普通玉米淀粉（精选八篇）
普通玉米淀粉 篇1
关键词：湿热处理,普通玉米淀粉,淀粉特性,抗性淀粉
湿热处理(HMT)是淀粉在低水分含量(不大于30%)下的热处理过程，作为一种淀粉的物理改性技术，近年来是国内外食品界的研究重点之一。
湿热处理对淀粉特性的影响随淀粉的来源、种类以及处理条件的不同而有所不同。对玉米淀粉湿热处理研究发现，经处理后，玉米淀粉颗粒形貌和大小与原淀粉相比基本没有变化;结晶度下降，X-射线衍射峰强度增强，但依然为A-型晶型;溶解度和膨胀度都降低;糊化起始温度To、峰值温度Tp和终止温度Tc升高，糊化温度增大，糊化焓降低;峰值黏度、破损值、最终黏度降低。但是对湿热处理后抗性淀粉(RS)含量的变化却较少报道。本研究以普通玉米淀粉为原料，以湿热处理时淀粉水分含量、处理时间和处理温度为试验因素，研究湿热处理条件对玉米淀粉特性的影响，旨在为玉米淀粉湿热处理改性以及抗性淀粉制备提供理论依据。
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
普通玉米淀粉：西安国维淀粉厂，优级。
耐高温α-淀粉酶(Sigma A4551, 500～1 500U/mg);糖化酶(北京奥博星生物技术有限责任公司，10万U/g)。
盐酸、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钾、磷酸二氢钾、冰醋酸、3, 5-二硝基水杨酸(DNS)，均为分析纯。
1.2 仪器和设备
DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏试验设备有限公司;Spectrum 721型可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司;ESJ200-4电子天平，沈阳龙腾电子有限公司;SHA-C恒温振荡水浴锅，常州国华电器有限公司;雷磁PHS-3C精密pH计，上海精密科学仪器有限公司;KDC-40低速离心机，科大创新股份有限公司中佳分公司。
1.3 试验方法
1.3.1 淀粉湿热处理方法
称取一定的淀粉样品置于玻璃容器中，加入适量蒸馏水，调整水分含量至设计水平，在加水过程中搅拌以使淀粉与水混匀。将玻璃容器密封，室温下放置24h，待淀粉水分达到平衡后，将玻璃容器置于干燥箱中，按试验设计方案进行湿热处理。待处理完毕后，自然冷却，粉碎，过100目筛，备用。
1.3.2 溶解度（SA）和膨胀度（SP）测定
称取0.5g (db)样品，放入45mL离心管中，加入40mL蒸馏水，振荡后分别于55、65、75、85、90℃振荡水浴30min，取出冷却至室温，4 000r/min离心15min。倒出上清液，在130℃下干燥至恒重。
式中：A为上清液中溶出物质量，g;W为样品干质量，g;P为离心管中沉淀物质量，g。
1.3.3 透明度测定
配制质量浓度为0.01kg/L淀粉乳，在沸水浴中加热搅拌30min，并不时加入沸蒸馏水以保持淀粉糊原有质量，然后冷却至室温。以蒸馏水为空白，在620nm下测定淀粉糊的透光率。
1.3.4 抗性淀粉含量的测定
采用TSA法测定。
葡萄糖标准曲线的制备：葡萄糖标准溶液和水以一定比例混合，配成不同梯度的标准溶液(0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mg/mL)，随后加入1.5mL DNS，沸水浴5min，冷却，定容至20 mL，以空白调零，在540nm下测取吸光度，建立吸光度y与葡萄糖含量x的回归方程：y=0.2804x-0.0041 (R2=0.9988) 。
由水解液中还原糖含量计算抗性淀粉含量：
式中：A1为样品中还原糖含量，mg;A0为空白中还原糖含量，mg;V0为定容体积，mL;V1为测定时取用液的体积，mL;M为样品干质量，g。
1.3.5 湿热处理因素分析
1.3.5. 1 处理温度对玉米淀粉特性的影响
固定湿热处理淀粉水分含量为30%，处理时间为16h，处理温度设计100、120、130℃3个水平，研究湿热处理温度对淀粉特性的影响。
1.3.5. 2 处理时间对玉米淀粉特性的影响
控制湿热处理淀粉水分含量为30%，处理温度为100℃，设计处理时间为6、10、16h 3个水平，研究湿热处理处理时间对淀粉特性的影响。
1.3.5. 3 水分含量对玉米淀粉特性的影响
固定湿热处理温度为100℃，处理时间为16h，设计淀粉水分含量为15%、20%、30%3个水平，研究湿热处理水分含量对淀粉特性的影响。
2 结果与分析
2.1 湿热处理对溶解度和膨胀度的影响
由图1、图2和图3可知：随着温度的升高，原淀粉、所有湿热改性淀粉的溶解度和膨胀度均呈上升趋势。湿热处理因素对淀粉溶解度和膨胀度有影响，处理后的淀粉溶解度和膨胀度低于原淀粉，特别是高温(≥85℃)下差异更为明显。
湿热处理过程中，在热能和水分的共同作用下，淀粉中支链淀粉的分支结构可能发生断裂或者是较长的直链淀粉变成了较短的直链淀粉，产生了比原淀粉含量多的直链淀粉，从而引起淀粉溶解度和膨胀度降低。湿热处理过程中直链淀粉-脂质复合物的形成也能降低溶解度和膨胀度。湿热处理引起无定形区中形成新的微晶，颗粒内部的键变强，双螺旋结构结合更加紧密，使得溶解度和膨胀度降低。
2.2 湿热处理对透明度和抗性淀粉含量的影响
注：不同字母代表差异显著，P<0.01。下同。
由表1、表2和表3可知：湿热处理后淀粉的透明度显著低于原淀粉。随着处理温度的升高，处理时间的延长，淀粉水分含量的增加，淀粉透明度逐渐降低。
改性后玉米淀粉透明度降低，分析原因可能是在高温情况下，由于水分与热能的相互作用，破坏了支链淀粉的α-1, 6键，同时使α-1, 4键也发生裂解，造成结构改变，引起透光率的改变。高温引起部分淀粉转变成焦糊精，导致糊的透明度下降。这与徐忠等人对小麦、马铃薯和玉米淀粉的湿热处理研究结果一致。
2.3 湿热处理对抗性淀粉含量的影响
抗性淀粉(Resistant Starch, RS)是指不能被正常人体小肠吸收但能被大肠微生物菌群部分或全部发酵利用的淀粉。研究认为，抗性淀粉是由直链淀粉形成双螺旋，再由双螺旋堆积形成B形结晶，因此原料中直链淀粉含量的提高有利于抗性淀粉的形成。湿热处理条件对抗性淀粉含量影响见表1、表2、表3。
由表1可知：湿热处理前后抗性淀粉含量有极显著差异，处理温度越高，抗性淀粉含量越大。由于足够高的温度，使淀粉粒结构发生变化，释放出直链淀粉分子。直链淀粉与脂类形成的直链淀粉-脂复合物在95℃左右解离，释放出直链淀粉分子，使抗性淀粉含量显著增加;在120℃以上，淀粉分子从淀粉粒中游离出来，且呈无序状态，使直链淀粉分子更容易接近，有利于抗性淀粉形成。但也有资料报道，温度过高也会导致淀粉分子过度降解，使产生的淀粉聚合度太小，不利于抗性淀粉的形成。
由表2可知：湿热处理时间显著影响抗性淀粉含量，抗性淀粉含量随湿热处理时间的延长呈先增加后减少趋势。湿热处理时，处理时间过短直链淀粉分子不利于接近;但延长时间，可能造成淀粉分子过度降解，产生了小的短直链淀粉，它们运动性较强烈，较难聚集，不利于形成抗性淀粉。
由表3可知：湿热处理水分含量对抗性淀粉含量有极显著影响，抗性淀粉含量随着水分含量的增加而增加。当水分含量较低时，不利于直链淀粉分子相互接近和形成结晶。
3 结论
(1)湿热处理温度、时间和水分对玉米淀粉特性有影响。湿热处理后，玉米淀粉的溶解性、膨胀度和透明度低于原淀粉。透明度随处理温度升高、水分含量增加、处理时间的延长而降低。
(2)湿热处理温度、时间和水分含量对抗性淀粉的含量有高度显著影响。随着处理温度升高、处理水分含量增加，抗性淀粉含量增加;延长处理时间，抗性淀粉含量先增加后减少。与压热法和酶法一样，湿热处理能够提高抗性淀粉的得率，可以作为一种新的生产抗性淀粉的方法。
参考文献
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[5]李素玲, 林志荣, 高群玉, 等.湿热处理对玉米淀粉性质的影响[J].粮食与饲料, 2010 (2) :19～21.
