CN105146237A - 一种淀粉基低分子量食品增稠剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种淀粉基低分子量食品增稠剂及其制备方法，包括如下步骤：将水分含量为5-30％的淀粉投入常压低温介质阻挡等离子体反应器中，在常压下调节等离子体放电间距0.2-0.8mm，放电输入电压30-70V，放电电流0.2-2.4A，调节空气流速使物料以流态化状态在循环体系中等离子体作用，时间控制在0.5min以上，结束反应后，取出，即得低分子量淀粉基食品增稠剂。该方法具有工艺简单、成本低廉、可循环处理、处理量大、反应均匀性好等优点，且能高效快速降低淀粉分子量，可在短时间将淀粉分子量降低1-3个数量级。同时，其具有较优的透明性、凝沉稳定性和一定的增稠效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备食品增稠剂的方法，特别是涉及利用常压低温等离子体耦合流态化改性技术制备淀粉基低分子量食品增稠剂的方法。
背景技术
食品增稠剂是指在水中溶解或者分散，能增加流体或者半流体食品的粘度，并能保持所在体系的相对稳定的亲水食品添加剂。增稠剂可提高食品的粘稠度或形成凝胶，从而改变食品的物理性状，赋予食品粘润、适宜的口感，并兼有乳化、稳定或使呈悬浮状态的作用。常见的食品增稠剂包括淀粉、明胶、海藻酸钠、干酪素、瓜尔豆胶、甲壳胺、阿拉伯胶、黄原胶、大豆蛋白、琼脂等。目前，淀粉类食品增稠剂主要有预糊化淀粉、酸变性淀粉、氧化淀粉、酯化淀粉、羟烷基淀粉以及交联淀粉等。不同的淀粉基食品增稠剂性质差别较大，其中主要的性质包括提高淀粉耐高温、耐剪切的能力以及提高pH稳定性、粘结性、透明性、成膜性、凝胶强度、乳化性等。一般根据应用要求针对性地选择合适的变性淀粉。
淀粉的分子量对于增稠剂的应用具有重要意义。理论上讲，目前常用的淀粉类增稠剂其变性方式可增加或者降低淀粉分子量，但两者均具有其对应的应用空间。一般认为，高分子量增稠剂主要体现其增稠和粘结效果，而低分子量增稠剂主要体现其稳定性、凝胶性以及成膜性。此外，低分子量增稠剂还具有高浓低粘、节能快速干燥和便于运输等特点，因而目前广泛应用于淀粉制品、调味酱、调味汁、馅料、乳制品以及香精产品中。目前低分子量淀粉基增稠剂的制备方法主要有(1)热解法：将淀粉置于高温反应釜中，利用热效应对淀粉分子进行解聚，降低淀粉分子量；(2)酸解法：将淀粉在低于糊化温度下用酸进行处理，利用酸水解淀粉而降低其分子量；(3)酶法：选择适当的淀粉酶种类及添加量，酶作用于淀粉分子链而降低其分子量；(4)化学改性方式，如氧化降解。目前，淀粉类低分子量增稠剂对应的主要有糊精、酸变性淀粉和氧化淀粉等。这些淀粉或者涉及到化学试剂残留，存在食品安全隐患问题，或者合成时间较长，能耗过大。
随着科技的进步，由于等离子体改性技术可使物质通过吸收电能进行的气相干式化学反应，具有节水节能、清洁安全生产的特点而备受关注。目前，等离子体改性技术中常压介质阻挡放电最为成熟。马丕波等(马丕波；徐卫林；范东翠；曹根阳.等离子体处理对淀粉性能影响研究.武汉科技学院学报.2008,21(6),38-42)利用介质阻挡等离子体对淀粉进行处理，表明淀粉分子中引入了羧基基团，处理后亲水性有所提高，但内部破坏作用不明显。通过介质阻挡等离子体处理可改变淀粉纺织浆料粘附性、浆膜断裂强力、浆膜断裂伸长率和浆膜吸湿性能。但对于粉体而言，由于颗粒之间的团聚使得其在等离子体处理过程中存在处理量小，表面处理不均匀等而造成目前介质阻挡等离子体技术对粉体改性存在反应不均匀、反应产物性能不稳定、可控性差等难题。
流态化是利用流动流体的作用，将固体颗粒悬浮起来，从而使固体颗粒具有某些流体表观特征，是一种强化固体颗粒与流体之间接触和传递的工程技术。由于流态化的固体颗粒进行强烈的循环运动，颗粒与流体之间具有良好的相互作用及较高的传质效率。而目前对于流态化技术应用于淀粉粉体改性方面，国内外有一定报道。刘军海等(刘军海；李志洲.阳离子淀粉的流态化制备及造粒研究.中国造纸.2007,02,23-26)利用流态化技术制备了阳离子淀粉，考察了流化床的空气流量对床高、压降、取代度及反应效率的影响。ThomasJ.E.