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玉米微晶淀粉的制备和性质研究.doc

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玉米 淀粉 制备 性质 研究
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本科生毕业论文中文题目 玉米微晶淀粉的制备和性质研究 英文题目 Preparation and properties research of corn Microcrystalline starch学生姓名 李中原 班级 450904 学号 45090405 学 院 生物与农业工程学院 专 业 食品科学与工程专业 指导教师 李亚卓 职称 讲师 摘要I摘要本文以水解法制备微晶淀粉为实验基础,以盐酸用量、乙醇浓度、反应温度、反应时间为变量,探讨最佳的制备工艺。创新点是在相对较高的温度下制备微晶淀粉。并以溶解度和消化性对所做出的成品做了相关的性质检测,比较了微晶淀粉和玉米淀粉的性质和功能的差别。实验结果如下:水解法制备玉米微晶淀粉的最佳工艺条件为:将 25 克淀粉溶于一定浓度的乙醇溶液中,其中盐酸用量 1.00mL,乙醇浓度 80%,反应温度 60℃,反应时间 6h,此时玉米淀粉具有最大的水解度,制备的微晶淀粉最佳;通过对比玉米微晶淀粉和玉米淀粉的溶解度及消化性,得出了微晶淀粉溶解度较大,消化性缓慢的结论,证明了微晶淀粉性质和功能的改变,反映出其在食品和其他行业中的应用潜力。关键词:微晶淀粉 溶解性 消化性 最佳工艺吉林大学学士学位论文IIABSTRACTIn this paper, based on the experiment of hydrolysis of microcrystalline starch prepared, with the dosage of hydrochloric acid, ethanol concentration, reaction temperature, reaction time as a variable, the best preparation technology are discussed. Innovation is in the preparation of microcrystalline starch relatively high temperatures. And the solubility and peptic do to made finished products related to the nature of the tests, compared the properties of microcrystalline starch and corn starch and the function of the difference. Experimental results are as follows: 25 grams of starch dissolved in a certain concentration of ethanol solution,hydrolysis of corn microcrystalline starch prepared by the optimum process conditions of is: the dosage of hydrochloric acid 1.00 mL, 80% ethanol concentration, reaction temperature 60 ℃, reaction time is 6 h, the corn starch has the greatest degree of hydrolysis, the preparation of microcrystalline starch best; By comparing the crystallite corn starch and corn starch solubility and peptic and obtained microcrystalline starch solubility is bigger, peptic slow conclusion, proved that the nature and function of the microcrystalline starch changed, reflecting its potential application in the food and other industries.Keyword: Microcrystalline starch solubility peptic Optimum process目录I目录第一章 绪论 ....................................................................................................................................11.1 淀粉 ......................................................................................................................................11.2 变性淀粉的发展及其应用 ..................................................................................................11.3 微晶淀粉 ..............................................................................................................................21.3.1 微晶淀粉的结构和晶型 ..........................................................................................21.3.2 微晶淀粉的用途 ......................................................................................................31.3.3 微晶淀粉的国内外研究概况 ..................................................................................51.4 立题的必要性和研究内容 ...............................................................................................61.4.1 立题的意义 ..............................................................................................................61.4.2 课题的研究内容 ......................................................................................................7第二章 玉米微晶淀粉的制备工艺研究 ........................................................................................82.1 前言 .....................................................................................................................................82.2 实验材料与器材 ..................................................................................................................82.2.1 实验材料 ...................................................................................................................82.2.2 实验仪器 ...................................................................................................................82.3 试验方法 .............................................................................................................................92.3.1 单因素试验 ...............................................................................................................92.3.2 单因素试验结果与分析 ..........................................................................................92.3.3 正交试验 ................................................................................................................122.4 本章小结 ............................................................................................................................13第三章 玉米微晶淀粉的溶解度和消化性分析 ............................................................................143.1 引言 ....................................................................................................................................143.2 实验材料和仪器 ................................................................................................................143.2.1 实验材料 .................................................................................................................143.2.2 实验仪器 .................................................................................................................143.3 试验方法 ...........................................................................................................................153.3.1 溶解度的测定 ........................................................................................................153.3.2 消化性测定 ............................................................................................................153.4 结果与讨论 .......................................................................................................................163.4.1 溶解度分析 ............................................................................................................163.4.2 消化性分析 .............................................................................................................173.5 本章小结 ...........................................................................................................................18结论与展望 ......................................................................................................................................19一、结论 ..................................................................................................................................19二、展望 ..................................................................................................................................19致谢 ..........................................................................................................................................20参考文献 ..........................................................................................................................................22绪论1第一章 绪论1.1 淀粉淀粉是自然界中绿色植物通过光合作用储存起来的能源物质,它是一种可再生的无污染的天然资源。它以各种形式存在于绿色植物的叶、茎、根和果实等组织中。