[6]徐忠, 缪铭, 王鹏, 等.湿热处理对不同淀粉颗粒结构及性质的影响[J].哈尔滨商业大学学报:自然科学版, 2005, 21 (5) :649～653.
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玉米淀粉含量及营养价值 篇2
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玉米淀粉又称玉蜀黍淀粉。俗名六谷粉。白色微带淡黄色的粉末。 将玉米用0.3%亚硫酸浸渍后，通过破碎、过筛、沉淀、干燥、磨细等工序而制成。普通产品中含有少量脂肪和蛋白质等。吸湿性强，最高能达30%以上。
一、玉米淀粉的含量
淀粉 88%～92%，水溶性物质 2.5%～4.5%，蛋白质 6%～10%，二氧化硫 0.035%～0.045%，脂肪 0.5%～10%，细渣 0.05～0.1克/升，灰分 0.2%～0.4%。
玉米淀粉含有较多的不饱和脂肪酸，对于人体内脂肪与胆固醇正常代谢、冠心病、动脉硬化、降低高血脂有食疗作用。美国医学会发现原住的美国人、印第安人没有一个患高血压、动脉硬化的`，后来发现他们食用的老玉米里含大量的卵磷脂、亚油酸、谷物醇、维生素E，所以未患高血压和动脉硬化。
二、玉米淀粉的营养价值
1、玉米是世界公认的“黄金作物”，其脂肪、磷元素、维生素B2的含量居谷类食物之首。
2、玉米面中含有亚油酸和维生素E，能使人体内胆固醇水平降低，从而减少动脉硬化的发生。
3、玉米面中含钙、铁质较多，可防止高血压、冠心病。
4、现代医学研究表明，玉米面中有丰富的谷胱甘肽，这是一种抗癌因子，在人体内能与多种
外来的化学致癌物质相结合，使其失去毒性，然后通过消化道排出体外。粗磨的玉米面中含有大量的赖氨酸，可抑制肿瘤生长。
5、玉米面还含有微量元素硒，硒能加速人体内氧化物分解，抑制恶性肿瘤。
6、玉米面中丰富的膳食纤维，能促进肠蠕动，缩短食物通过消化道的时间，减少有毒物质的吸收和致癌物质对结肠的刺激，因而可减少结肠癌的发生。
淀粉专用玉米——洛玉863 篇3
豫审玉2011005
选育单位
河南省洛阳市农业科学院
品种来源
L58673-1×KAC4-1
特征特性
“洛玉863”夏播生育期95～102天;株型半紧凑, 叶片数18～19片, 株高265～284厘米, 穗位高115～118厘米;幼苗芽鞘浅紫色, 第1叶尖端形状圆到匙形, 叶色深绿;雄穗分枝偏多, 雄穗颖片绿色, 花药黄绿色, 花丝绿色微红, 雌穗苞叶长度适中;果穗中间型, 穗长16.8～17.9厘米, 穗粗5.0～5.2厘米, 穗行数12～16行, 行粒数34.8～37.8粒, 穗轴白色;籽粒黄色, 半硬粒型, 千粒重326.8～363.7克, 出籽率87.9%～88.2%;籽粒品质达到普通玉米1等级国标, 淀粉发酵工业用玉米1等级国标, 饲料用玉米2等级国标, 高淀粉玉米2等级部标, 属于淀粉专用品种。经鉴定, 该品种抗大斑病、矮花叶病、弯孢菌叶斑病、茎腐病、瘤黑粉病, 中抗小斑病, 感玉米螟。
产量表现
“洛玉863”于2009年参加河南省玉米品种区试, 平均667平方米 (3 500株) 产量为596.6千克, 比对照品种“浚单18”增产13.9%, 居19个参试品种第1位;2010年参加续试, 平均667平方米 (4 000株) 产量为614.8千克, 比对照品种“郑单958”增产12.6%, 居20个参试品种第1位;2010年参加河南省玉米品种生产试验, 平均667平方米 (4 000株) 产量为585.2千克, 比对照品种“郑单958”增产9.7%, 居10个参试品种第1位。
适宜地区
玉米淀粉废水过滤的试验研究 篇4
玉米淀粉废水中COD和SS的含量很高[1], 试验主要从COD和SS 2个指标出发考察玉米淀粉过滤后的水质指标。
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 滤料
过滤试验中采用山东铝业公司研制的新型陶瓷滤料, 该新型陶瓷滤料是由赤泥、粉煤灰、煤矸石、劣质粘土等固体废物以及成孔剂、成型助剂和烧成助剂按比例配料、混料、成球、干燥及烧成制得的陶瓷滤球样品[2], 具有耐腐蚀、抗氧化、无毒性、硬度高、孔隙率和比表面积大等特点。陶瓷滤料的主要组分如表1所示, 其性能如表2所示。
1.1.2 COD测试器材
COD测试采用重铬酸钾法。实验器材为带250 mL锥形瓶的全玻璃回流装置、加热电炉及50 mL酸式滴定管等。
1.1.3 SS测试器材
SS测试采用滤膜法。实验器材为布氏漏斗、抽滤器、称量瓶、干燥器及0.45 μm尼龙滤膜等。
1.1.4 过滤装置
试验装置如图1所示。
试验装置依据直接过滤工艺的特点设计。配制好的原水经过人工搅拌混合均匀后直接进入滤柱。实验装置如图1所示。
注:陶瓷滤料性能经过中南市政设计院中国滤料检测中心测定。
实验装置图中采用:
1) 模型滤柱:采用内径44 mm, 高2 m顶端开口的透明有机玻璃柱。整体固定于支架上, 滤柱上设有进水管、出水管和反冲洗出水管。
2) 滤层:滤柱中滤料均采用陶瓷滤料, 滤料粒径为1.0～1.25 mm, 滤层厚700 mm。
3) 承托层:承托层的作用主要是防止过滤时滤料通过配水系统的孔眼进入滤出水中。同时对均布冲洗水也有一定的作用[3]。试验采用卵石作为承托层, 从上到下粒径逐渐增大, 总厚度150 mm。
4) 原水水箱:体积约为150 L的方形透明有机玻璃水箱。
5) 原水泵:杭州西湖潜水泵厂制造的三潭牌IZDB-35型单相自吸泵。
1.2 试验方法
本试验过滤的进水为玉米淀粉废水经生化处理后的出水, 试验采用的过滤进水为模拟废水。试验采用可溶性玉米淀粉配制所需废水, 将玉米淀粉溶入自来水中, 得到所需模拟废水, 控制废水SS值控制在100～200 mg/L, 使其与经生化处理后的出水SS基本一致。本试验配制原水经测定为171 mg/L。同时测定其COD值为229.34 mg/L。