等(ThomasJ.E.,KamleshS.,JamesJ.K.,ChristopherC.L.,TusharS.Thermallyinhibitedpolysaccharidesandprocessofpreparing.2014.US8759511)利用流化床加热处理淀粉，在高温下反应一定时间，制备交联淀粉，考察气体氧含量、处理温度及时间对淀粉性能的影响。在制备变性淀粉过程中，一般在常温下反应非常困难，为了达到相应效果，必须在高温下进行反应，在高温流态化反应过程中淀粉颗粒会碰撞摩擦，形成很多微小颗粒，对后续粉体分离设备提出了更高要求，同时收得率也降低，因此，直接将流态化反应用于淀粉改性尚有许多不足之处。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种利用常压低温介质阻挡等离子体结合流态化技术制备淀粉基低分子量食品增稠剂的方法，通过常压低温介质阻挡等离子体耦合流态化反应技术对淀粉分子进行修饰，以克服原淀粉增稠性能的不足，同时避免使用有毒的化学试剂，获得一种无毒、少污染、方便的淀粉基低分子量食品增稠的干法制备方法及制得的食品增稠剂。
为达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种淀粉基低分子量食品增稠剂的制备方法，包括如下步骤：
将水分含量为5-30％的淀粉投入常压低温介质阻挡等离子体反应器中，在常压下调节等离子体放电间距0.2-0.8mm，放电输入电压30-70V，放电电流0.2-2.4A，调节空气流速使物料以流态化状态在循环体系中等离子体作用，时间控制在0.5min以上，结束反应后，取出，即得低分子量淀粉基食品增稠剂。
优选地，所述时间控制在0.5-30min。
该方法不受淀粉来源的限制，可以利用不同来源的淀粉为原料，所述淀粉可以为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、高直链玉米淀粉、籼稻淀粉、粳稻淀粉、甘薯淀粉、糯玉米淀粉及小麦淀粉中的一种或者两种以上的混合物。
所述淀粉通过喂料器投入反应器中。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)该工艺利用常压低温介质阻挡等离子产生的高能电子和自由基等活性基团及其热效应对处于流态化的淀粉粉体进行干法反应，改变淀粉的相关结构，进而降低淀粉分子量。
(2)该方法具有可循环处理、处理量大、反应均匀性好且方便、快速、节能、环保等特点。本发明工艺简单，成本低廉，且能高效快速降低淀粉分子量，可在短时间将淀粉分子量降低1-3个数量级。同时，其具有较优的透明性、凝沉稳定性和一定的增稠效果。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明实施方式并不仅限于此。
实施例1
将含水量为5％的300g马铃薯淀粉通过绞龙喂料器引入常压低温介质阻挡等离子体反应器中，在常压下调节放电间距0.2mm，输入电压50V，电流1.0A，通过调节空气流速，控制物料以流态化状态在循环体系中滞留时间，经等离子体放电处理不同时间获得系列淀粉基低分子量食品增稠剂。
将马铃薯淀粉与经等离子体放电处理不同时间获得的淀粉基低粘度食品增稠剂糊化后冷却至室温测试粘度。表1是获得的淀粉基低粘度食品增稠剂的分子量和采用CC25转子在剪切速率600s-1时测试所获得的粘度，从表1中可以看出，随着处理时间的延长，马铃薯淀粉的分子量急剧降低，淀粉糊粘度下降明显，具有低粘高固形物的特点。
表1：不同等离子体处理时间对马铃薯淀粉分子量和粘度的影响
实施例2
将玉米淀粉用蒸馏水调节成含水量为10％的淀粉样品，取500g通过绞龙喂料器引入常压低温介质阻挡等离子体反应器中，在常压下调节放电间距0.3mm，输入电压30V，电流1.0A，调节空气流速物料以流态化状态在循环体系中滞留时间控制在0.5min，取出获得淀粉基低分子量食品增稠剂，其分子质量由原来的1.983×107g/mol下降为3.115×106g/mol。
将玉米淀粉与制备的淀粉基低分子量增稠剂分别溶于水中，配置成6％(w/w)的浓度，糊化后冷却至室温测试粘度，结果表明，经过等离子体处理后，淀粉粘度由149mPas降低到107mPas(剪切速率600s-1，CC25转子)。
实施例3