人类利用和培育含有淀粉的作物已经有很悠久的历史,作物种类也比较繁多,但是能大规模生产的、能用在工业加工中的目前只有薯类和谷类。这两类农作物也是人类主要的粮食来源,提供给我们身体所需的大量能量,同时也是维持机体正常运转的重要物质。而经过处理或者特定方法改性后的淀粉衍生物,在很多食品中都有使用。经过化工方法处理之后的一些淀粉物质,还可以用于纤维或造纸等方面,甚至可以作为粘结剂使用。淀粉的发展和利用历史非常悠久,随着科技的发展和人们对健康的需求,人们对淀粉的认识和利用定会向更高的方向发展 [2]。1.2 变性淀粉的发展及其应用目前工业生产变性淀粉的方法主要有三种,分别是化学方法、物理方法和酶法。这些方法是通过对原淀粉进行交联、重排、酶解、水解等操作,赋予淀粉新的组织结构,使生产出来的新淀粉产品具有新的性能。在这三种方法中,目前国内外最常用的是化学方法。此方法一般是使用化学试剂与其反应,这样就可以改变淀粉的分子结构,分子结构的改变导致其性质的改变,生产出来的新的淀粉也可以称作淀粉衍生物 [10]。其性质和功能都有较大的不同,可以用在不同的领域。最早使用变性淀粉的是英国,被首先应用在合成胶方面。接下来的产品是糊精,问世于 19 世纪后半叶。而最早使用工业化生产的是在荷兰,最初的产品是 α-淀粉,品种比较单一。之后到 1940 年,淀粉衍生物的种类开始如雨后春笋般涌现,在美国和荷兰率先实现工业化生产,进入淀粉多样利用的高速发展期。在之后的 20 年间,工作人员又研制出了多种高分子聚合物,为淀粉衍生物吉林大学学士学位论文2大家庭加入了新的成员。到了最近这 30 年是淀粉衍生物飞速发展的年代,各种新型的淀粉衍生物产品大量涌现,如用淀粉生产的可生物降解类淀粉塑料、经过改性的复合变性淀粉以及高吸水性树脂等等。我国从上世纪 60 年代开始开发利用变性淀粉,起步较晚起点也较低,开始开发的知识单一的品种,一种用在制药领域的白糊精。之后 10 年品种逐渐变多,出现了酸醇变性淀粉和氧化淀粉等。但是此时变性淀粉还没有得到科技界的重视,直到 80 年代初的时候变性淀粉的研究和利用才得到科技界的充分肯定。最近 10 来年我国的变性淀粉发展较快,品种日渐增多,产量也已经上了规模。2011 时的总产量达 到 110 万吨左右,其中大部分是用于工业生产的,用于食品类的只占总量的 10%左右,大多是化学变性淀粉;最近几年新产品的种类也在不断增多,从原先较少的白糊精、酸醇变性淀粉等产品,到如今以发展成 10多个大项如糊精类产品、预糊化类淀粉产品、醚化类淀粉产品、酯化类淀粉产品、抗性淀粉、复合变性淀粉等等一系列产品,变性淀粉正在向系统化、规模化、工厂化和专业化方面发展。目前变性淀粉的应用十分广泛,最主要的应用是在造纸、纺织和石油化工方面,另外在食品中和医药行业也有相当广泛的应用。另外还在农业生产、改善水环境等方面发挥着积极作用。当把变性淀粉可以作为一种食品添加剂使用时,它具有很多的功能,与其他添加剂本质上不同。这并不是因为它们能提供的营养价值,而是因为微晶淀粉能在食品加工的过程中保持原有的功能特性以及能为食品体系提供加工所需要的稳定环境,使得加工工艺大大简化,成本减少,效果较好,而且能提供食品原有的特殊质构性能 [13]。1.3 微晶淀粉经过查看国内外资料发现目前对微晶淀粉的结构模型定义基本相似,绝大多数的学者都把它定义为有两种淀粉类型共同形成的,即为支链和直链淀粉共同组成,而不仅是有他们其中的单一组成的,所以微晶淀粉又被称作是两种类型淀粉的半结晶聚合物。国外的研究者 Tako 和 Hizukuri[24]在论文中指出,没经过处理的天然淀粉,其微晶区域也是有支链和直链淀粉相互作用形成的。他们两个是被认为以氢键的方式结合在一起的。然而之所以经过酸或酶处理后其绪论3性质有较大改变,普遍认识是其微晶结构是由支链形式的淀粉组成,这样经过处理之后,其链长就会变短,结晶度就会有很大的提高,产品就被称为微晶淀粉。微晶淀粉的制备方法基本是三种,分别是结晶法、水解法和凝沉法,每种方法各有利弊。其中水解法是较常用的一种方法,它是将淀粉溶于一定浓度的酸溶液中,放在一定的温度条件下,经过一定的时间之后水解的剩余产物。将剩余产物用乙醇洗涤之后,用离心机离心,用恒温干燥箱干燥,得到的粉末颗粒就被称为微晶淀粉。还可以采用在出厂时已经进行了脱脂和脱蛋白处理的淀粉原料,在一定条件下用淀粉酶水解一般左右,剩余的物质也可以称为微晶淀粉。经过这两种方法处理后得到的微晶淀粉结晶度都较高,故经常被叫做原微晶淀粉或微晶淀粉 [26,27];而结晶法则指的是通过一定的条件将原淀粉进行重结晶,如温和酶解、酸解淀粉等等;最富在的是凝沉法,他需要进行多个步奏才能将原淀粉转化为微晶淀粉,步奏有脱支、凝沉、水合和水解等一系列复杂的程序。1.3.1 微晶淀粉的结构和晶型通常所指的微晶淀粉指的是一些晶型的聚合体,组成结构的晶型有片晶、淀粉微晶束以及另外的一些其它晶形 [2]。从微晶淀粉的晶体结构来看,微晶淀粉是淀粉分子链之间通过一定的方式,聚集在一起形成一种固定的立体结构。可是因为淀粉分子链是一种不固定的结构,聚集在一起形成的晶格很不完美,存在很多缺陷,所以微晶结构大多都不一样。列如我们常见的抗温和酸解淀粉,以及抗酶解糊精和抗酶解淀粉等的外观都是不定型的,但是葡聚糖微晶以及淀粉球晶和球粒等则具有一定的结晶形态。尽管微晶淀粉的形态各不相同,但他们都是通过不同方法以淀粉为原料制备得到的,其主要的组成结构还是一样的。借鉴原淀粉的分类方式,再结合不同微晶的晶体类型,大致可将微晶淀粉划分为如下 4 类 [10,24,25]:A-型微晶淀粉:通常认为 A-型微晶淀粉一般是利用 A-型淀粉,通过Lintnerization 方法生产得到的。用 X-ray 衍射法对其晶体结构进行分析,从波形图中可以看出此类微晶淀粉最强的衍射峰所对应的 2θ 角度分别为:吉林大学学士学位论文49.9o、11.2 o、15 o、17 o、18 o和 23.3 o。B-型微晶淀粉:一般情况下 B-型微晶淀粉可以利用 B-型淀粉为原料,通过Lintnerization 方法来制备,另外也可以以短链葡聚糖为原料,通过结晶法或凝沉回生法制备得到。当用 X-ray 衍射法对其晶体格式进行分析,从波形图中可以看出此类晶体的最强衍射峰对应的 2θ 角度分别为:5.6o、15 o、17 o、22 o、24 o。与 A-型微晶不同的是,其在 5.6o的衍射峰可以作为特殊标记来定义此类微晶淀粉,而且在 15 o时的衍射峰强度比 A-型微晶淀粉减少了许多。C-型微晶淀粉:研究认为可以用 C-型淀粉为原料,通过正常的Lintnerization 方法生产,但在生产时要特别注意环境条件,因为 C-型微晶淀粉的晶型很容易转化为 B-型微晶。用 X-ray 衍射法对其进行分析可知,其最强衍射峰是 A-型微晶和 B-型微晶的图形的综合。V-型微晶淀粉:这类淀粉产量较少,制备方法可用直链淀粉和一些化合物结构的络合而成,这些化合物包括脂肪、碘和醇等等。用 X-射线对其晶型进行分析时发现,最强的衍射峰落在 2θ=7.4 o,13.0 o,和 20.5 o [19,20]这些角度上。1.3.2 微晶淀粉的用途1.3.2.1 微晶淀粉在食品工业中的应用微晶淀粉因其特殊的性质在食品行业中有很广泛的应用,因为其本身无毒无味,且是自然界中天然的物质,加到食品中不会影响食品原有的色、香、味等,所以是一种很有前景的食品添加剂。有一种产品微晶纤维素,目前已经被广泛的用在冰激凌中,他能较好的稳定产品的原有形态,延长食品的货架期。有些企业已经申请了这方面的专利技术,足见对他的重视。但由于其来源的问题,消费者一直对其存有戒心,因为它是一种工业产品,不是天然物质。所以非常有必要生产一种能代替微晶纤维素的产品,以满足冷冻食品行业的需求。经过研究发现一种微晶淀粉就能达到这种要求,经过处理之后,它能和微晶纤维素拥有一样的功能特性。而且由于其来自天然淀粉,可以说是纯天然食品,所以消费者更容易接受。微晶淀粉还可以以不同的形式用于其它食品中,它的形态可以有食物的配
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