响应面法优化大米多孔磷酸酯淀粉的制备工艺

2011年12月 第26卷第12期 中国粮油学报 JoumaloftlleChineseCerealsandOilsA8sociation V01．26．No．12 Dec．2011 响应面法优化大米多孔磷酸酯淀粉的制备 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 孙晓莉 郭 丽 杜先锋 朱 玉 (安徽农业大学茶与食品科技学院，合肥230036) 摘要对多孔淀粉进行磷酸酯化改性处理，使其既具有磷酸酯淀粉的特性，又具有多孔淀粉的吸附性 质。以自制的大米多孔淀粉为原料，三聚磷酸钠为酯化剂，通过单因素试验和响应面试验，经SAS软件分析， 确定了制备大米多孔磷酸酯淀粉的最佳条件，并对其进行验证。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，磷酸盐用量4％、温度150℃、时间 150IIlin、pH6是合成大米多孔磷酸酯的最佳工艺条件。此法制得的大米多孔磷酸酯淀粉取代度为0．09，并且 通过SEM观察验证它仍然具有大米多孔淀粉的完整结构。 关键词磷酸酯淀粉响应面红外光谱 多孔结构 中图分类号：髑23l 文献标识码：A 文章编号：1003一0174(2011)12—0049—06 磷酸酯淀粉是一种应用广泛的阴离子淀粉，由 原淀粉与磷酸盐酯化而成，即使很低程度的取代也 能够使原淀粉的性质发生改变⋯。在一定条件下， 用正磷酸盐、偏磷酸盐、焦磷酸盐或多聚磷酸盐均能 把磷酸酯基团引入淀粉中。淀粉磷酸酯有单酯和双 酯两种类型，在淀粉磷酸单酯中，淀粉的羟基只与磷 酸三个酸性官能团发生中的一个发生酯化反应；而 淀粉磷酸双酯中，羟基可以与磷酸的两个酸性官能 团发生反应，是一种交联淀粉RJ。 多孔淀粉是一种新型的改性淀粉，其表面有许 多伸向淀粉颗粒中心的小孔，具有比原淀粉更大的 比表面积，具有良好的吸附作用L3j，但是淀粉结构经 过多孔处理后容易坍塌，会影响多孔淀粉的吸附效 果‘4|。 本试验采用大米多孔淀粉为原料，以三聚磷酸 钠为磷酸酯化剂，研究不同反应条件对淀粉磷酸酯 取代度的影响，通过响应曲面法确定最佳试验条件， 为进一步开发利用多孔淀粉提供良好的试验基础。 l 材料与方法 1。l主要材料与设备 1．1．1试验材料 大米多孔淀粉：试验室自制[53；无水正磷酸二氢 基金项目：国家自然科学基金(20r776002)，t海烟草集团重点烟 气实验窄开放性基金(SzBcW20lO一00538) 收稿日期：2011—02—23 作者简介：孙晓莉，女，1982年出生，硕士．农产品加工与贮藏工 程 通讯作者：杜先锋，男．1963年出生，教授，博士生导师，食品生物 技术及农副产品深加工技术 钾、钼酸铵、96％硫酸、65％硝酸、抗坏血酸、磷酸、三 聚磷酸钠等均为分析纯。 1．1．2仪器 MAll0型电子天平：上海良平仪器仪表有限公 司；UV一2102C型紫外可见分光光度计：尤尼柯(上 海)仪器有限公司；DHG一9140A型电热恒温鼓风干 燥箱：上海一恒科技有限公司；SKD一08s2红外智能 消化炉：上海沛欧分析仪器有限公司；DF一10lS集 热式恒温加热磁力搅拌器：巩义市英峪予华仪器厂； SHB一Ⅲ循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限 公司；Nicolet8700傅里叶红外变换光谱仪：美国 ne啪oscie埘ficInstmment公司；Sirion200场发射 扫描电子显微镜：f'EI。 1．2试验方法 1．2．