全 文 ：黄姜羧甲基淀粉糊性质研究
金 迪 ,申娟娟 ,周琼＊　(安康学院化学化工系,陕西安康 725000)
摘要　[目的 ]为黄姜淀粉的深加工及黄姜羧甲基淀粉的应用提供理论依据。 [方法]通过测定黄姜羧甲基淀粉糊的冻融稳定性、抗生
物降解能力、抗老化性能、透明度、热稳定性和粘度研究了黄姜羧甲基淀粉糊的性质及温度、pH值、剪切力 、介质对糊粘度的影响。 [结
果]原淀粉糊与羧甲基淀粉糊的析水率分别为 58.4%和 21.5%。羧甲基的引入显著提高了淀粉糊的抗生物降解能力。黄姜淀粉经羧
甲基化后 ,其凝沉趋势变弱 ,糊粘度增大。羧甲基淀粉糊的透光率远远大于原淀粉糊。随着剪切力的增加 ,羧甲基淀粉糊的粘度逐渐下
降。随着蔗糖浓度的增加 ,羧甲基淀粉糊的粘度有一定增加。随着氯化钠添加量的增加 , 羧甲基淀粉糊粘度明显下降。pH值在 6～ 10
时 ,羧甲基淀粉糊粘度趋于稳定。 [结论]黄姜羧甲基淀粉可广泛用作食品增稠剂、稳定剂和保鲜剂等。
关键词　黄姜;羧甲基;糊粘度;冻融稳定性;透明度
中图分类号　S567.23+9　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)33-16216-02
StudyonthePropertiesofCarboxymethylDioscoreaezingiberensisStarchPaste
JINDietal　(DepartmentofChemistryandChemicalEngineering, AnkangUniversity, Ankang, Shaanxi725000)
Abstract　[ Objective] TheaimwastosupplytheoreticalfoundationforthefurtherprocessingofDioscoreaezingiberensisstarchandtheappli-
cationofitscarboxymethylstarch.[Method] ThepropertiesofcarboxymethylD.zingiberensisstarchpasteandtheinfluencesoftemperature,
pHvalue, shearforceandmediumonthepasteviscositywerestudiedthroughdeterminingitsfreeze-thawstability, anti-biodegradationability,
anti-agingcapability, transparency, thermalstabilityandviscosity.[ Result] Thewatersegregationratesofrawstarchpasteandcarboxymethyl
starchpastewere58.4%and21.5%resp.Theanti-biodegradationabilityofstarchpastewasenhancedbyintroducingcarboxymethylsignifi-
cantly.TheretrogradationtrendofcarboxymethylD.zingiberensisstarchwasweakenedanditspasteviscositywasincreased.Thetransparency
rateofcarboxymethylstarchpastewasmuchhigherthanthatofrawstarchpaste.Theviscosityofcarboxymethylstarchpastewasdecreased
gradualyalongwiththeincreaseofshearforce, increasedtosomedegreealongwiththeincreaseofsucroseconcn.andobviouslydecreaseda-
longwiththeincreaseoftheadditionamountofNaCl.WhenthepHvaluewasintherangeof6-10, theviscosityofcarboxymethylstarch
pastetendedtobestable.[ Conclusion] ThecarboxymethylD.zingiberensisstarchcouldbeusedasthickeningagent, stabilizer, preservative,
andsoonwidelyinfood.
