黄原胶由5个糖残基单元组成，即2个葡萄糖， 2个甘露糖和1个葡萄糖醛酸。其主链为p-(1—4) 连接的吡喃葡聚糖，每隔1个脱水葡萄糖单元具

第2期

石点等：黄原胶对玉米淀粉糊化性能的影响

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有1个a-(3 — 1)连接的三糖侧链，即D-吡喃甘露 糖-(2—1)-3-D-葡萄糖醛酸-(4 — 1)-3-D-吡喃甘露 糖，稍少于一半（〜40%)的甘露糖残基为4,■丙酮 酸（盐）化，而内部的甘露糖大部分为6-乙酰化，相 对分子质量在2 x 106 ~ 5 x 107之间，是一种阴离子 聚电解质[4]。黄原胶在水中有良好的溶解性，在水 溶液中呈多聚阴离子且构象多变，不同条件下表现 出不同的特性，具有独特的理化性质。黄原胶有显 著的增加水体系黏度和形成弱凝胶结构的特点，其 水溶液在受到剪切作用时呈现假塑性，有较好的耐 热、耐淀粉酶和耐酸碱盐稳定性，以及对颗粒的悬浮 性和乳化性[5]。

本文通过测定淀粉黄原胶体系的糊化曲线，讨 论黄原胶与玉米淀粉之间的相互作用，研究黄原胶 对玉米淀粉糊化的影响，以期为黄原胶在浆料中的 应用奠定基础。

1 实验部分

1.1实验原料与仪器

玉米淀粉（宝鸡陕丰淀粉有限公司），水分质量 分数为13.5% ;黄原胶（山东阜丰发酵有限公司）， 食品级GB 13886—2007,水分质量分数为15%。 RVA-Ezi黏度测试仪（Newport瑞典波通仪器公

司）。

I.2 实验方法

准确称量玉米淀粉干态质量为3.0 g，黄原胶干 态质量为15 mg，放入铝制样品测量罐中，加入 25 mL蒸馏水。体系固体质量分数为10. 5%，其中 黄原胶质量分数为0.5%。将该样品测量罐放入 RVA~Ezi黏度测试仪中，放入搅拌器，转速保持在 160 r/mm。运行温度控制软件，即淀粉浆液升温至 50 C开始计时，1 min后以11. 80 C /min升温至 95 C (3. 81 min)，保温2. 5 min (7. 31 min)，然后以

II.8 C /min速度降温至50 C (11. 12 min)，保温至 13 min。黄原胶对玉米淀粉糊化性能的影响，在此期间每隔0. 5 min记录淀粉糊黏度1 次，绘制淀粉糊化曲线。

测量样品系列中的黄原胶质量分数按照 0. 05%的梯度从0. 5%递增至6%。

另夕卜，为清楚地了解黄原胶对淀粉浆液黏度的 影响，在25 mL蒸馏水中单独加入黄原胶0. 03、 0. 06、0. 09、0. 12、0. 15、0. 18 g，分别对应于混合样 品中的黄原胶质量分数为1. 0%、2. 0%、3. 0%、 4. 0%、5. 0%、6. 0%。

RVA-Ezi黏度测试仪通过浸入到测试样品中的 旋转浆叶的扭矩来测定黏度。对淀粉糊化黏度的测 定采用美国谷物化学家协会和国际谷物科学与技术 协会所认可的测试方法[6]。RVA~Ezi黏度测试仪还 可准确测量淀粉的糊化温度、最大黏度、最低黏度以 及最终黏度。

2结果与讨论

2.1黄原胶对淀粉糊化曲线的影响

用记录的黏度值绘制出淀粉的糊化曲线，如 图1所示，图中背景是程序升温/降温曲线。糊化曲 线变化的大致趋势是：随着黄原胶质量分数的增加， 黏度峰值逐渐增大，此时降温区的黏度下降；在黄原 胶质量分数较高时，低温区50 °C的黏度值逐渐降 低。图2示出不同质量黄原胶在25 mL蒸馏水中的 糊化曲线，便于对比分析。

 

 

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图2黄原胶在25 mL水中的糊化曲线 Fig. 2 Pasting curves of xanthan in 25 mL water

2. 2黄原胶对淀粉糊化温度和时间的影响 在与黄原胶共存时淀粉的糊化温度和糊化时间 如图3所示。糊化温度随黄原胶质量分数的增加而

 

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黄原胶质量分数/%

 

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纺织学报

第32卷

降低，同时糊化时间也变短，黄原胶对玉米淀粉糊化性能的影响，可见黄原胶对淀粉的糊 化有促进作用。Christianson [7]发现黄原胶与淀粉和 过量水一起加热时，黄原胶不仅会在淀粉颗粒表面 吸附，还会渗透到颗粒内部，因此黄原胶促进淀粉糊 化作用的一种原因可能是由于加入黄原胶后，在淀 粉糊化的第1阶段，黄原胶随水分子进入淀粉粒内 部，与水分子一样被淀粉颗粒无定形区的极性基吸 附，由于黄原胶比水分子要大得多，导致含有黄原胶 的体系比不含有黄原胶的体系在膨胀阶段的淀粉颗 粒结构更松散，这样有利于以后水分子的进入，促进 了淀粉的糊化。另一种原因可能是因为黄原胶与淀 粉的分子间相互作用[8]。黄原胶为高分子电解质， 易在水中溶解，在淀粉糊化初期包裹在淀粉颗粒外 围；当淀粉开始糊化时，直链淀粉首先从淀粉颗粒中 沥滤出来，并迅速与黄原胶相互作用，使得直链淀粉 易从淀粉颗粒中脱离结晶的束缚，因此导致淀粉糊 化时间变短，糊化温度降低。

 