待滤水经原水泵提升至滤柱上部, 自上而下过滤。原水泵出水分2路, 一路进入滤柱, 另一路则进入有机玻璃水箱中, 这样可以通过回流的水的扰动使水箱中的水基本处于均匀状态。在水的过滤过程中, 通过调节进出水阀门来调节流量和流速, 通过调节流速可以调整出水水质和过滤周期, 过滤周期以滤层被穿透, 出水水质明显变坏为止。过滤开始后每隔20 min分钟取一次样, 直至周期结束。
2 实验数据及分析
2.1 温度
过滤过程中, 测定水温为10.8 ℃。
2.2 滤速
实验过程中, 通过调节滤速, 尽可能使其出水SS值达到预期目标。经调整后滤速约为6.55 m/h。在实验中用量筒量得其30 s内的出水约为83 mL。滤柱横截面积为πr2=3.14×0.022=0.001 519 76 m2, 故滤速undefined
2.3 进出水COD
进出水COD实验数据如表3所示。
注:表3中编号0表示原水水样, 编号8表示空白试验水样。
2.4 进出水SS
从上述实验数据来看, 玉米淀粉废水过滤经陶瓷滤料过滤后, 其出水水质得到了明显了的改善, 基本达到预期的目标。其有效过滤周期较短, 只有2～3 h, 约2 h后, 水质开始慢慢变坏, 3 h后出水水质明显很差, 过滤周期结束。同时从过滤开始后调节滤速过程中可以观察到当滤速较大时, 出水水质较差, 滤速较小时, 出水水质较好。
3 结 论
通过过滤后的试验结果, 可以得出以下结论:
a.淀粉废水经陶瓷滤料过滤后, 其出水SS及COD值有明显的改善, 通过改变过滤条件, 其出水指标能达到预期目标。
b.在过滤过程中可以明显看到, 当滤速变化较大时, 其出水水质也会出现较大的变化, 当滤速较大时, 出水水质较差, 滤速较小时, 出水水质较好。据此可以预测滤速对整个过滤过程有非常大的影响。
c.从上述数据中可以看出, 在滤速约6.55 m/h时, 其过滤周期较短, 有效过滤周期约为2 h, 此后水质开始慢慢变坏, 约3 h后, 其出水指标明显要高于原水。
d.从上述数据中可以看出, 滤速约为6.55 m/h时, 在有效过滤周期内, 其出水水质刚好在控制目标范围之内, 由此可以预测当滤速增大时, 其过滤后出水水质估计难以达标。故淀粉废水经陶瓷滤料过滤时的滤速应该控制在该值范围之内。
4 问题与建议
a.原水采用往自来水中加可溶性玉米淀粉配制而成, 其水质与实际处理过程中的废水水质有一定的差别, 建议采用实际生产过程中的废水做实验。
b.因时间与条件的限制, 本实验未能就常规过滤工艺中反冲洗这一环节进行深入研究, 究竟采用何种冲洗方式, 多大的冲洗强度更适合都值得进一步探讨。
c.滤料的粒径和级配是影响过滤的重要因素之一, 由于时间限制, 未能就多种径做进一步的试验。建议采用不同粒径滤料作对比实验。
d.本实验过程中水温为10.8 ℃, 在不同温度条件下其实验结果怎样难以断定, 故建议在不同温度下做对比实验。
参考文献
[1]蔡晶, 柴社立, 芮铭先, 等.玉米淀粉废水的处理技术[J].环境工程, 2007, 25 (2) :72-73.
[2]李孟, 黄功洛, 吴珍珍.新型陶瓷滤料在工业废水处理中的应用[J].武汉理工大学学报, 2005, 27 (7) :30-31.
普通玉米淀粉 篇5
1 试验材料与方法
1.1 试验材料
玉米淀粉, 食品级, 诸城兴贸玉米开发有限公司;氢氧化钠和环氧氯丙烷, 分析纯;盐酸, 化学纯。
1.2 试验设备
98-1-C型数字显示电热套、电热恒温水浴锅、电炉, 天津泰斯特仪器设备有限公司;S312恒速搅拌器, 上海申生科科技有限公司;电热恒温鼓风干燥箱, 上海精恒试验设备厂;电子天平、Delta320 pH计、HG63快速水分测定仪, METELER TOLEDO;磁力加热搅拌器, 金坛荣华仪器设备制造有限公司;离心机, 张家港市威龙机械厂。
1.3 试验方法
1.3.1 高交联淀粉的制备
配制40% (干基) 浓度的淀粉乳, 调节pH值, 升温至一定温度, 保持一定时间, 缓慢加入一定量的环氧氯丙烷, 一直保持上述温度和pH值, 再反应一定时间, 中和至pH值6.5左右, 洗剂、干燥、粉碎和包装, 即得成品。将沉降积为40mL的高交联淀粉作为目的产品考察蛋白质含量对交联反应的温度、反应时间和pH值的影响。
1.3.2 蛋白质含量的测定
按照GB 12309-1990中4.3.6中蛋白质的测定方法进行测定。
1.3.3 沉降积的测定[4]
称取10g (干基) 高交联淀粉于250mL烧杯中, 加入160g蒸馏水配成淀粉乳, 将其置于电炉上面用玻璃棒搅拌加热, 使其沸腾蒸发, 浓缩至总体积为100mL时将其置于100mL量筒中, 室温下放置24h, 观察下层沉淀体积即为沉降积 (mL) 。
2 结果与讨论
2.1 蛋白质含量对沉降积的影响
由图1可知:蛋白质含量的变化对沉降积的影响较大, 随着蛋白质含量的升高, 沉降积逐渐增大, 蛋白质含量越低, 在相同的反应条件下制得的交联淀粉沉降积越小, 交联程度越高。这是因为, 在玉米淀粉中, 蛋白质以游离状态和与淀粉颗粒结合状态两种形式存在, 交联剂与蛋白质和淀粉分子上面的羟基都能够发生醚化反应, 当蛋白质含量较高时, 会有一部分交联剂被蛋白质消耗, 导致与淀粉发生反应的交联剂相对数量减少, 影响了淀粉交联反应的进行;同时由于有部分蛋白质包裹在淀粉颗粒表面使交联剂不能充分的与淀粉分子接触, 也影响了交联反应的发生。所以蛋白含量越高, 淀粉的交联反应程度越低, 表现为沉降积越大。
2.2 蛋白质含量对反应温度的影响
由图2可知:蛋白质含量对反应温度有一定的影响, 随着蛋白质含量的升高, 需要的反应温度也是逐渐升高的, 这是因为有一部分蛋白质包裹在淀粉颗粒的外面, 阻止了交联剂与淀粉分子的反应, 温度升高能够使蛋白质分子和淀粉颗粒充分膨胀, 有利于部分蛋白质分子的游离与溶解, 使淀粉颗粒充分暴露出来与交联剂发生反应, 同时温度升高使淀粉与交联剂获得更高的活化能, 也有利于淀粉交联反应的进行。当蛋白质含量降至0.3%以下时, 蛋白质含量对温度的影响变小, 反应温度接近50℃, 这是因为虽然蛋白质含量降低使需要的反应温度降低, 但是要使交联反应获得需要的活化能要求温度在50℃以上, 因此蛋白质含量降低到一定程度后并不是唯一影响对交联反应的唯一因素。