Keywords　Dioscoreaezingiberensis;Carboxymethyl;Pasteviscosity;Freeze-thawstability;Clarity
基金项目　陕西省教育厅应用研究项目(06JK363);安康学院科研专项
(2005AZX011)。
作者简介　金迪(1986-), 男 ,陕西汉中人 ,本科生 ,专业:应用化学。
＊通讯作者 ,讲师。
收稿日期　 2009-10-09
　　黄姜(RhizomaDioscoreaezingiberensis)又名盾叶薯蓣 、火
藤根 ,是薯蓣属(Dioscrea.L)野生草本植物的根茎。研究表
明 ,黄姜中含有 1.1%～ 16.5%薯蓣皂素 , 35.0% ～ 40.0%淀
粉 , 40.0% ～ 50.0%的纤维等。其中甾体激素药物广泛用于
治疗风湿性关节炎 、心脑血管病等 ,在药品生产中是仅次于
抗生素的重要药源。皂素提取过程中 ,为减少资源浪费 、降
低废水处理的费用以及减少环境污染 ,研究人员已探索出制
备淀粉的工艺 。黄姜淀粉因直链淀粉含量高于一般淀粉 ,因
而透光率较低 ,易老化 [ 1] 。通过羧甲基处理可改变天然来源
淀粉的性质 ,增强某些功能性质或引进新的特性 ,以适应现
代化工业新技术和新工艺要求。笔者通过对黄姜羧甲基淀
粉糊性质的研究 ,希望能为黄姜淀粉的深加工及黄姜羧甲基
淀粉的应用提供一定的理论依据。
1　材料与方法
1.1　试验材料　黄姜淀粉由安康市旬阳生物有限公司提
供;黄姜 CMS,乙醇溶剂法自制;试剂皆为分析纯。恒温水浴
锅(HH-S,江苏金坛国胜实验仪器厂);旋转粘度计(NDJ-5S
型 ,上海精天电子仪器有限公司);分光光度计(756型 ,上海
第三分析仪器厂)。
1.2　试验方法
1.2.1　冻融稳定性试验 [ 2] 。配制 6%淀粉乳 ,加热至 95℃,
再冷却至室温(25 ℃),转移至塑料烧杯中 ,称取一定量的淀
粉糊(A)放入 -20 ℃的冰箱内 ,冷冻 24 h后取出 ,自然解冻
后倒入滤纸上 ,称重(B),计算析水率。
析水率(%)=(A-B)/A×100
1.2.2　糊的抗生物降解试验。将原淀粉和羧甲基淀粉配制
成 6%的淀粉糊液 ,转移至 50 ml的锥形瓶中 ,敞口放置 ,观
察霉菌出现情况及糊性质变化。
1.2.3　糊的抗老化性能试验 [ 3] 。配制 1%(干基)淀粉乳
100ml,在沸水浴中搅拌 20min,冷却至室温 ,移入 100 ml带
塞量筒内 ,加水调至 100ml并混匀 ,静置 24h,记录沉降部分
所占体积 ,即为沉降积。沉降积越小抗老化性能越弱。
1.2.4　糊的透明度试验 [ 4] 。配制 1%的淀粉糊液 ,用可见光
分光光度计和光程为 1cm比色皿在 625nm处以蒸馏水作参
比测定其透光率 。
1.2.5　糊的热稳定性试验 [ 4] 。配制 2%的淀粉糊液 ,一定转
速下测定不同温度下的糊粘度值 ,并绘制粘度—温度关
系图。
1.2.6　pH值对糊粘度的影响试验。用 1mol/L的 HCl溶液
或 1 mol/LNaOH溶液将蒸馏水调至所需的 pH值 ,然后用该
蒸馏水配制 2%的淀粉糊 ,测定其粘度值 ,并绘制粘度— pH
值关系图。
1.2.7　剪切力对糊粘度的影响试验。配制 2%的淀粉糊 ,用
同一号转子测定不同转速下的糊粘度值 ,并绘制粘度—转速
关系图 。
1.2.8　不同介质对淀粉糊的影响。以蔗糖和氯化钠为添加
介质 ,分别配制不同浓度的蔗糖和氯化钠溶液代替蒸馏水 ,
配制成 2%的淀粉糊 ,一定转速下测定其粘度值 ,并绘制粘
度—介质浓度关系图。
责任编辑　熊章琴　责任校对　张士敏安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2009, 37(33):16216-16217, 16220