将木薯淀粉用蒸馏水调节成含水量为15％的淀粉样品，取400g通过绞龙喂料器引入常压低温介质阻挡等离子体反应器中，在常压下调节放电间距0.25mm，输入电压70V，电流2.4A，调节空气流速使物料以流态化状态在循环体系中滞留时间控制在30min，取出获得淀粉基低粘度食品增稠剂，其分子质量由原来的1.156×107g/mol下降为2.314×104g/mol。
木薯淀粉在6％(w/w)浓度条件下糊化后冷却至室温测试粘度，为700mPas，经等离子体处理后的淀粉增稠剂粘度大幅度降低，在18％浓度条件下粘度仅为11mPas。(剪切速率600s-1，CC25转子)
实施例4
将玉米淀粉用蒸馏水调节成含水量为25％的淀粉样品，取500g通过绞龙喂料器引入常压低温介质阻挡等离子体反应器中，在常压下调节放电间距0.8mm，输入电压50V，电流1.0A，调节空气流速使物料以流态化状态在循环体系中滞留时间控制在1min，取出获得淀粉基低粘度食品增稠剂，其分子质量由原来的1.983×107g/mol下降为6.105×105g/mol。
将玉米淀粉和获得的淀粉基低分子量食品增稠剂分别配置为1％(w/w)的淀粉乳，沸水浴中糊化30min，冷却至室温(25℃)，经测试，以蒸馏水为参比，在620nm波长下，玉米淀粉吸光度为0.952，淀粉基低分子量食品增稠剂吸光度降为0.648，说明获得淀粉基低分子量食品增稠剂的透明度得到了提高。
实施例5
将木薯淀粉用蒸馏水调节成含水量为30％的淀粉样品，取600g通过绞龙喂料器引入常压低温介质阻挡等离子体反应器中，在常压下调节放电间距0.2mm，输入电压70V，电流0.2A，调节空气流速使物料以流态化状态在循环体系中滞留时间控制在5min，取出获得淀粉基低粘度食品增稠剂，其分子质量由原来的1.156×107g/mol下降为1.708×105g/mol。
将木薯淀粉和获得的淀粉基低分子量食品增稠剂分别配置为1％(w/w)的淀粉乳，沸水浴中糊化15min，冷却至室温(25℃)，分别移取50mL淀粉糊于50mL量筒内，每隔一段时间记录上层清液体积。经测试，木薯淀粉在前四个小时内每隔一个小时上清液增加1mL，而淀粉基低分子量食品增稠剂4小时内基本无水析出，表明相比于原淀粉，淀粉基低分子量食品增稠剂获得明显的凝沉稳定性。
实施例6
将马铃薯淀粉用蒸馏水调节成含水量为15％的淀粉样品，取400g均匀分散在常压低温介质阻挡等离子体反应器中，在常压下调节放电间距0.3mm，输入电压50V，电流1.5A，调节空气流速使物料以流态化状态在循环体系中滞留时间控制在3min，取出获得淀粉基低粘度食品增稠剂，其分子质量由原来的4.912×107g/mol下降为6.127×105g/mol。
在6％(w/w)浓度玉米淀粉乳中添加玉米淀粉(干基)量1％的淀粉基低粘度食品增稠剂，糊化后冷却至室温测试粘度，经测试，可将淀粉糊粘度由284mPas增加到400mPas(剪切速率100s-1，CC45转子)，说明改性淀粉具有较好的增稠作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种淀粉基低分子量食品增稠剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将水分含量为5-30％的淀粉投入常压低温介质阻挡等离子体反应器中，在常压下调节等离子体放电间距0.2-0.8mm，放电输入电压30-70V，放电电流0.2-2.4A，调节空气流速使物料以流态化状态在循环体系中等离子体作用，时间控制在0.5min以上，结束反应后，取出，即得低分子量淀粉基食品增稠剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述时间控制在0.5-30min。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的淀粉为玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、高直链玉米淀粉、籼稻淀粉、粳稻淀粉、甘薯淀粉、糯玉米淀粉及小麦淀粉中的一种或者两种以上的混合物。
4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于，所述淀粉通过喂料器投入反应器中。
5.权利要求1～4任一项所述方法制备的低分子量淀粉基食品增稠剂。
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