黄原胶质量分数/%

图3不同黄原胶质量分数时淀粉的 糊化温度和糊化时间

Fig. 3 Pasting temperature and time of corn starch with different contents of xanthan

2.3黄原胶对淀粉最高黏度的影响

黄原胶添加量与体系峰值黏度的关系曲线见 图4。对比图2可看出，纯黄原胶的黏度很小，特别 是在淀粉糊化初期黏度峰值所处的时间范围（由图 3可知在2 ~ 4 min内），可忽略黄原胶的黏度以及质 量分数増加对黏度増加的贡献。从图4可知，糊化 过程中的最大黏度随着黄原胶质量分数的増加而升 高。Lee等[^9]研究发现，淀粉糊化时膨胀的淀粉 颗粒和渗滤出来的直链淀粉与亲水胶结合。因此， 由数据分析得知，该体系最大黏度的増加主要来源 于黄原胶与淀粉分子之间的相互作用，由于氢键作 用和链缠结使得体系黏度大幅度増加，而黄原胶的 侧链増加水体系黏度的特性不是其主要原因。

图4黄原胶质量分数对玉米淀粉糊化 峰值黏度的影响

Fig. 4 Effect of xanthan content on peak viscosity of starch blends

2.4黄原胶对体系低温黏度的影响

从图1看出，当混合浆液的温度降低后曲线出 现黏度低谷，黄原胶对玉米淀粉糊化性能的影响，然后表观黏度随着温度降低又逐渐増 加。为更清楚地观察体系的低温黏度，将图1中不 同黄原胶质量分数混合体系在11 ~13 min期间的黏 度变化趋势列于图5,其中11. 12 ~ 13 min区间对应 于温度5°丈，1°°%黄原胶指的是没有淀粉参与的 黏度曲线，其水溶液质量分数也为1°. 5%。

 

图5黄原胶质量分数对玉米淀粉低温 黏度的影响（11 ~ 13 min期间）

Fig. 5 Effect of xanthan content on apparent viscosity of starch blends (11 —13 min)

黄原胶为聚阴离子，分子之间存在静电斥力，因 此在低温和低浓度下没有凝胶现象&]，但在高浓度 下即使低温也会由于链缠结而具有高黏度，如图2 所示；而淀粉糊在温度降低后由于直链淀粉的快速 回生形成三维网状结构造成黏度増加[1°]。图5中 总的变化趋势是表观黏度随着黄原胶的加入而増 大，加重了淀粉浆液的低温凝冻性，不利于浆液流 动。结合图4分析这个现象，用黄原胶与淀粉相互

 

Fig. 6 Effect of xanthan content on breakdown of apparent viscosity

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作用（氢键和链缠结）来解释是合理的。

当黄原胶质量分数矣5.5%，体系的低温黏度 降低到中间值（4 Pa*s左右）。这个现象可能与黄 原胶在淀粉体系中发生相分离有关。一般聚合物 在混合溶液中的相容性，黄原胶对玉米淀粉糊化性能的影响，除组分化学结构以外，还 取决于体系的温度、所涉及高分子的流体力学排 除体积和2种组分的相对比例。当总浓度増加或 者次要组分比例提高时易发生相分离。对于多糖 混合物高分子，相分离的阈值总浓度为1% ~ 4% [11]，由于本文研究体系淀粉质量分数为 10. 5%，大大超过该阈值浓度，属于热力学不相容 体系。此外，由于分子共生原理[12]，淀粉与黄原胶 2种分子的排除体积效应不同，同种高分子自缔合 而相对集中，在混合浆液内形成局部浓度较高的 黄原胶组分，以降低其组分总的流体力学体积，其 结果导致黄原胶质量分数较高的体系一旦降温将 发生相分离。

2.5黄原胶对淀粉衰减黏度的影响

糊化过程中的最大黏度与最小黏度之差为淀 粉的衰减黏度，即糊化峰值黏度和降温后的最小 黏度之差，这是淀粉混合物在溶液中相容性的一 个指标，衰减黏度值越大，表明它们的相容性越 差。本文研究的淀粉-黄原胶体系的衰减黏度随 黄原胶质量分数的变化如图6所示。可见，衰减 黏度基本呈上升趋势，即随着黄原胶质量分数的 増加，衰减黏度值増大。这说明随着黄原胶质量 分数的増加，体系的相容性呈下降趋势，这与上面 讨论的结果是相同的，也与Sikora等[4]观察到的 现象一致。

图6黄原胶质量分数对衰减黏度的影响

3结论

黄原胶的加入对玉米淀粉的糊化特性有很大影 响，使淀粉的糊化温度降低，糊化时间变短，因此黄 原胶对玉米淀粉的糊化有促进的作用。当黄原胶质 量分数较低时，黄原胶与淀粉之间有较强的相互作 用，导致黏度峰值増大，低温50丈时的退减黏度值 也増加。黄原胶对玉米淀粉糊化性能的影响，然而这个混合体系的相容性随着黄原胶添 加量的増加而降低，反映在衰减黏度逐渐増大；当黄 原胶质量分数达到5. 5%，在50丈时出现相分离。 这些结果对于添加黄原胶的淀粉浆料应用工艺具有 重要的参考价值。

由于较低质量分数的黄原胶与淀粉具有相容 性，含有阴离子基团的黄原胶可能对淀粉浆料具有 较好的改性作用，可期望得到较好的浆纱力学性能。

加入黄原胶后引起淀粉在高温和低温下的黏度 増加，不利于淀粉浆液的流动性，但是黄原胶有利于 淀粉糊化，并可改善淀粉浆膜性能，所以如果将黄原 胶降解降低其分子质量以降低体系黏度，可能是淀 粉浆料的良好改性助剂之一。