2.3 蛋白质含量对反应时间的影响
由图3可知:随着蛋白质含量的提高, 需要的反应时间逐渐延长, 而当蛋白质含量较低时, 反应可以迅速进行, 10h以内可以完成交联反应。这是因为包裹在淀粉颗粒外层的蛋白质需要较长的时间才能逐渐的变得松动, 与淀粉颗粒分离, 交联剂才有机会与淀粉分子上面的羟基发生反应, 而此时也会有部分的交联剂与蛋白质发生反应, 从而降低了交联剂的有效浓度。因此蛋白质含量对交联反应时间有显著影响。
2.4 蛋白质含量对pH值的影响
由图4可知:随着蛋白质含量的提高, 所需要的pH值越高, 尤其是当蛋白质含量大于0.3%时, 所需的pH值迅速升高, 这说明较多的蛋白值束缚了淀粉颗粒的膨胀以及淀粉分子间氢键的打开, 抑制了淀粉分子羟基的活化, 需要较高的pH值才能发生交联反应;而当蛋白质含量降低到较高水平时pH值变化较小, 说明要维持正常交联反应的进行pH值应该在10.5以上。
3 结论
蛋白质含量对高交联淀粉的沉降积有较大影响, 在相同的反应条件下, 蛋白质含量越高, 沉降积越高, 交联反应进行的越差;蛋白质含量越高, 制备目的沉降积的交联淀粉所需的温度越高, 反应时间越长, 反应pH值越高。玉米淀粉中的蛋白质含量显著影响制备高交联淀粉的反应, 适合制备高交联淀粉的蛋白质含量为低于0.3%。
摘要：对玉米淀粉中的蛋白质含量对制备高交联淀粉的影响进行了研究, 结果显示:蛋白质含量对交联淀粉的沉降积有显著影响, 蛋白质含量越高, 制备所需沉降积的高交联淀粉所需的温度越高, 反应时间越长以及反应pH值越高, 玉米淀粉蛋白质含量对制备高交联淀粉具有显著的影响。
关键词：玉米淀粉,蛋白质含量,高交联淀粉
参考文献
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普通玉米淀粉 篇6
现在, 淀粉糖的生产普遍采用酶法水解淀粉, 其工艺主要有淀粉糊化、液化和糖化三步完成。其中液化是淀粉糖生产中十分重要的一个环节, 其效果直接关系到后续糖化工艺的速度、还原糖的得率及产品的质量。若液化液的DE值过低, 则料液黏度大, 糖化速度慢, 给过滤带来困难, 甚至还可能将一些液化不完全的大分子糊精带人糖化过程, 影响糖化质量;若液化液的DE值过高, 则不利于糖化酶与底物的结合, 会使糖化效率降低。因此, 在淀粉糖的生产中对液化液的DE值的控制是十分关键的, 同时生产不同的淀粉糖所要求的DE值也是不同的, 生产中一般要求淀粉液化DE值15%~20%比较合适, 此时保持较多量的糊精和低聚糖及较少量的葡萄糖。
长期以来, 在这方面的研究多是对淀粉糖生产工艺条件的优化。近10多年来, 国内外也有一些对淀粉糖生产工艺过程中动力学和数学模型的研究报道。但关于液化DE值控制的数学模型的研究微乎其微, 故本研究通过Box-Behnken设计试验, 利用响应面分析法构建关于底物浓度、加酶量和液化时间与液化DE值之间的数学模型, 为实际生产中液化DE值的控制提供参考。
1 试验材料和方法
1.1 试剂
精制玉米淀粉, 大连甘井子七星食品商行;耐高温α-淀粉酶, 活力65 000U/m L, 大连华润雪花啤酒公司;3, 5-二硝基水杨酸、氢氧化钠、酒石酸钾钠、苯酚、偏重亚硫酸钠、葡萄糖、浓盐酸和无水碳酸钠等均为分析纯。
1.2 主要仪器及设备
YP402N型电子天平, 上海精密科学仪器有限公司;sartorius PB-10型酸度计, 北京赛多利斯仪器系统有限公司;YQ-PG-6B型糖化仪, 轻工业部西安轻机所光电公司;C21-SN216型电磁炉, 广东美的生活电器制造有限公司;SC-3610低速离心机, 安徽中科中佳科学仪器有限公司;MFJ7200型可见光分光光度计, 尤尼柯上海仪器有限公司;WZS-I 811237阿贝折射计仪, 上海沪粤明科学仪器有限公司。
1.3 分析方法
酶活测定方法, 吸光光度法;可溶性固形物含量测定方法, 阿贝折光法;还原糖含量测定方法, DNS法。
1.4 液化条件的选择
1.4.1 底物浓度对DE值的影响
分别取底物浓度为10%、15%、20%、25%和30%的淀粉浆, 在p H值为6.0, 加酶量为19U/g (淀粉) , 温度为90℃的条件下液化10min后, 沸水浴10min灭酶活, 4 000r/min离心30min后, 测定液化液的DE值。
1.4.2 p H值对DE值的影响
取底物浓度为25%的淀粉浆, 分别在p H值为5.8、6.0、6.1、6.2、6.4、6.6和6.8, 加酶量为19U/g (淀粉) , 温度为90℃的条件下液化10min后, 沸水浴10min灭酶活, 4 000r/min离心30min后, 测定液化液的DE值。
1.4.3 温度对DE值的影响
取底物浓度为25%的淀粉浆, 在p H值为6.1, 加酶量为19U/g (淀粉) , 温度分别为85、87、89、90、91、92、93和95℃的条件下液化10min后, 沸水浴10min灭酶活, 4 000r/min离心30min后, 测定液化液的DE值。
1.4.4 灭酶方法对DE值的影响
取底物浓度为25%的淀粉浆, 在p H值为6.1, 加酶量为19U/g (淀粉) , 温度为92℃的条件下液化10min后, 分别考察沸水浴10min;调p H值至3.0, 平衡2min后中和;调p H值至4.0, 平衡2min后中和, 再沸水浴5min, 3种灭酶方法对DE值的影响。
1.4.5 加酶量对DE值的影响
取底物浓度为25%的淀粉浆, 在p H值为6.1, 加酶量分别为13、14.5、16、17.5和19U/g (淀粉) , 温度为92℃的条件下液化10min后, 调p H值至4.0, 平衡2min后中和, 再沸水浴5min, 4 000r/min离心30min, 测定液化液的DE值。
1.4.6 液化时间对DE值的影响
取底物浓度为25%的淀粉浆, 在p H值为6.1, 加酶量为16U/g (淀粉) , 温度为92℃的条件下, 分别液化5、10、15、20和25min后, 调p H值至4.0, 平衡2min后中和, 再沸水浴5min, 4 000r/min离心30min, 测定液化液的DE值。