1大米多孔磷酸酯淀粉的制备 工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如图1所示。 大米多孔淀粉 磁力搅拌30lIIin I I i聚磷酸钠溶液JL-不同浓度淀粉乳JL，淀粉充分浸渍] J 广煳“燃勰妣漱黝哪臁糊滤 。荔嚣焉，1墓篙霪嚣啬广粉碎过筛一成品(水分5％．10％)(控制温度时间J 圈1 大米多孔磷酸酯淀粉制备工艺流程图 将三聚磷酸钠溶于水中，配置不同浓度的磷酸 盐溶液，用稀磷酸调节pH，把制备好的大米多孔淀 粉加入磷酸盐溶液中配置成40％的淀粉乳，磁力搅 万方数据 50 中国粮油学报 2011年第12期 拌30min。用布氏漏斗抽滤，得到的滤饼用适量 95％乙醇浸泡洗涤，再次抽滤，所得滤饼40℃干燥 至水分质量分数为5％一10％，控制时间温度进行酯 化反应，粉碎过200目筛，即得成品。 1．2．2单因素试验 在反应体系pH为5，反应时间为120min和反 应温度为140℃保持不变的情况下，三聚磷酸钠添 加量分别取淀粉干基的3％、4％、5％、6％、7％、8％6 个水平；在反应体系pH为5，反应时间为120min和 三聚磷酸钠用量为6％保持不变的情况下，反应温度 分别取120、130、140、150、160℃5个水平；在反应体 系pH为5，反应温度为150℃和三聚磷酸钠用量为 6％保持不变的情况下，反应时间分别取30、60、90、 120、150min5个水平；在反应时间为150min，反应 温度为150℃和三聚磷酸钠用量为6％保持不变的 情况下，反应体系pH分别取3、4、5、6、75个水平，分 别考察三聚磷酸钠用量、反应温度、反应时间、pH等 4个因素对取代度的影响。 l。2．3响应面试验 在单因素试验的基础上，以取代度为指标选取 各因素范围如表l所示。 表l 响应面试验因素与水平对照表 1．2．4淀粉磷酸酯取代度的测定 1．2．4．1总磷含量的测定 采用分光光度法对大米多孔磷酸酯淀粉进行总 磷含量的测定∞J。 1．2．4．2游离磷含量的测定 采用姜元荣o¨的方法对大米多孑L磷酸酯淀粉进 行游离磷含量的测定。 1．2．4．3结合磷含量的测定 结合磷含量=总磷含量一游离磷含量。 1．2．4．4淀粉磷酸酯取代度(粥)的计算哺1 1‘，’傩=结合磷量×揣[(100一水分含量)一 (游离磷量×K。+结合磷量×K：)] 式中：K。为游离磷换算成磷酸盐的系数，以磷酸 钠计，K；=3．8734；K：为结合磷酸酯基团的换算系 数，以磷酸钠计，K：=3．2922。 1．2．5红外光谱 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 采用KBr压片法对大米多孔磷酸酯淀粉进行红 外光谱检测。 1．2．6多孔淀粉磷酸酯微观形态观察 采用场发射扫描电子显微镜观察大米多孔磷酸 酯淀粉的微观形态。 剪取少许静电双面胶带贴在扫描电镜载物台 上，挑取微量试样(干燥)洒在双面胶上，轻微晃 动，使其分布均匀，用吸耳球吹去多余的试样，使 试样尽量不堆积在一处，放人镀金器中喷碳镀金。 电子枪加速为20kV，在不同的放大倍数下扫描、 拍照。 1．3数据分析 试验数据采用Excel2000和SAS分析软件处理。 2 结果与分析 2．1 单因素试验测定结果 2．1．1三聚磷酸钠用量对取代度的影响 由图2a可以看出，三聚磷酸钠用量对淀粉磷酸 酯的取代度有较大影响。随着三聚磷酸钠量的增 加，取代度逐渐增加。当三聚磷酸钠添加量从3％增 加到6％时，取代度增长较快，但是随着三聚磷酸钠 量的继续增加，取代度的增长速度减小，反应效率减 慢，对三聚磷酸钠利用率减小，基于成本和反应效率 考虑，选取三聚磷酸钠的用量为6％。 2．1．