基本信息
- 項目名稱：
- 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
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 我們以濕法工藝制得OSA-淀粉酯后，通過改變加酶量和酶解時間研究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。 同時我們研究了乳化對象結(jié)構(gòu)不同對OSA-淀粉酯乳化性能的影響，
- 詳細介紹：
- 研究背景和意義 辛烯基琥珀酸淀粉酯(Octenyl Succinic Anhydride Modified Starch，簡稱OSA Starch，本文均以OSA-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Caldwell和Wurzburg研制成功[3]，并于1953年申請了專利，其制備原理是基于酯化可在溫和的堿性條件下進行[4]。對國內(nèi)食品行業(yè)來說，它是一種新型的變性淀粉，在1997 年才出現(xiàn)在中國的食品添加劑手冊上。2001 年又批準擴大了該產(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的增加而提高[6]。由于OSA-淀粉酯在淀粉分子上同時接上具有親水親油性基團，使其對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，因此它的應用日益廣泛。目前國內(nèi)對于OSA-淀粉酯的應用介紹很多，但是關于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)之間關系的研究。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢 多年來，美國、歐洲、日本等國家的研究者對OSA-淀粉酯的制備方法和應用技術不斷進行改進，使其得以工業(yè)化生產(chǎn)，市場前景看好，而我國淀粉工業(yè)起步較晚，技術相對落后。盡管該產(chǎn)品的相關技術在國際市場上已相對成熟，但仍存在以下問題： 1）合成方面：制備OSA-淀粉酯有三種方法：濕法工藝、有機溶劑工藝、干法工藝。其中濕法工藝的優(yōu)點是反應均勻，但酸酐不溶于水導致反應時兩相反應，難以得到較高的取代度；有機相法工藝的優(yōu)點是反應效率高、產(chǎn)品取代度高，但生產(chǎn)成本高，對環(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)點是簡單、反應效率高、對環(huán)境污染小，但反應物料難均勻混合，難以解決局部反應劇烈等問題。 以上工藝相對成熟，目前以濕法工藝應用更為廣泛。但是對于一些工藝條件尤其是酶解條件，基本沒有系統(tǒng)研究。 此外，對于合成產(chǎn)物的分析報道也很少，大部分研究者只關注產(chǎn)品的收率?；谝陨犀F(xiàn)狀，我們將重點研究不同酶解工藝對淀粉分子結(jié)構(gòu)的影響，并借助多種儀器進行分析。為此，我們在前期工作中查閱了大量文獻，對凝膠滲透色譜儀（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分子結(jié)構(gòu)、晶體顆粒特征、熱化學性質(zhì)和乳化性能等研究中的應用做了深入闡述，撰寫論文《分析儀器在淀粉研究中的應用》，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)點是它可以作為乳化穩(wěn)定劑，國內(nèi)雖然有關于其乳化性能研究的報道，但大都限于應用領域的研究，對于為什么不同的應用領域需要不同結(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]，為本課題的開展做了初步探索。在接下來的研究中我們將重點關注乳化對象結(jié)構(gòu)對乳化性能的影響。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：辛烯基琥珀酸淀粉酯是一種新型的變性淀粉，因其獨特的結(jié)構(gòu)特點而具有優(yōu)良的乳化分散性能，廣泛應用于食品、制藥、化妝品行業(yè)中。本項目擬對辛烯基琥珀酸淀粉酯的合成工藝進行研究，在對比同類產(chǎn)品后確定合成工藝，然后以植物油等為乳化對象，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系，從而使其在食品化學領域有更好的應用。 基本思路： （1）合成工藝 （2）乳化性能研究：
科學性、先進性及獨特之處