1.5 数学模型的建立
在以上试验基础上, 选择影响液化DE值的3个因素底物浓度 (X1) 、加酶量 (X2) 和液化时间 (X3) , 分别选取3个水平进行Box-Behnken设计试验, 然后根据试验数据利用Minitab15软件进行响应面分析构建数学模型。
2 结果与分析
2.1 液化条件的选择结果分析
2.1.1 底物浓度对DE值的影响
由图1可知:DE值随底物浓度的增加而增大, 底物浓度在20%~30%之间时, DE值增大幅度较小, 此外, 试验中还观察到底物浓度为30%时, 液化液的黏度较大, 因此底物浓度应控制在25%左右比较合适。
2.1.2 p H值对DE值的影响
由图2可知:随着p H值的增大, DE值呈先上升后下降的趋势, 在p H值6.1处出现最高峰, 说明此淀粉酶的最适p H值在6.1左右。
2.1.3 温度对DE值的影响
由图3可知:当液化温度低于92℃时, 随着温度的升高DE值逐渐增大, 当温度达到92℃时, DE值达到最大, 当温度超过92℃时DE值开始下降。因此, 液化温度在92℃左右为宜。
2.1.4 灭酶方法对DE值的影响
由表1可知:加酸与高温综合的灭酶方法效果最好, 其次是加酸灭酶法。
2.1.5 加酶量对DE值的影响
由图4可知:液化液的DE值随加酶量的增加而升高, 几乎成正比关系。但生产中一般要求淀粉液化DE值15%~20%比较合适, 故本试验选用加酶量16U/g (淀粉) 进行研究。
2.1.6 液化时间对DE值的影响
由图5可知:起初液化液的DE值随液化时间的延长而增加, 而后由于耐高温α-淀粉酶只能水解α-1, 4糖苷键的特性使得反应速度逐渐变慢, 液化液的DE值变化也趋于平稳。因液化10min时的DE值接近15%~20%的中间点, 因此为了便于研究, 控制液化时间10min为宜。
2.2 数学模型构建与分析
2.2.1 响应面法分析结果
Box-Behnken试验设计结果见表2。
根据表2中的试验结果, 利用Minitab15软件对数据进行二次回归拟合, 方差分析结果见表3。回归方程:Y=17.48+1.22875X1+1.9375X2+1.16125X3+0.07X1X2-0.3725X2X3+0.14X1X3-0.23125X12+0.05125X22+0.26875X32。回归模型是显著的 (P<0.001) , 决定系数为98.75%, 失拟P﹥0.05, 说明该模型能够解释98.75%的变化, 因此可利用此模型对玉米淀粉液化DE值进行预测和分析, 对实际生产具有指导意义。
2.2.2 验证性试验
随机选取3组试验参数对模型进行验证, 试验条件及结果见表4。由表4可知:实际DE值与预测DE值基本吻合, 说明该模型与实际情况拟合较好, 验证了所构建的数学模型的可靠性。因此, 该模型可用于对实际生产进行指导及进一步研究。
3 结论
普通玉米淀粉 篇7
玉米是世界上三大粮食作物之一, 1998年开始玉米总产量已经超过水稻和小麦, 居世界首位。目前, 玉米也是中国最大种植面积的作物, 已达到2 667万hm2。近20年来, 随着玉米产量的不断提高, 现基本能满足粮食和饲料的需求, 并逐步向工业原料过渡, 玉米生产已由单纯的产量型向专用型和品质型转变。玉米淀粉是化学成分最佳淀粉之一, 纯度达99.5%, 全世界淀粉80%以上来源于玉米, 美国95%以上淀粉来源于玉米。玉米淀粉制取的葡萄糖是医药工业的重要原料, 可制出青霉素、红霉素、金霉素、氯霉素、维生素C以及消毒剂、麻醉剂等医药品。下面对目前高淀粉玉米研究现状、图位克隆技术、开发标记技术以及本研究的目的和意义四个方面进行论述。
1. 高淀粉玉米研究现状
高淀粉玉米是指籽粒淀粉含量达72%以上的专用型玉米。玉米淀粉是各种作物中化学成分最佳的淀粉之一, 有纯度高 (达99.5%) 、提取率高 (达93%~96%) 和用途广等特点。玉米是重要的粮饲作物, 也是农作物中最重要的淀粉来源, 高淀粉玉米作为生产玉米淀粉的重要原料, 在整个玉米加工业中占有十分重要的地位, 它对于搞好玉米深加工、转化和链式增值具有重要意义。
2. 高淀粉玉米简介
高淀粉玉米是指籽粒淀粉含量达72%以上的专用型玉米, 而普通玉米只有65%~70%。根据其籽粒中所含碳水化合物的比例和结构分为:混合高淀粉玉米, 支链淀粉玉米和高直链淀粉玉米。混合高淀粉玉米是指普通玉米籽粒中淀粉含量在72%以上的工业专用型玉米。普通玉米淀粉是直链淀粉和支链淀粉的混合体, 二者所占的比例大约为28%和72%。支链淀粉玉米又称为糯质玉米, 其籽粒胚乳中几乎含有100%的支链淀粉。高直链淀粉玉米的胚乳中直链淀粉含量在50%~80%。
3. 玉米高淀粉的研究
根据国家种子资源库长期保存的7 609份玉米种质资源材料 (国内材料6 798份, 国外材料811份) 的品质分析鉴定结果, 总淀粉平均含量为68.31%。我国在“八五”至“九五”期间已育成一批高淀粉玉米自交系。如477、444、434、4112、丹340、1302、540、416、8112、春09、S22、478、长554和长3145等。用这批高淀粉自交系已育成一批高淀粉杂交种。
4. 玉米高淀粉的发展
高淀粉玉米是适宜于淀粉加工应用的一种专用玉米类型, 由于其淀粉含量高、品质好、类型丰富, 可满足各种类型的加工需要, 已发展成为一种重要的工业原料。玉米淀粉加工利用途径多, 产品种类多, 用途广泛, 附加值高, 高淀粉玉米综合利用潜力大, 具有广阔的发展空间。
但是, 我国对高淀粉玉米育种研究和选育关注不够, 高淀粉品种远远不能满足市场多元化需求。因此, 加强高淀粉玉米新品种选育研究, 实现高淀粉玉米产业化生产, 对促进我国农业结构调整, 增加农民收入, 提高农业效益具有十分重要的现实意义。
二、本研究的目的与意义
1. 立题依据
玉米是我国的第一大粮食作物, 在农业生产上占有十分重要的意义, 在长期的育种实践中, 玉米淀粉深层加工利用, 不仅提高玉米原料利用率, 而且市场销路好, 经济效益显著, 具有良好的综合利用前景。经过前人的精细研究和多年多点的实验验证, 玉米染色体上控制籽粒总淀粉含量的主效QTL是真实存在的, 且具有较大的效应值, 这样的主效QTL是可以通过精细定位和图位克隆的方法进行解析和克隆的。