2反应温度对取代度的影响 由图2b可以看出，淀粉磷酸酯的取代度随着反 应温度的升高而升高，且升高幅度较大。这是因为 温度的升高能够促进淀粉分子问氢键的断裂，使淀 粉裸露出更多的羟基，从而使更多的磷酸盐接触到 羟基而发生酯化反应，所以取代度也相应的增加，但 是在反应温度达到150℃时，生成的试样颜色发黄， 反应温度在160℃时，不仅试样颜色发黄，而且部分 试样发生了焦化现象，所以反应温度不应该超过 150℃。 2．1．3反应时间对取代度的影响 由图2e可以看出取代度随着反应时间的延长而 增大，增长速度由快变慢。这是由于随着反应时间 的延长，反应物双方的接触时间增加，酯化反应得以 充分进行，酯化程度也随之增加，但反应一段时间 后，随着磷酸盐的消耗，反应物浓度下降，反应效率 减小，取代度增长缓慢。从经济角度考虑，反应时问 万方数据 第26卷第12期 孙晓莉等 响应面法优化大米多孔磷酸酯淀粉的制备工艺 5l 不宜超过150min。 2．1．4pH对取代度的影响 由图2d可以看出，在pH值较低的情况下，淀粉 磷酸酯的取代度较低，随着反应体系pH的增大，取 o．10 0．08 魁O．06 Ⅳ 甾O．()4 0．02 0．00 O．10 0．08 麒O．06u 磷O．04 O．02 O．00 0．10 O．08 魁O．06u 釜0．04 0．02 O．oo 0．10 0．08 魁O．06 Ⅳ 磷0．04 0．02 O．00 2 3 4 5 6 7 8 9 磷酸盐用量，％ a 120 130 140 150 160 温度，℃ b 3() t；o 90 120 150 t|妇 C 3 4 5 6 7 pH d 圈2各因素对取代度的影响 代度增大并且在pH为5时达到最大值，继续增大 pH，取代度下降，这是因为反应体系中pH值为5时， 体系中氢离子浓度比较大，能够促进酯化反应的发 生；pH过低会使淀粉中糖苷键水解，pH过高会使淀 粉发生交联归J。所以，调节反应体系的pH为5。 2．2响应面试验结果分析 根据单因素试验结果，采用四因素二次通用旋 转 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ，以淀粉磷酸酯的取代度为响应面，考察上述 四因素对取代度的协同影响来确定试验的最佳条 件，该设计采用sAs数据处理中的响应面分析。 表2响应面试验设计及结果 2．2．1响应面法试验结果 响应面法的试验设计及结果见表2，运用SAS数 据统计分析软件对试验数据进行多元回归拟合，回 归模型系数及显著性检验结果见表3，得到A(磷酸 盐用量)、B(温度)、C(时间)和D(pH)的二次多项 回归模型： 万方数据 52 中国粮油学报 2011年第12期 JDls=一0．27954一O．00338×A+0．00586× 口一0．00238xC+0．22091×D一0．00l4l×A2+ 0．Ooo12×A×丑一O．00004×A×C+0．00094×A× D一0．Ooo03×矿+0．00002×B×C一3．8126×B× D+2．2626×c2+0．咖02×C×D一0．00260×D2 裹3 Ds的估计回归数学模型 响应数据的方差分析结果见表4，由其可知，模 型的F值=7．034>R晒⋯．61=2．85，P=O．0002< 0．Ol，模型显著；失拟项F=3．66l>凡．∞(14．10)= 2．60，P=O．0629>0．05，不显著，所以可以用此回归 方程说明各因子与响应值之间的关系(R2= 73．80％)。由表3可知方程的A、C、D的影响是都高 度显著的。回归方程中一次项、二次项和交互项是显 著的(P<0．001)，这说明响应面分析所选用的4个主 效应显著。其中因素之间的交互作用也比较大(P= 0．0463