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基本信息

項(xiàng)目名稱：
辛烯基琥珀酸淀粉酯的合成和乳化性能研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
我們以濕法工藝制得OSA-淀粉酯后，通過(guò)改變加酶量和酶解時(shí)間研究OSA-淀粉酯的酶解工藝，并以產(chǎn)物的分子量分布和取代度比較不同工藝的差異。 同時(shí)我們研究了乳化對(duì)象結(jié)構(gòu)不同對(duì)OSA-淀粉酯乳化性能的影響，
詳細(xì)介紹：
研究背景和意義 辛烯基琥珀酸淀粉酯(Octenyl Succinic Anhydride Modified Starch，簡(jiǎn)稱OSA Starch，本文均以O(shè)SA-淀粉酯代替)，商品名為純膠(Pure Gum)，一般以辛烯基琥珀酸淀粉鈉(Starch Sodium Octenyl Succinate，SSOS) 的形式存在，是一種安全性高的乳化增稠劑[1-2]。 該產(chǎn)品最初由美國(guó)Caldwell和Wurzburg研制成功[3]，并于1953年申請(qǐng)了專利，其制備原理是基于酯化可在溫和的堿性條件下進(jìn)行[4]。對(duì)國(guó)內(nèi)食品行業(yè)來(lái)說(shuō)，它是一種新型的變性淀粉，在1997 年才出現(xiàn)在中國(guó)的食品添加劑手冊(cè)上。2001 年又批準(zhǔn)擴(kuò)大了該產(chǎn)品在食品中的使用范圍，其用量可根據(jù)需求添加，無(wú)需控制。 淀粉經(jīng)OSA改性后改善了糊化性能[5]，并具備了良好的乳化性能，具有乳化性能隨著其多功能疏水基團(tuán)的增加而提高[6]。由于OSA-淀粉酯在淀粉分子上同時(shí)接上具有親水親油性基團(tuán)，使其對(duì)水包油型的乳液有很好的乳化穩(wěn)定作用，成為優(yōu)良的乳化穩(wěn)定劑，因此它的應(yīng)用日益廣泛。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于OSA-淀粉酯的應(yīng)用介紹很多，但是關(guān)于OSA-淀粉酯合成及乳化性能的研究還不夠深入，尤其未涉及OSA-淀粉酯乳化性能與結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的研究。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì) 多年來(lái)，美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家的研究者對(duì)OSA-淀粉酯的制備方法和應(yīng)用技術(shù)不斷進(jìn)行改進(jìn)，使其得以工業(yè)化生產(chǎn)，市場(chǎng)前景看好，而我國(guó)淀粉工業(yè)起步較晚，技術(shù)相對(duì)落后。盡管該產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)上已相對(duì)成熟，但仍存在以下問(wèn)題： 1）合成方面：制備OSA-淀粉酯有三種方法：濕法工藝、有機(jī)溶劑工藝、干法工藝。其中濕法工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)均勻，但酸酐不溶于水導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)兩相反應(yīng)，難以得到較高的取代度；有機(jī)相法工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)效率高、產(chǎn)品取代度高，但生產(chǎn)成本高，對(duì)環(huán)境污染大，用這種方法得到的產(chǎn)品不適合于食品或化妝品中；干法生產(chǎn)工藝優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、反應(yīng)效率高、對(duì)環(huán)境污染小，但反應(yīng)物料難均勻混合，難以解決局部反應(yīng)劇烈等問(wèn)題。 以上工藝相對(duì)成熟，目前以濕法工藝應(yīng)用更為廣泛。但是對(duì)于一些工藝條件尤其是酶解條件，基本沒(méi)有系統(tǒng)研究。 此外，對(duì)于合成產(chǎn)物的分析報(bào)道也很少，大部分研究者只關(guān)注產(chǎn)品的收率?；谝陨犀F(xiàn)狀，我們將重點(diǎn)研究不同酶解工藝對(duì)淀粉分子結(jié)構(gòu)的影響，并借助多種儀器進(jìn)行分析。為此，我們?cè)谇捌诠ぷ髦胁殚喠舜罅课墨I(xiàn)，對(duì)凝膠滲透色譜儀（GPC）、掃描電子顯微鏡（SEM）、差示掃描量熱儀（DSC）和核磁共振儀（NMR）這四種重要分析儀器在淀粉的精細(xì)分子結(jié)構(gòu)、晶體顆粒特征、熱化學(xué)性質(zhì)和乳化性能等研究中的應(yīng)用做了深入闡述，撰寫(xiě)論文《分析儀器在淀粉研究中的應(yīng)用》，并已被《食品科技》錄用。 2）乳化性能方面：OSA-淀粉酯最大的優(yōu)點(diǎn)是它可以作為乳化穩(wěn)定劑，國(guó)內(nèi)雖然有關(guān)于其乳化性能研究的報(bào)道，但大都限于應(yīng)用領(lǐng)域的研究，對(duì)于為什么不同的應(yīng)用領(lǐng)域需要不同結(jié)構(gòu)的OSA-淀粉酯還未做深入系統(tǒng)的研究。高志杰等綜述了OSA改性淀粉對(duì)淀粉糊化性質(zhì)、乳化性質(zhì)、凍融穩(wěn)定性能的影響及表征手段[7]，為本課題的開(kāi)展做了初步探索。在接下來(lái)的研究中我們將重點(diǎn)關(guān)注乳化對(duì)象結(jié)構(gòu)對(duì)乳化性能的影響。