2. 研究设想
本研究是通过开发标记, 运用In Del分子标记法, 对与玉米籽粒淀粉相关的群体BC6F1群体进行基因型分析。这一研究将有助于了解高淀粉玉米形成的遗传基础, 进一步探究淀粉分子的生物合成和代谢途径机制, 对寻找控制高淀粉产生的基因, 对高淀粉玉米种质资源的创新、自交系和杂交种的培育十分具有意义。
In Del分子标记技术具有染色体特异性, 且多态性高, 已被成功应用于玉米遗传多样性和遗传演化的研究中。鉴于玉米淀粉的广阔市场需求, 提高玉米淀粉含量是重中之重, 寻找控制淀粉含量的主效基因具有重要意义。
经过前人的精细研究和多年多点的实验验证证明玉米染色体上控制籽粒总淀粉含量的主效QTL是真实存在的, 且具有较大的效应值, 这样的主效QTL是可以通过精细定位和图位克隆的方法进行解析和克隆的。
本研究是通过开发标记, 运用In Del分子标记法对与玉米籽粒淀粉相关的群体BC6F1群体进行基因型分析, 筛选出重组基因型。为后续了解高淀粉玉米形成的遗传基础, 进一步探究淀粉分子的生物合成和代谢途径机制, 寻找控制高淀粉产生的基因奠定良好基础。为高淀粉玉米种质资源的创新、自交系和杂交种的培育提供技术支持。
3. 基因组DNA提取
(1) 主要试剂和仪器 (1) 0.1 mol/L Na OH溶液, 目的是使胚乳DNA变性; (2) 1×TE (p H 2) , 使提取的DNA充分溶解; (3) 1.5 m L离心管、移液枪、水浴锅、离心机和冰箱等。
(2) 基因组DNA的提取DNA提取采用改良碱煮法, 具体步骤为: (1) 将玉米种子于水中浸泡数分钟, 取出放到吸水纸上去除种子表面水分后, 单粒放到木板上, 用手术刀切下胚乳的一小部分 (约整粒种子的5%, 刚见到白色胚乳为宜) , 放到96孔PCR板中, 同时将取样后的种子放到96孔深孔板中对应的位置;
(2) 向装有样品的96孔PCR板中, 每孔加100μL的0.1 mol/L Na OH, 盖紧配套的硅胶盖, 放入PCR仪中, 99.9℃加热10 min (此步也可在沸水中水浴) ;
(3) 冷却到室温后, 快速离心, 然后每孔加入100μL的1×TE (p H 2) , 盖紧硅胶盖充分混匀并快速离心, 上清液即可直接用作PCR反应的模板。
4. In De l分子标记法试验程序
(1) 引物来源引物是由本人开发的G70-1引物和西南大学国家玉米改良中心玉米组开发出来的玉米P-60-1、YN1和p-67-3/4四对引物。
(2) DNA扩增 (1) PCR扩增反应在Perkin-Elmer DNA Thermal Cycler 480上进行, PCR反应体系为:
(2) PCR反应程序:
(3) 扩增产物的检测扩增DNA产物, 加入3μL的指示剂, 离心后, 点样进行琼脂糖凝胶电泳。其电泳具体步骤为:
(1) 3%琼脂糖凝胶的配置 (200 m L) 。6 g蔗糖+200 m L;5x TAE、5x TAE的配制 (1 000 m L) ∶Trisbase 54 g, Boric acid (硼酸) 27.5 g, 0.5M EDTA (p H8.0) 20 m L。将配制好的适当浓度的凝胶放入微波炉中融解, 全部融化即可。需严密观察, 小心操作, 戴上微波炉专用手套, 随时轻轻摇动以便琼脂糖完全融解, 均匀分布。向冷却至50℃~60℃的琼脂糖胶液中加入溴化乙锭 (EB) 溶液使其终浓度为0.5μg/m L。 (贮存液10 mg/m L) 将溶液倒入摆好梳子的槽子中, 待胶完全凝固后拔出梳子, 注意不要损伤梳底部的凝胶。
(2) 加样:取4μLDNA样品, 用微量移液枪小心加入样品槽中。若DNA含量偏低, 则可依上述比例增加上样量, 但总体积不可超过样品槽容量。每加完一个样品要更换tip头, 以防止互相污染, 注意上样时要小心操作, 避免损坏凝胶或将样品槽底部凝胶刺穿, 上样完成后加入引物标记。
(3) 电泳:加完样后, 立即接通电源。控制电压保持在140 V, 电流在40 m A以上。当溴酚蓝条带移动到距凝胶前沿约2 cm时, 时间约为25 min时停止电泳。
(4) 凝胶检测程序:将泡好的凝胶摆放整齐, 放在紫外透射仪上进行拍照留存。
5. 数据处理
对每个样品的扩增条带按有或无记录, 扩增条带和B73一样的记为A, 和高淀粉亲本一样的记为B, 杂合条带记为H。对192个样本的基因型进行统计, 计算重组率。
三、结果与分析
1. 引物筛选结果
本实验通过使用P-60-1、YN1、p-67-3/4、G70-1四对引物进行基因型分析。通过对全部带型进行统计, 样本总数为192个, 有效样本结果数为183个, 无效数据9个, 原因是没有扩增出条带。其中基因型和B73一样记为A的有94个, 基因型杂合记为H的有61个, 基因型重组的有28个。
2. 数据分析
根据183个有效数据和28个重组基因型可以计算重组率:
四、总结
通过以上分析得到结论如下:
(1) 通过对192个玉米籽粒胚乳样本进行In Del分子标记检测, 得到有效样本结果数为183个, 无效数据9个。其中基因型和B73一样记为A的有94个, 基因型杂合记为H的有61个, 重组基因型有28个。
(2) 通过得到的有效数据计算出重组率为15.3%。
普通玉米淀粉 篇8
淀粉,是自然界最常见的天然高分子化合物之一,其为α-D-葡萄糖通过α-1,4-糖苷键缩聚而成的半结晶颗粒状聚合物[1],可分为直链淀粉(约27%)和支链淀粉(约73%)。X射线和核磁共振试验表明:直链淀粉是卷曲盘旋且呈螺旋状态,往往是和支链淀粉的团簇结构交织在一起[2]。因此,淀粉结构中某些分子之间排列的规律性使其能形成“束网”状的晶体结构,在天然淀粉颗粒中结晶结构约占45%[3]。这确保了淀粉分子结构的稳定性,但是也在一定程度上限制了应用性,因此为了拓宽其应用领域而衍生出多种变性淀粉,其中氧化淀粉是目前用量最大,用途最广的一类。用于制备氧化淀粉的氧化剂主要有:双氧水、次氯酸钠、高锰酸钾、过氧化硫、高碘酸等[4,5]。依靠于氧化淀粉中的醛基、羧基可以与蛋白质分子中的氨基发生Maillard反应,从而改善蛋白质的某些特性。近年来制革工作者对淀粉氧化过程的研究方兴未艾,如双醛淀粉可用作鞣剂,以提高皮胶原及白皮粉的耐热稳定性[6],醛基含量在40%的氧化淀粉,亦可以在一定程度上增加明胶的热变性温度[7]。淀粉的氧化中关于双氧水氧化参数的确定、反应机理及应用性的报道比较多[8,9,10,11,12],而使用的方法主要是单因素水平法及正交试验法,这2种传统方法得到的最佳参数组合,难以直观判别优化区域。