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2009.33.005
2　结果与分析
2.1　黄姜 CMS冻融稳定性研究　由表 1可知 ,黄姜原淀粉
冻融稳定性差 ,只经冻融 1次就析出大量清水 ,糊液呈海绵
状 ,原来的胶体结构发生了变化 ,经过羧甲基化后 ,水析
出少。
表 1　黄姜淀粉糊的性质
Table1　Thepropertyresearchofstarchpastefromyellowginger
样品
Samples
析水率∥%
Watersepar-
ationrate
霉菌出现时间∥d
Mildew
occurencetime
沉降积∥ml
Setlement
product
透光率∥%
Light
transmitance
黄姜原淀粉 58.4 3 75.2 28.4
黄姜CMS 21.5 8 100.0 89.7
2.2　黄姜 CMS抗生物降解特性　淀粉糊在空气中放置一
段时间有霉菌出现 ,霉菌对淀粉糊的消化吸收基于霉菌体内
产生的酶能水解淀粉分子中的 α-(1, 4)糖苷键 ,导致淀粉大
分子断裂成小分子 ,使淀粉糊的性质发生变化。由表 1可
知 ,羧甲基的引入明显提高了淀粉糊的抗生物降解能力 ,主
要因为羧甲基基团阻碍了霉菌对 α-(1, 4)糖苷键的作用 ,抑
制了霉菌的生长 ,并且随取代度增加 ,趋势更加明显。
2.3　黄姜 CMS抗老化特性　由表 1可知 ,黄姜淀粉经羧甲
基化后 ,凝沉趋势变弱 ,且随取代度增加 ,这种现象更加明
显 。主要因为羧甲基基团能够与链淀粉脱水葡萄糖羟基形
成分子内氢键 ,阻碍了链淀粉分子间氢键的生成 ,另一方面
能与水分子很好地结合 ,使其重排和缔合趋势降低。
2.4　黄姜 CMS糊透明度　透光率越大糊透明度越高 。由
表 1可知 ,黄姜 CMS的透光率远远大于原淀粉 ,主要因为羧
甲基基团的引入降低了淀粉糊的凝沉趋势 ,这有利于 CMS
在果冻和饮料等食品工业中的应用 。
2.5　黄姜 CMS糊的热稳定性　不同的生产要求所需温度
也不相同 ,淀粉糊液粘度的变化直接影响到其应用效果 。由
图 1可知 ,黄姜淀粉经羧甲基化后其糊粘度增大 ,但糊液的
热稳定性小于原淀粉 [ 1] 。主要是因为羧甲基基团的引入 ,部
分氢键受到破坏 ,结晶程度减小 ,使颗粒易水合和膨胀 ,糊化
变易 ,而高度膨胀的淀粉颗粒在低剪切作用下易破裂分散 ,
导致其热稳定性不好。
图 1　不同温度下 CMS的糊粘度
Fig.1　ThepasteviscosityofCMSatdiferenttemperature
2.6　剪切力对黄姜 CMS糊粘度的影响　由图 2可知 ,随着
旋转速度的增大 ,即剪切力的增大 ,糊液的粘度逐渐下降 。
这主要因为羧甲基化使淀粉颗粒出现洞穴 、裂纹和部分发生
破裂 ,其抗剪切能力降低。
图 2　不同转速下CMS的糊粘度
Fig.2　ThepasteviscosityofCMSatdifferentrotationalspeed
2.7　pH值对黄姜 CMS糊粘度的影响　黄姜 CMS应用在
不同的领域 ,其环境的 pH值也不同 ,而糊液的稳定性直接影
响到产品的质量 。由图 3可知 ,随着 pH值升高 ,糊粘度先增
后减 ,但 pH值在 6 ～ 10糊粘度趋于稳定。因此使用 CMS过
程中应根据产品的不同要求 ,选择适当的条件确保产品的
质量。
图 3　不同 pH值下 CMS的糊粘度
Fig.3　ThepasteviscosityofCMSunderdifferentpHvalues
2.8　介质(蔗糖和氯化钠)对黄姜 CMS糊粘度影响　由图