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

目的：辛烯基琥珀酸淀粉酯是一種新型的變性淀粉，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而具有優(yōu)良的乳化分散性能，廣泛應(yīng)用于食品、制藥、化妝品行業(yè)中。本項(xiàng)目擬對(duì)辛烯基琥珀酸淀粉酯的合成工藝進(jìn)行研究，在對(duì)比同類產(chǎn)品后確定合成工藝，然后以植物油等為乳化對(duì)象，系統(tǒng)地研究辛烯基琥珀酸淀粉酯的乳化性能與合成工藝的關(guān)系，從而使其在食品化學(xué)領(lǐng)域有更好的應(yīng)用。 基本思路： （1）合成工藝 （2）乳化性能研究：

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本項(xiàng)目研究的是一種應(yīng)用極其廣泛的天然高分子材料，同時(shí)又被國(guó)外企業(yè)壟斷，本項(xiàng)目將一定程度上促進(jìn)相關(guān)民族工業(yè)的發(fā)展；在研究過(guò)程中，我們較多地關(guān)注物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，將所測(cè)的取代度、粘度、破乳時(shí)間等與淀粉酯的分子量分布進(jìn)行比較；將辛烯基琥珀酸酐的構(gòu)型與淀粉酯的性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。這種全面的研究方法有較大的創(chuàng)新性。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSA-starch)是一種乳化性能優(yōu)良的變性淀粉。它是以原淀粉或淀粉衍生物為原料，與辛烯基琥珀酸酐(OSA)經(jīng)酯化反應(yīng)或再經(jīng)酶解處理而得到的一類淀粉酯；OSA改性淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，但對(duì)其合成和乳化性能的研究報(bào)道極少。本項(xiàng)目的研究不僅有利于促進(jìn)產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化，同時(shí)能幫助人們建立對(duì)辛烯基琥珀酸淀粉酯的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

學(xué)術(shù)論文摘要

摘要： 辛烯基琥珀酸淀粉酯（OSA-淀粉酯）是一種新型的變性淀粉，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而具有優(yōu)良的乳化分散性能。 我們以濕法工藝制得OSA-淀粉酯后，通過(guò)改變加酶量和酶解時(shí)間研究OSA-淀粉酯的酶解工藝，并以產(chǎn)物的分子量分布和取代度比較不同工藝的差異。研究結(jié)果表明：隨著酶用量的增加和酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，酶解樣品的分子量逐漸降低，同時(shí)取代度逐漸減小，酶解部位主要發(fā)生在支鏈淀粉組分。 同時(shí)我們研究了乳化對(duì)象結(jié)構(gòu)不同對(duì)OSA-淀粉酯乳化性能的影響，發(fā)現(xiàn)在相同的乳化條件下，對(duì)于烷烴、脂肪醇系列，乳化對(duì)象的碳鏈長(zhǎng)度越長(zhǎng)，空間位阻越大，越有利于乳液穩(wěn)定；而對(duì)于脂肪酸系列，其乳化性能受其羧基奪取OSA-淀粉酯鈉中鈉離子的能力以及脂肪酸的凝固點(diǎn)的影響。