响应面分析法(Response Surface Metholody,RSM)是一种优化工艺的有效方法,是利用合理的试验设计,其采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系,通过回归方程寻求最优工艺参数的一种试验设计方法和数据统计方法[13]。近来,响应面分析已经越来越多地应用于工业生产中。将响应面分析法应用到淀粉等多糖类氧化条件的确定方面的文献报道较少,而氧化淀粉的主要应用是基于其分子中存在的醛基的反应活性[14,15],因此本文以氧化淀粉中醛基含量为响应值,在单因素试验的基础数据上,利用响应面分析法对H2O2/Fe SO4氧化体系中玉米淀粉的氧化工艺进行优化,得到最佳的氧化参数,旨在提高原料的利用率,降低成本的同时制备出醛基含量相对较高的氧化淀粉,能较好适用于制革等工业生产的需要。
1 试验部分
1.1 主要试剂与仪器
可溶性玉米淀粉、Fe SO4·7H2O,分析纯,阿拉丁试剂有限公司;
H2O2(30%含量),国药集团化学试剂有限公司;
Na OH、HCl,均为分析纯,浙江中星化工试剂有限公司;
NH4OH·HCl分析纯,天津福晨化学试剂厂;
醋酸钙,分析纯,国药集团化学试剂有限公司。
HH-2数显恒温水浴锅,国华电器有限公司;
PH-10酸度计,梅特勒仪器有限公司;
AL204电子天平,梅特勒-托利多仪器有限公司;
真空干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 氧化淀粉的制备
准确称取可溶性玉米淀粉5.00g,加适量的蒸馏水使之成糊状,调节溶液的p H至一定值,加入一定量的H2O2后在特定温度下反应,到规定时间停止反应,抽滤后水洗烘干后待用。
1.2.2 醛基含量测定[16]
采用盐酸羟胺水溶液与醛基的定量反应,生成肟。释放出的盐酸用标准氢氧化钠水溶液滴定,反应式如下:
称取产品试样0.50g,放入100m L烧杯中,加入25m L蒸馏水,用氢氧化钠水溶液调p H值至5.0。精确加入10m L质量分数为5%p H=5.0的盐酸羟胺试剂,于40℃下保温4h,之后用0.1mol/L的氢氧化钠标准水溶液滴定到p H=5.0。记录消耗的体积(m L)数。称取同样质量的可溶性淀粉进行空白滴定。计算公式:
醛基含量:100个葡萄糖单元所含的醛基个数,%;
162:一个葡萄糖单元的相对分子质量,g/mol;
C1:氢氧化钠标准水溶液的浓度,mol/L;
V1:样品纤维素消耗氢氧化钠标准水溶液的体积数,m L;
V2:空白纤维素消耗氢氧化钠标准水溶液的体积数,m L;
m1:试样质量,g。
1.2.3 羧基含量测定[17]
使用醋酸钙滴定法测定氧化产物中的羧基含量:准确称取试样0.50g,加50m L质量分数为2%的醋酸钙溶液,于40℃水浴中放置30min后,使用已知浓度的Na OH滴定至p H=8.3,记录消耗的体积(m L)。称取同样质量的可溶性淀粉进行空白试验。试样中羧基含量计算公式如下:
w(—COOH):100个葡萄糖单元所含的醛基个数,%;
45:羧基的相对分子质量;
C1:氢氧化钠标准水溶液的浓度,mol/L;
V1:样品纤维素消耗氢氧化钠标准水溶液的体积数,m L;
V2:空白纤维素消耗氢氧化钠标准水溶液的体积数,m L;
m1:试样质量,g。
1.2.4 响应面试验设计
本部分根据1.2.1单因素试验的结果,选取对氧化产物醛基含量影响较大的因素反应温度、介质p H、氧化剂用量,进行响应面法优化氧化参数。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 温度的影响
在反应介质p H=8.0,H2O2用量为8%的条件下氧化4h,研究不同反应温度对淀粉氧化反应的影响,具体结果如图1a所示。
由图1a可明显看出,氧化淀粉的醛基含量在40℃时为最高,当反应温度在40~60℃范围升高时,氧化淀粉中的醛基含量呈下降趋势;而其中羧基含量达最高时的反应温度出现在50℃。说明随着温度在40~50℃时,氧化效率增加,其中醛基和羧基含量总和差不多,说明温度升高,更有利于淀粉中的羟基向羧基的转化。而当温度超过50℃后,氧化淀粉中的羧基及醛基含量均达最低,说明此温度下氧化效果不高。当反应温度到70℃后,氧化淀粉中的醛基和羧基均较60℃时有一个回升趋势,而淀粉的糊化温度在70℃左右,因此可以推测在此时,淀粉主要呈粘稠糊状存在,颗粒分散比较均匀,接触到氧化剂的面积也增加,使得其氧化程度有所升高,但是也正是由于淀粉颗粒在此温度下会发生一定的分散、降解,使得醛基和羧基占整个分子中的比例不高。根据图1a中氧化淀粉分子中醛基和羧基的含量,从节约能量的角度出发,在生产中反应的温度控制在40℃左右较为合适。
2.1.2 p H的影响
在反应温度为40℃,H2O2质量分数为8%(基于淀粉质量)条件下反应4h时,反应介质的p H对淀粉氧化程度的影响如图1b所示。
由图1b可知,在反应介质的p H=4.0时,得到的氧化产物分子中的醛基含量最高;而随着反应介质p H向中碱性偏移时,氧化淀粉分子中的醛基及羧基含量均呈下降趋势。由此可以证明在H2O2作为氧化剂时,反应介质在偏酸性时氧化效率较碱性时好,这也与前人的研究结果相符合[18]。
酸性越强,淀粉的降解性则会增加,而在反应介质p H值为4.0与5.0时,氧化淀粉的醛基含量差别不大,故而为了减少氧化过程中的副反应,后续试验中选择反应介质为5.0。
2.1.3 H2O2用量的影响