- 本項目研究的是一種應用極其廣泛的天然高分子材料，同時又被國外企業(yè)壟斷，本項目將一定程度上促進相關民族工業(yè)的發(fā)展；在研究過程中，我們較多地關注物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)的關聯(lián)，將所測的取代度、粘度、破乳時間等與淀粉酯的分子量分布進行比較；將辛烯基琥珀酸酐的構(gòu)型與淀粉酯的性質(zhì)相關聯(lián)。這種全面的研究方法有較大的創(chuàng)新性。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 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)中的應用日益廣泛，但對其合成和乳化性能的研究報道極少。本項目的研究不僅有利于促進產(chǎn)品的國產(chǎn)化，同時能幫助人們建立對辛烯基琥珀酸淀粉酯的科學認識。
學術論文摘要
- 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，因其獨特的結(jié)構(gòu)特點而具有優(yōu)良的乳化分散性能。 我們以濕法工藝制得OSA-淀粉酯后，通過改變加酶量和酶解時間研究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間的延長，酶解樣品的分子量逐漸降低，同時取代度逐漸減小，酶解部位主要發(fā)生在支鏈淀粉組分。 同時我們研究了乳化對象結(jié)構(gòu)不同對OSA-淀粉酯乳化性能的影響，發(fā)現(xiàn)在相同的乳化條件下，對于烷烴、脂肪醇系列，乳化對象的碳鏈長度越長，空間位阻越大，越有利于乳液穩(wěn)定；而對于脂肪酸系列，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的影響。
獲獎情況
- (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，王楠楠．乳化對象結(jié)構(gòu)對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]．寧波工程學院學報，2010，3：62～65． (4) 高志杰，仇丹，呂曉婭，趙波，周俊，吳月嬋，葉世強，王楠楠．乳化對象結(jié)構(gòu)對辛烯基琥珀酸淀粉酯乳化性能的影響[C]．第三屆全國精細化工清潔生產(chǎn)工藝與技術經(jīng)濟發(fā)展研討會，174-182．
鑒定結(jié)果
- 情況屬實
參考文獻
- [1] 劉蓮芳．中國食品添加劑的新品種、新進展[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]．寧波工程學院學報，2010，3：62～65． [8] 柳志強，平立，高嘉安等． 酶解辛烯基琥珀酸淀粉酯的性質(zhì)及應用[J]．食品科學，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，美國、歐洲、日本等國家的研究者對辛烯基琥珀酸淀粉酯的制備方法和應用技術不斷進行改進，使其得以工業(yè)化生產(chǎn)，市場前景看好，而我國淀粉工業(yè)起步較晚，技術相對落后。盡管該產(chǎn)品的相關技術在國際市場上已相對成熟，但仍存在以下問題： 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、有機溶劑工藝、干法工藝。其中濕法工藝的優(yōu)點是反應均勻，但酸酐不溶于水導致反應時兩相反應，難以得到較高的取代度；有機相法工藝的優(yōu)點是反應效率高、產(chǎn)品取代度高，但生產(chǎn)成本高，對環(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)點是簡單、反應效率高、對環(huán)境污染小，但反應物料難均勻混合，難以解決局部反應劇烈等問題。 以上工藝相對成熟，目前以濕法工藝應用更為廣泛。但是對于一些工藝條件尤其是酶解條件，基本沒有系統(tǒng)研究?；诖朔N現(xiàn)狀，本課題組將重點研究酶種類、溫度、時間等對淀粉分子結(jié)構(gòu)的影響，從而得到更系統(tǒng)科學的結(jié)論。 2）乳化性能方面：辛烯基琥珀酸淀粉酯最大的優(yōu)點是它可以作為乳化穩(wěn)定劑，國內(nèi)雖然有關于其乳化性能研究的報道，但大都限于應用領域的研究，對于為什么不同的應用領域需要不同結(jié)構(gòu)的辛烯基琥珀酸淀粉酯還未做深入系統(tǒng)的研究。我們就此確定了關于辛烯基琥珀酸淀粉酯乳化性能的構(gòu)效關系的研究方向，以期對辛烯基琥珀酸的應用和工業(yè)生產(chǎn)提供理論指導。
