交联后，其各项糊化特性参数发生了明显的变化。交联过程我们可以将其看成是一种发上一种新的化学键的过程，此化学键在淀粉糊黏度稳定性和网络结构的强弱方面的作用是至关重要的。交联过程产生的是一共共价键，这样使得淀粉颗粒分子间的结合力较大不易与水分子进行结合，从而影响峰值的大小。交联淀粉的一个重要优点是崩解值小，在淀粉膨胀变大的过程中不容易破裂。而且他的回生值也得到了改善，适于作为食品增稠剂和稳定剂。4.2.4流变性分析(1)静态流变性分析图9芭蕉芋淀粉静态流变曲线Fig.9Rheologicalcurvesofcannaedulisstarch表6芭蕉芋淀粉静态流变拟合曲线Table6Powerlawparametersforcannaedulisstarch样品上行线下行线K/(Pa·Sn)nR2K/(Pa·Sn)nR2原淀粉26.50020.47510.988612.84180.62010.9921交联淀粉12.69540.25820.99662.17640.56190.9816静态流变学是一种静态的处理方式，主要是凭借稳态剪切速率来测量样品，反映样品结构随剪切速率变化的规律。从图9我们可以看出，淀粉糊在流动中所需的剪切应力随剪切速率增大而增大，经过交联改性后淀粉糊的剪切应力较原淀粉小，这是因为交联作用使淀粉颗粒不能完全溶胀，淀粉分子无法充分伸展，导致剪切应力降低【27】。采用幂定律对曲线的数据点进行拟合，结果见表6。R2均大于0.98，表明拟合具有较高精度。K与增稠能力有关，K越大，增稠效果越好，交联淀粉的K低于原淀粉，表明交联淀粉增稠效果不强。这2种淀粉的n均小于1，表明交联淀粉并未改变流体性质，体系仍为假塑性流体，但是交联淀粉的流体指数n值降低，表明交联淀粉的假塑性增强，剪切易变稀【28】。由图9可知，交联淀粉的触变环面积减小，说明淀粉经交联后有助于提高体系的剪切稳定性。(2)动态黏弹性分析图10芭蕉芋淀粉及交联淀粉动态模量及tanδ随角频率变化曲线Fig.10Curvesofdynamicmodulusandtanδagainstangularfrequencyforcannaedulisrawstarchandcross-linkedstarch动态流变特性可反映淀粉糊动态模量变化情况，此数据能为食品加工厂提供有效的参考，弹性模量是一个潜在的数值，在需要的时候可以通过一定的过程恢复它的弹性。此外黏性模量在此过程也同样具有重要的作用。从图10中我们可以观察出，在一定的频率变化区间内，所有样品的贮能模量与损耗模量都稳定的增加，贮能模量始终大于损耗模量，交联淀粉的G’和G’’与原淀粉相比有明显提高。tanδ越大，体系流动性强，tanδ越小，弹性比例越大。所有体系tanδ随着扫描频率增加而降低，与原淀粉相比，交联淀粉能明显降低tanδ，因为淀粉中的交联键增强了凝胶网络结构，表明交联淀粉可显著提高其弹性性质水平【29】。5结论本实验的实验原料及实试剂是:芭蕉芋淀粉，三偏磷酸钠。实验的目的是制备出特性较好的交联淀粉，实验过程是采用控制单一变量的过程进行的，分别通过控制硫酸钠的用量、反应的温度、反应的时间和三偏磷酸钠用量来试验，根据沉降积为检测指标，进行L9（34）正交试验。由结果可知，硫酸钠用量和反应时间对交联淀粉沉降积影响最大，其次为交联剂用量，影响最小的是反应温度，并确定制备交联淀粉的最佳反应条件为：硫酸钠加入量为15%，温度35℃，反应时间5h，三偏磷酸钠用量为0.5%，采用此工艺制得的交联淀粉沉降积最小，交联度最高。(2)对芭蕉芋淀粉及制得的交联淀粉进行理化性质的分析及拉曼和红外光谱测定，结果表明，交联淀粉在拉曼光谱中有明显的磷酸盐吸收峰，表明确实通过三偏磷酸钠产生了交联作用，在红外光谱中则不太明显。交联淀粉的冻融稳定性及凝胶质构特性上较原淀粉有很大提高，透光率则低于原淀粉。在糊化特性分析中，交联淀粉因产生交联使得峰值降低，崩解值和回生值也低于原淀粉，说明交联淀粉有良好的热糊稳定性及冷糊稳定性。在流变分析中可知，交联淀粉的假塑性增强，剪切易变稀，淀粉经交联后有助于提高体系的剪切稳定性，显著提高其弹性性质水平。参考文献：[1]何彩梅，余炳锋，唐政.芭蕉芋淀粉提取工艺与直链淀粉分离纯化研究[J].广东农业科学，2012，22:107-108.[2]姜毅，雷光鸿，王元春.芭蕉芋淀粉的性质及生产工艺探讨[J].轻工科技，2017，2(2):16-17.[3]杨芳，王平华，谢世清等.芭蕉芋淀粉糖化发酵工艺研究[J].西南农业学报，2004，17(2):231-234.[4]ThitipraphunkulK，UttapapD，PiyachomkwanK，etal.Acomparativestudyofediblecanna(Cannaedulis)starchfromdifferentcultivars.PartI.Chemicalcompositionandphysicochemicalproperties[J].CarbohydrPolym,，2003，53:317-324.[5]罗勤贵．变性淀粉的生产与应用现状[J]．粮食加工，2006，31(6):50-53．[6]曹咏梅，曹志刚，曹志强等.交联淀粉的性质、应用及市场前景[J]．大众科技，2016，18(5):26-30.[7]胡磊，吴磊，高群玉.食用交联甘薯淀粉制备与性质研究[J]．粮食与油脂，2010，05:25-30.[8]曹苏文，周凤娟，杨玉玲等.板栗交联淀粉的制备和性质研究[J]．河南工业大学学报，2014，35(2):67-72.[9]唐洪波，李艳平，董四清等.交联淀粉的制备与性能[J]．淀粉工程，2013，09:69-72.[10]李妍，罗伟鸿.木薯交联淀粉的制备与性质研究[J]．食品工业科技，2009，34(6):138-141.[11]路志芳，袁超，陈现臣等.小麦交联淀粉制备及淀粉性质研究[J]．江苏农业科学，2016，44(5):343-346.[12]张友松.变性淀粉生产与应用手册[M]．北京：中国轻工业出版社，1999．[13]