全 文 ：高黏度荸荠羧甲基淀粉制备工艺的优化＊
曹凯光
(南昌大学应用化学研究所 , 南昌 , 330047)
摘　要　研究了以荸荠粉(C6H9O4OH)为原料 , 采用乙醇溶剂法 , 在碱性条件下制备高黏度
荸荠羧甲基淀粉(CMS)的工艺 ,探讨了工艺中诸因素对荸荠 CMS 黏度的影响。结果表明:当
x(荸荠粉)∶x(乙醇)=1∶12 ,碱化时间为0.5h , 采用最佳工艺条件:x(荸荠粉)∶x(氢氧化
钠)∶x(氯乙酸)=1∶1.5∶0.75 ,碱化温度为35℃, 醚化温度 45℃,醚化时间 为2 h ,可以制
备黏度高达 1 550 mPa·s的荸荠羧甲基淀粉。
关键词　高黏度 , 荸荠 ,羧甲基淀粉 , 荸荠粉 ,工艺
　作者:大学毕业 ,高级工程师。
＊江西省科技厅重点科技资助项目(No.970506032)
　收稿时间:2002-08-25 ,改回时间:2002-12-23
　　我国南方诸省盛产荸荠[ 1] ,不少产地加
工出大量的荸荠粉待售 。荸荠粉具有分子聚
合度大 ,糊化温度低 ,成糊性能好 ,糊透明度
高 ,热稳定性高等特性[ 2] ,是制备食用级高
黏度羧甲基淀粉(CMS)的优质原料 。
羧甲基淀粉具有良好的亲水性 、黏性 、成
膜性 、糊稳定性 、透明性等诸多优点 ,在食品
工业中 ,广泛用作增稠剂 、稳定剂 、悬浮剂和
黏合剂等 ,还能代替部分价格高的羧甲基 纤
维素和植物胶[ 3 ,4] 。随着其应用范围的不断
拓宽 ,在许多方面需要使用高黏度的产品 ,这
除了可降低成本 ,提高使用质量外 ,还可节省
荸荠粉原料。因此 ,制备高黏度的 CMS 产
品具有很大的实用价值 。
近年来 ,虽有一些[ 5 , 6]关于制备 CMS的
报道 ,但以荸荠粉为原料制备高黏度 CMS
的工艺研究却未见报 。本研究以乙醇为溶
剂 ,研究出了以荸荠粉为原料制备高黏度荸
荠羧甲基淀粉(CMS)的工艺 ,为提高荸荠粉
的性能 ,拓宽其在食品工业中的应用 ,寻求一
条新路。
1　试验材料与方法
1.1　材料与设备
荸荠粉 ,市售;氢氧化钠 ,氯乙酸 ,盐酸 ,
φ(乙醇)=95%的乙醇均为 CP 级 ,购自南昌
市医药公司。
反应器 ,离心机 ,烘干机 ,粉碎机 , NDJ-1
型旋转式黏度计。
1.2　试验方法
1.2.1　黏度测定
采用国家 GB1904—1989标准[ 7]中黏度
的测定方法 ,用 NDJ-1 型旋转式黏度计测定
w (荸荠 CMS)=2%的水溶液的绝对黏度。
1.2.2　工艺流程
氢氧化钠 ,乙醇　氯乙酸　盐酸　　　　　　乙醇
　　　　 ↑　　　↑　　　↑　　　　　　　↑
荸荠粉※碱化※　醚化　※中和※离心分离※洗涤
※干燥 ※粉碎※检验 ※成品
1.2.3　制备方法
按 x (荸荠粉)∶x (氢氧化钠)∶x (氯
乙酸)∶x (乙醇)=1∶1.5∶0.75∶12之配
比 ,向反应器中加入荸荠粉和 φ(乙醇)=
75%配比量的乙醇 ,开启搅拌 ,搅拌中将氢
氧化钠配成 w(NaOH)=40%的水溶液缓
慢加入 ,进行碱化 ,控制碱化温度为 35℃,碱
化 0.5 h 结束。再将氯乙酸用剩余 φ(乙醇)
=25%配比量的乙醇溶解后徐徐加入反应
器中 ,同时控制温度为 45℃,醚化 2 h结束 。
用 V(HCl)∶V(H 2O)=1∶1的盐酸将醚化
53
第 29卷　第 1期　　曹凯光:高黏度荸荠羧甲基淀粉制备工艺的优化
生
产
与
科
研
经
验
DOI :10.13995/j.cnki.11-1802/t s.2003.01.012
后的产物中和至pH值为7左右;然后用离心
机离心分离 ,滤饼为荸荠 CMS粗品 ,滤液回
收乙醇。用 φ(乙 醇)=80%的乙醇将分离
出的荸荠 CMS 洗涤 4次 ,洗液回收乙醇;洗
涤后的荸荠 CMS 用烘干机进行干燥 ,干燥
温度 60℃左右 ,控制水分含量<10%。干燥
后的荸荠 CMS用粉碎机粉碎 ,细度为 100目
以上;经检验合格后 ,得高粘度荸荠 CMS 成
品。
2　结果与分析
2.1　最佳工艺条件的确定
保持反应物加料方式 、加料速度和搅拌
速度不变 , x (荸荠粉)∶x (乙醇)=1∶12 ,
碱化时间为 0.5 h ,选取氢氧化钠用量(以与