4可知 ,随着蔗糖浓度增加 ,黄姜 CMS糊粘度有一定增加。
由图 5可知 ,随着氯化钠添加量的增加 ,糊粘度下降明显。
主要因为羧甲基基团带负电核 ,易与电解质发生作用 ,故在
应用中应注意其影响。
图 4　不同蔗糖浓度下 CMS的糊粘度
Fig.4　ThepasteviscosityofCMSatdiferentsucroseconcen-
tration
3　结论
黄姜 CMS具有冻融稳定性好 ,抗老化和抗生物降解能
力强 ,糊透明度高等优点 ,可广泛用作食品中的增稠剂 、稳定
剂和保鲜剂等。
(下转第 16220页)
1621737卷 33期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　金迪等　黄姜羧甲基淀粉糊性质研究
2.2.3　固定化酶的储藏稳定性。取一定量的固定化酶 ,用
保鲜膜封口 ,室温下保存。每隔 2 d做 1次测试。由图 7可
见 ,固定化酶在室温下放置 10 d后 ,相对酶活为 56.2%,稳
定性较好。
图 7　固定化酶的储藏稳定性
Fig.7　Thestoragestabilityofimmobilizedenzyme
2.2.4　固定化酶的操作稳定性。取一定量的固定化酶 ,以
浓度 2%的淀粉溶液为底物在相同条件下连续进行反应。计
算相对酶活 ,绘制酶活变化曲线。由图 8可以看出 ,用树脂
吸附法固定化 β-淀粉酶 ,酶结合得比较牢固 ,在连续反应 7
次后其酶活还有 80.8%。在第 13次反应后 ,酶活有较大的
下降 ,为 44.2%。当反应到第 15次时 ,由于固定化酶颗粒结
构开始松散 ,导致酶泄露 ,酶活力只剩下 19.7%。试验结果
表明 ,固定化酶的酶分子构象较稳定 ,不易受外界条件的干
扰 ,因此 ,能够重复多次使用 ,较游离酶有很好的经济效益 。
3　结论
经过对各影响因素的测定 ,确定 β-淀粉酶固定化的最优
工艺条件为:加酶量为 500U/g(树脂 ,湿重), pH值为 5.6,温
度为 45 ℃,吸附时间为 3h。在此条件下制得的固定化酶活
力达到 180U/g。酶固定化后其 pH稳定性 、温度稳定性 、储
藏稳定性和操作稳定性与游离酶相比均有一定的提高 。原
因可能是固定化载体的吸附会改变酶本身的结构 ,使酶本身
的性质发生了改变;另外 ,载体隔开了不良环境因素 ,维持了
图 8　固定化酶的操作稳定性
Fig.8　Theoperationalstabilityofimmobilizedenzyme
酶空间结构的稳定性 ,加强了酶的机械强度 ,提高了酶的稳
定性 ,而热稳定性越高工业化意义越大。
　　酶固定化后 ,改善了游离酶难回收 、不能稳定贮存 、不耐
高温等缺点 ,这些都是研究固定化酶在工业上应用的最大优
点。采用树脂吸附法制备固定化酶 ,操作简单 、对设备要求
不高 ,且酶和树脂都能回收利用 ,使用效率提高 ,成本降低 ,
在工业化生产中具有良好的应用前景。
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(上接第 16217页)
图 5　不同氯化钠浓度下CMS的糊粘度
Fig.5　ThepasteviscosityofCMSatdiferentconcentrationsof
NaCl
　　温度 、pH值 、剪切力 、介质(蔗糖和氯化钠)等对黄姜
CMS的糊粘度有一定的影响 ,应用中可以根据需要进行
调控。
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16220 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年