在反应温度为40℃,反应介质的p H=5.0时反应4h,H2O2的用量对淀粉氧化程度的影响如图1c所示。
由图1c可明显看出:当H2O2用量达到8%后,氧化剂用量对氧化产物分子中醛基含量的影响比较小,其基本保持在15.3%左右;其中羧基含量受氧化剂用量的影响也类似,即当H2O2用量在8%~15%之间时,得到的氧化产物分子中的羧基含量均在0.75%左右。而当氧化剂用量增加至20%时,氧化产物中醛基含量略有增加,羧基含量则增加明显,由此可推测玉米淀粉结构单元中,可氧化成醛基的羟基是一定的,在本组设定的试验条件下氧化剂用量增至8%~15%时,该类羟基已基本转化为醛基,而继续增加氧化剂,则仅是将淀粉分子中易转变为羧基的羟基发生作用。
2.1.4 反应时间的影响
在反应温度为40℃,H2O2质量分数为8%(基于淀粉质量),反应介质的p H=5.0时,反应时间对淀粉氧化程度的影响如图1d所示。
由图1d可知,当反应时间在4h以内时,随着反应时间的延长氧化产物分子中的醛基和羧基含量均呈增加趋势,且其中羧基含量远低于醛基含量;当反应时间超过4h以后,由于氧化产物分子中的醛基容易被继续氧化为羧基,因而导致醛基含量的降低及羧基含量的增加,所以对H2O2氧化玉米淀粉体系而言,适宜的氧化反应时间为4h。
通过这4组单因素试验的结果,可以发现:氧化产物分子中的羧基含量主要受控于反应时间,即氧化时间少于4h的时候,得到产物的分子中醛基含量均是高于羧基含量,且羧基含量均保持在1.0%以下,醛基含量约在8%至16%之间;而当氧化时间超过4h后,则氧化产物分子中的羧基含量急剧增加醛基含量急剧下降。由此可以推测在本试验所设定的条件下,淀粉分子中易被氧化为醛基的羟基和易被氧化为羧基的羟基是不同的,氧化时间少于4h的情况下,已形成的醛基是不容易被继续氧化为羧基的;当氧化时间超过4h以后,则已存在的醛基就容易转变为羧基。
2.2 响应面试验
2.2.1 Box-Behnken试验设计及结果
根据淀粉氧化的单因素试验结果,选取影响因素相对较大的反应温度、介质p H及氧化剂用量3个因素为响应面的试验因素,以单因素试验的最优点为中心,采用响应面曲面法中的Box-Behnken试验设计优化H2O2氧化淀粉的参数。由Box中心组合设计原理,设计三因素三水平的响应面分析试验[19],共有15个试验点,其中12个为析因子,3个为零点,以估计误差,以氧化产物中的醛基含量为响应值,试验设计及结果分别见表1、表2。
2.2.2 方程的建立与显著性检验
利用Design-Expert软件对试验结果进行二次多元回归拟合,得到以氧化产物醛基含量为响应值Y,与编码自变量A、B和C的二次多项回归方程:
该模型的可靠性可以通过方差分析及相关系数来考察(具体见表3)。失拟项用来表示所有模型与试验拟合的程度,即两者差异的程度。本试验中失拟的P值为0.056 1,是不显著的,说明数据拟合程度较好,能够很好地描述试验结果。因此可以用此模型对H2O2体系中玉米淀粉的氧化程度进行分析和预测。根据表3,在所选各因素水平范围内,影响响应值的因素主次顺序为:氧化剂用量>反应温度>介质p H。
2.2.3 各因素交互影响响应面分析
各因素A、B、C对响应值所构成的三维空间的曲面图,可以反映试验各因素对其响应值的交互影响,即响应面图可以比较直接地看出各因素对产物醛基含量的影响,曲线越陡,表明该因素对响应值的影响越大[19],而由等高线图则可以看出存在极值的条件应该在圆心处。回归优化响应面曲面图见图2-图4。
等高线的形状可以反映交互效应的强弱,椭圆形表示2因素交互作用显著,而圆形则相反。由图2至图4三因素中任意两者之间交互影响的等高线图可以发现,在所选的各因素水平范围内,对氧化产物中醛基含量的影响以氧化剂用量(C)最大,反应温度(A)次之,介质p H(B)的影响最小。这也符合表3中响应面方差分析的结果。
2.2.4 氧化条件与验证
在软件给出的氧化方案中,本试验应选择的最佳工艺条件为:反应温度42.68℃,介质p H值为4.95,氧化剂用量为9.04%,预测氧化淀粉中醛基含量的最优值为15.88%。根据结果的最佳工艺,调整淀粉氧化的工艺条件为反应温度43℃,介质p H值为5.0,氧化剂用量为9%,开展3组平行验证试验,得到的氧化淀粉醛基含量的实测值为16.12%,与理论值的相对误差为0.24%,差异不明显。因此,采用响应面法优化的H2O2氧化玉米淀粉的参数准确可靠,具有实用价值。
3 结论
响应面分析法是研究几种因素之间交互作用的一种回归分析方法,主要应用在生物、食品等领域。用该方法研究淀粉的氧化工艺参数,求得的回归方程拟合度高,可准确找到所选区域上因素的最佳组合及响应值的最优值。
通过单因素试验得到影响淀粉氧化的各因素水平范围,采用Box-Behnken三因素三水平试验设计优化因素水平,应用Design-Expert软件对试验结果进行分析,得到以氧化产物中醛基含量为指标的最优氧化参数,即H2O2用量为9.04%,反应温度42.68℃,介质p H值为4.95,在最优氧化参数下得到氧化淀粉分子中醛基含量为15.88%。结合生产实际,将该体系氧化参数调整为H2O2用量为9%,反应温度43℃,介质p H值为5.00,验证试验得到产物的醛基含量为16.12%,与理论值接近,说明响应值的试验值与回归方程预测值吻合良好,优化结果可信。同时亦发现使用H2O2作为单一的氧化剂对玉米淀粉进行氧化时,其氧化产物分子中的醛基含量总体而言不高,因此如果制革中需要较高醛基含量的氧化淀粉,则需要考虑其他氧化剂或复合催化氧化。
摘要：采用过氧化氢氧化剂对玉米淀粉进行氧化处理,并用响应面法优化反应条件。在介质pH、反应温度、氧化剂用量和反应时间等单因素循环试验的基础上,根据中心组合(Box-Benhnken)试验设计,选择影响较大的因素开展响应面分析。通过Design-Expert软件分析得到回归模型并进行方差分析,得到过氧化氢氧化玉米淀粉的最佳参数是:反应温度43℃,介质pH值5.00,H2O2用量9%。在其各自最佳工艺条件下测得的氧化产物中醛基含量为16.12%,与理论预测值相对误差为0.24%,说明回归方程与实际情况拟合较好。