荸荠粉葡萄糖结构单元 AGU 的摩尔比表
示 ,以下亦同)、氯乙酸用量(与 AGU 的摩尔
比)、碱化温度 、醚化温度和醚化时间作为考
察因子 ,以黏度大小作为考察指标 ,进行 L16
(45)正交试验 ,各因素与水平及所得的黏度
结果如表 1和表 2所示 。
表 1　因素与水平
水
平
因　　素
A
x(氢氧化钠)
/ x(AGU)
B
x(氯乙酸)
/ x (AGU)
C
碱化温
度/ ℃
D
醚化温
度/ ℃
E
醚化时
间/ h
1
2
3
4
1.0
1.5
2.0
2.5
0.50
0.75
1.00
1.25
30
35
40
45
35
40
45
50
1
2
3
4
　　表 2中极差分析表明 ,氢氧化钠用量 、氯
乙酸用量 、碱化温度 、醚化温度和醚化时间等
因素对荸荠 CMS 的黏度均有不同程度的影
响 ,其中氢氧化钠用量和碱化温度是影响黏
度的显著因子 ,其影响的大小顺序为:A>C
>E>D>B。表 2还表明 ,制备高黏度 CMS
的优化工艺条件为 A2B3C2D3E2 。
2.1.1　氢氧化钠用量的确定
氢氧化钠用量对荸荠 CMS 黏度的影响
很大 。由表 2可知 ,增加氢氧化钠的用量有
利于荸荠粉分子颗粒的溶胀 ,促进淀粉钠的
生成 ,有利于氯乙酸钠向荸荠粉分子的结晶
区内渗透 ,从而可提高 CMS 的取代度 ,增大
CMS的黏度 。但过量的氢氧化钠又会造成
荸荠粉和 CMS 分子的急剧降解 ,导致 CMS
的黏度急剧减小 ,因此氢氧化钠的最佳用量
为 A2 。
表 2　正交试验结果及分析
试验号 因　　素
A B C D E
黏度/
mPa·s
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1
1
1
1
2
2
2
2
3
3
3
3
4
4
4
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
2
1
4
3
3
4
1
2
4
3
2
1
1
2
3
4
3
4
1
2
4
3
2
1
2
1
4
3
1
2
3
4
4
3
2
1
2
1
4
3
3
4
1
2
250
745
595
110
725
740
575
645
520
500
485
600
165
135
490
545
K 1
K 2
K 3
K 4
1700
2685
2105
1335
660
2120
2145
1900
2020
2560
1895
1350
1560
2040
2365
1860
1885
2385
2100
1455
K 1
K 2
K 3
K 4
425
671.3
526.3
333.8
415
530
536.3
475
505
640
473.8
337.5
390.5
510
591.3
465
471.3
596.3
525
363.8
极差 337.5 121.3 302.5 201.3 232.5
2.1.2　氯乙酸用量的确定
从表 2可以看出 ,增加氯乙酸用量能增
大荸荠 CMS 的黏度 ,在一定范围内 ,其黏度
值随氯乙酸用量的增加而增大 ,继续增加氯
乙酸的用量 , CMS 黏度随之减小 ,因为过量
的氯乙酸会破坏反应体系的碱性条件 ,还会
降低氯乙酸的利用率。表 2还表明 ,B3 较之
B2 ,其黏度增加不大 ,而氯乙酸用量却增加较
大 ,从降低生产成本考虑 ,氯乙酸的最佳用量
应为 B2 。
2.1.3　碱化温度的确定
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食品与发酵工业　　Food and Fermentation Industries　　Vol.29　No.1
生
产
与
科
研
经
验
碱化温度是影响荸荠 CMS 黏度的重要
因素 。温度过低 ,不利于荸荠粉颗粒的溶胀 ,
生成的荸荠淀粉钠偏少 ,使 CMS 取代度偏
低 ,黏度偏小;适当升高温度 ,可加大和加速
淀粉钠的生成 ,从而使 CMS 取代度增高 ,黏
度增大;然而 CMS 黏度与其取代度和分子
的平均聚合度大小(即分子质量的大小)有
关 ,由于温度升高 ,既会使 CMS 取代度增
高 ,引起黏度增大 ,又会使 CMS 分子降解 ,