獲獎(jiǎng)情況

(1) 趙波，仇丹，王楠楠，高志杰．分析儀器在淀粉研究中的應(yīng)用[J]． 食品科技（中文核心期刊），2010，11：305~308． (2) 高志杰，仇丹，呂曉婭，趙波，周俊，吳月嬋，葉世強(qiáng)，王楠楠．乳化對(duì)象結(jié)構(gòu)對(duì)辛烯基琥珀酸淀粉酯乳化性能的影響[J]． 食品科技（中文核心期刊），已錄用． (3) 高志杰，趙波，仇丹，王楠楠．OSA改性淀粉特性的影響因素及表征[J]．寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，3：62～65． (4) 高志杰，仇丹，呂曉婭，趙波，周俊，吳月嬋，葉世強(qiáng)，王楠楠．乳化對(duì)象結(jié)構(gòu)對(duì)辛烯基琥珀酸淀粉酯乳化性能的影響[C]．第三屆全國(guó)精細(xì)化工清潔生產(chǎn)工藝與技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展研討會(huì)，174-182．

鑒定結(jié)果

情況屬實(shí)

參考文獻(xiàn)

[1] 劉蓮芳．中國(guó)食品添加劑的新品種、新進(jìn)展[J]．食品工業(yè)科技，1999，20（2）：1-3． [2] Tesch S，Gerhards Ch，Schubert H．Stabilization of emulsions by OSA starches [J]．J．Food Eng，2002，54（3）：167-174． [3] Cadwell C.G., Wurzburg O.B. Polysaccharides derivatives of substituted dicarboxylic acids [P]. US Patent 2661349(A). [4] Tesch S, Gerhards C, Schubert H. Stabilization of emulsions by OSA starches [J]. Food Engineering, 2002, 54: 167-174. [5] Djakovic L J, Dokic P. Rheological characteristics of starch gels [J]. Starch/St?rke, 1972, 24: 195–201. [6] Jeon YS，Viswanathan A，Gross RA．Studies of starch esterification：reactions with alkenylsuccinates in aqueousslurry systems [J]．Starch，1999，51（2）：90-93． [7] 高志杰，趙波，仇丹，王楠楠．OSA改性淀粉特性的影響因素及表征[J]．寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，3：62～65． [8] 柳志強(qiáng)，平立，高嘉安等． 酶解辛烯基琥珀酸淀粉酯的性質(zhì)及應(yīng)用[J]．食品科學(xué)，2007，28：125-129． [9] Dickinson E. Hydrocolloids at interfaces and the influence on the properties of dispersed systems [J]. Food Hydrocolloids, 2003, 17: 25-39.

同類課題研究水平概述

多年來(lái)，美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家的研究者對(duì)辛烯基琥珀酸淀粉酯的制備方法和應(yīng)用技術(shù)不斷進(jìn)行改進(jìn)，使其得以工業(yè)化生產(chǎn)，市場(chǎng)前景看好，而我國(guó)淀粉工業(yè)起步較晚，技術(shù)相對(duì)落后。盡管該產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)上已相對(duì)成熟，但仍存在以下問(wèn)題： 1）合成方面： 制備辛烯基琥珀酸淀粉酯有三種方法：濕法工藝、有機(jī)溶劑工藝、干法工藝。其中濕法工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)均勻，但酸酐不溶于水導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)兩相反應(yīng)，難以得到較高的取代度；有機(jī)相法工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)效率高、產(chǎn)品取代度高，但生產(chǎn)成本高，對(duì)環(huán)境污染大，用這種方法得到的產(chǎn)品不適合于食品或化妝品中；干法生產(chǎn)工藝優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、反應(yīng)效率高、對(duì)環(huán)境污染小，但反應(yīng)物料難均勻混合，難以解決局部反應(yīng)劇烈等問(wèn)題。 以上工藝相對(duì)成熟，目前以濕法工藝應(yīng)用更為廣泛。但是對(duì)于一些工藝條件尤其是酶解條件，基本沒(méi)有系統(tǒng)研究?；诖朔N現(xiàn)狀，本課題組將重點(diǎn)研究酶種類、溫度、時(shí)間等對(duì)淀粉分子結(jié)構(gòu)的影響，從而得到更系統(tǒng)科學(xué)的結(jié)論。 2）乳化性能方面：辛烯基琥珀酸淀粉酯最大的優(yōu)點(diǎn)是它可以作為乳化穩(wěn)定劑，國(guó)內(nèi)雖然有關(guān)于其乳化性能研究的報(bào)道，但大都限于應(yīng)用領(lǐng)域的研究，對(duì)于為什么不同的應(yīng)用領(lǐng)域需要不同結(jié)構(gòu)的辛烯基琥珀酸淀粉酯還未做深入系統(tǒng)的研究。我們就此確定了關(guān)于辛烯基琥珀酸淀粉酯乳化性能的構(gòu)效關(guān)系的研究方向，以期對(duì)辛烯基琥珀酸的應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。
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