聚合度降低 ,引起黏度减小 。所以开始时温
度升高使取代度增高而引起 CMS 黏度增
大 ,但随着温度的继续升高 ,引起分子降解加
剧 ,聚合度急剧下降 ,导致 CMS 黏度显著减
小 ,这从表 2可以反映出来 ,因此最佳碱化温
度为 C2(35℃)。
2.1.4　醚化温度的确定
由表 2可知 ,开始时荸荠CMS黏度随醚
化温度的升高而增大 ,当达到 D3 时 ,其黏度
值最大 ,此后 CMS 黏度随温度的继续升高
而减小 ,所以最佳醚化温度为 D3(45℃)。
2.1.5　醚化时间的确定
表 2表明 ,开始时荸荠 CMS黏度值随醚
化时间的增长而增大 ,达到 E2 时 ,其黏度出
现峰值 ,继续延长时间反会引起 CMS 黏度
减小 ,可见最佳醚化时间为 E2(2 h)。
制备高黏度荸荠 CMS 的最佳工艺条件
为A2B2C2D3E2 ,为了进一步验证试验的重现
性和可靠性 , 按最佳工艺条件 A2B2C2D3E2
和优化工艺条件 A2B3C2D3E2 重复进行了 3
次平行试验 ,结果如表 3所示 。
表 3　验证正交试验结果
试验号 CMS黏度/mPa·s 得率/ %
A 2B2C2D 3E2 A 2B3C2D3E2 A2B2C2D3E2 A2B3C 2D 3E2
1
2
3
1555
1560
1535
1570
1580
1565
80.7
81.2
79.9
76.4
77.0
75.6
平均值 1550 1571.7 80.6 76.3
　　表 3 结果 表 明 , 最 佳 工 艺 条件
A2B2C2D3E2 三次黏度的平均值为 1 550
mPa·s , 虽 然 稍 低 于 优 化 工 艺 条 件
A2B3C2D3E2 的平均值 1 571.7mPa·s ,但最佳
工艺条件的 3 次平均得率 80.6%却高于优
化工艺条件的 76.3%,且可减少氯乙酸的用
量 ,降低生产成本 ,说明最佳工艺条件具有较
好的重现性 、可靠性和实用性 。
2.2　产品质量检验结果
2.2.1　感官指标
白色粉末 ,无杂质 ,无异味。
2.2.2　定性鉴别
合格 。
2.2.3　理化指标
w(荸荠 CMS)= 2%水溶液的黏度
1 550mPa·s;w (以Na计)=2.49%;pH值
6.8;w(干燥失重)= 1.09%;氯化物含量
(以 Cl-计)= 1.17%;重金属含量(以 Pb
计)<0.001%;Fe含量 =0.010 5%,砷未检
出。
3　结　论
(1)氢氧化钠用量 、氯乙酸用量 、碱化温
度 、醚化温度和醚化时间 5个因素对荸荠羧
甲基淀粉的黏度均会产生不同程度的影响 ,
其影响的大小顺序为:氢氧化钠用量>碱化
温度>醚化时间>醚化温度>氯乙酸用量。
(2)当 x(荸荠粉)∶x (乙醇)=1∶12 ,
碱化时间定为 0.5 h ,采用最佳工艺条件:
x(荸荠粉)∶x(氢氧化钠)∶x (氯乙酸)=
1∶1.5∶0.75 ,碱化温度为 35℃,醚化温度为
45℃,醚化时间为 2 h ,可以制备黏度值高达
1 550mPa·s的荸荠羧甲基淀粉 。
参 考 文 献
1　赵　树 , 墨　峰 ,杨乡桥等.家庭食品全书.天津:
天津科技翻译出版公司 , 1992.127 ～ 130
2　顾正彪 , 冯　鹏.中国粮油学报 , 1994 , 9(3):33 ～
37
3　黄　强 , 杨连生.粮食与油脂 , 2000 ,(2):6 ～ 8
4　郑永军.食品工业科技 , 1997 , (3):16 ～ 17
5　Ragheb A A , EI-Sayiad H S.S tarch , 1997 , 49:
238 ～ 245
6　张淑芬 , 朱维群 ,杨锦宗.精细化工 , 1999 , 16(1):
53～ 55
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第 29卷　第 1期　　曹凯光:高黏度荸荠羧甲基淀粉制备工艺的优化
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科
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7　GB1904—1989.食品添加剂羧甲基纤维素钠.
Optimization of Preparing Technolgy of Water Chestnut
Carboxymethly Starch with High Viscosity
Cao Kaiguang
(Institute of Modern Applied Chemistry , Nanchang University , Nanchang , 330047)
ABSTRACT　The technology of preparing water chestnut carboxymethly starch(CMS)with high
viscosity w as studied by ethanol solvent method , using w ater chestnut starch (C6H9O4OH)as
raw material under alkaline condition.It is explored and discussed that the facto rs in preparing
technology have an inf luence on viscosity of water chestnut CMS.The result shows when x
(C6H9O4OH)∶x(C2H5OH)=1∶12 , alkalization t ime is 0.5 h , the optimum technology condi-
tion is as fallow s:x (C6H 9O4OH)∶x (NaOH)∶x (ClCH2HCOOH )=1∶1.5∶0.75 , alkaliza-
tion temperature is 35℃, etherif ication temperature is 45℃, etherification time is 2h , the w ater
chestnut CMS w ith 1550 mPa·s high viscosity is prepared.
Key words　high viscosity , water chestnut , carboxymethyl starch , water chestnut starch , tech-
nology
行业动态
2003年我国葡萄酒业发展趋势预测
据初步统计 , 2002 年我国葡萄酒产量接近 30 万 t ,比 2001 年增长 20%,主要经济指标均同步
增长。 2002 年是继 1996 年“干红热”后葡萄酒界又一个热火朝天的年份。
2002 年 11 月 14 日 , 国家经贸委公布了《中国葡萄酿酒技术规范》 , 并将于 2003 年正式实行。同时以附
件的形式公布了《山葡萄酿酒技术规范》 , 明确指出山葡萄酒作为中国特种葡萄酒 ,除了要遵循《中国葡萄酿酒
技术规范》外 ,根据山葡萄酒品种的特点 ,在酿制山葡萄酒时允许按山葡萄酿酒技术规范中规定的内容进行。
新法规最大的特点是定义葡萄酒必须是全汁的 , 取消了半汁葡萄酒的概念 , 这将对中国的葡萄酒产业产生深
远的影响。有专家统计 ,中国市场上半汁葡萄酒占据了 2/ 3 的市场份额 ,有的认为没有这么高 , 估计是 50%。
对于全汁酒企业来说 ,的确是一个很好的发展机遇。对广大的果农来说 ,葡萄酒中不能再加水 ,酿酒葡萄
的需求量也将大大增加 ,葡萄的价格或许会上升 ,农民的收入会增加 , 这将进一步提高农民种葡萄的积极性 ,
促进农业产业结构的优化 ,促进农业产业化的发展。
2002 年香港梁氏集团 、华融控股 、茅台集团 、青岛啤酒等业外巨头纷纷挟巨资进入葡萄酒行业。葡萄酒
作为朝阳产业 ,在中国它正处于急速的成长期 ,高增长 、高利润必然吸引业外资本的流入。
2003 年 ,洋酒将大规模走出高档酒店和名流俱乐部 , 进入中档商场和超市 , 占据国内品牌的原有属地。
而法国葡萄酒已先行一步 ,据法国食品协会 2002 年 12月 23 日发布的最新市场报告 , 法国葡萄酒的主要销售
渠道已不再是星级饭店和高级娱乐场所 , 而是走向了普通零售领域 , 大商场和超市。 2003 年 , 洋葡萄酒将更
多地面向普通消费者。
2003 年 ,葡萄酒业的规范化运动将向纵深展开。继《中国葡萄酿酒技术规范》实施后 ,有关部门将制定新
的葡萄酒国家标准 ,原 94 国标和部标将废除 ,同时出台的还有“葡萄酒质量等级管理办法” 。这些迟来的法规
毫无疑问将使中国的葡萄酒行业逐步走向规范。
2003 年酒庄运动将规范化发展。 2002 年真正对行业产生深远而良好的影响的 , 是酒庄运动的开启。现
在 ,许多企业都说有了自己的酒庄 , 都知道庄园酒是高档酒的代名词 , 业内也确实有了近 10 家真正立志做酒
庄的企业。而在 2001 年底 , 这是不可想象的。随着中国葡萄酒行业逐渐走出浮躁 , 酒庄也将逐渐规范 , 并且
最终给中国葡萄酒产业带来希望的明天。
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食品与发酵工业　　Food and Fermentation Industries　　Vol.29　No.1
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