基本信息
- 项目名称：
- 辛烯基琥珀酸淀粉酯的合成和乳化性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 我们以湿法工艺制得OSA-淀粉酯后，通过改变加酶量和酶解时间研究OSA-淀粉酯的酶解工艺，并以产物的分子量分布和取代度比较不同工艺的差异。 同时我们研究了乳化对象结构不同对OSA-淀粉酯乳化性能的影响，
- 详细介绍：
- 研究背景和意义 辛烯基琥珀酸淀粉酯(Octenyl Succinic Anhydride Modified Starch，简称OSA Starch，本文均以OSA-淀粉酯代替)，商品名为纯胶(Pure Gum)，一般以辛烯基琥珀酸淀粉钠(Starch Sodium Octenyl Succinate，SSOS) 的形式存在，是一种安全性高的乳化增稠剂[1-2]。 该产品最初由美国Caldwell和Wurzburg研制成功[3]，并于1953年申请了专利，其制备原理是基于酯化可在温和的碱性条件下进行[4]。对国内食品行业来说，它是一种新型的变性淀粉，在1997 年才出现在中国的食品添加剂手册上。2001 年又批准扩大了该产品在食品中的使用范围，其用量可根据需求添加，无需控制。 淀粉经OSA改性后改善了糊化性能[5]，并具备了良好的乳化性能，具有乳化性能随着其多功能疏水基团的增加而提高[6]。由于OSA-淀粉酯在淀粉分子上同时接上具有亲水亲油性基团，使其对水包油型的乳液有很好的乳化稳定作用，成为优良的乳化稳定剂，因此它的应用日益广泛。目前国内对于OSA-淀粉酯的应用介绍很多，但是关于OSA-淀粉酯合成及乳化性能的研究还不够深入，尤其未涉及OSA-淀粉酯乳化性能与结构之间关系的研究。 国内外研究现状及趋势 多年来，美国、欧洲、日本等国家的研究者对OSA-淀粉酯的制备方法和应用技术不断进行改进，使其得以工业化生产，市场前景看好，而我国淀粉工业起步较晚，技术相对落后。尽管该产品的相关技术在国际市场上已相对成熟，但仍存在以下问题： 1）合成方面：制备OSA-淀粉酯有三种方法：湿法工艺、有机溶剂工艺、干法工艺。其中湿法工艺的优点是反应均匀，但酸酐不溶于水导致反应时两相反应，难以得到较高的取代度；有机相法工艺的优点是反应效率高、产品取代度高，但生产成本高，对环境污染大，用这种方法得到的产品不适合于食品或化妆品中；干法生产工艺优点是简单、反应效率高、对环境污染小，但反应物料难均匀混合，难以解决局部反应剧烈等问题。 以上工艺相对成熟，目前以湿法工艺应用更为广泛。但是对于一些工艺条件尤其是酶解条件，基本没有系统研究。 此外，对于合成产物的分析报道也很少，大部分研究者只关注产品的收率。基于以上现状，我们将重点研究不同酶解工艺对淀粉分子结构的影响，并借助多种仪器进行分析。为此，我们在前期工作中查阅了大量文献，对凝胶渗透色谱仪（GPC）、扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）和核磁共振仪（NMR）这四种重要分析仪器在淀粉的精细分子结构、晶体颗粒特征、热化学性质和乳化性能等研究中的应用做了深入阐述，撰写论文《分析仪器在淀粉研究中的应用》，并已被《食品科技》录用。 2）乳化性能方面：OSA-淀粉酯最大的优点是它可以作为乳化稳定剂，国内虽然有关于其乳化性能研究的报道，但大都限于应用领域的研究，对于为什么不同的应用领域需要不同结构的OSA-淀粉酯还未做深入系统的研究。高志杰等综述了OSA改性淀粉对淀粉糊化性质、乳化性质、冻融稳定性能的影响及表征手段[7]，为本课题的开展做了初步探索。在接下来的研究中我们将重点关注乳化对象结构对乳化性能的影响。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：辛烯基琥珀酸淀粉酯是一种新型的变性淀粉，因其独特的结构特点而具有优良的乳化分散性能，广泛应用于食品、制药、化妆品行业中。本项目拟对辛烯基琥珀酸淀粉酯的合成工艺进行研究，在对比同类产品后确定合成工艺，然后以植物油等为乳化对象，系统地研究辛烯基琥珀酸淀粉酯的乳化性能与合成工艺的关系，从而使其在食品化学领域有更好的应用。 基本思路： （1）合成工艺 （2）乳化性能研究：
科学性、先进性及独特之处
- 本项目研究的是一种应用极其广泛的天然高分子材料，同时又被国外企业垄断，本项目将一定程度上促进相关民族工业的发展；在研究过程中，我们较多地关注物质微观结构与宏观性质的关联，将所测的取代度、粘度、破乳时间等与淀粉酯的分子量分布进行比较；将辛烯基琥珀酸酐的构型与淀粉酯的性质相关联。这种全面的研究方法有较大的创新性。
应用价值和现实意义
- 辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSA-starch)是一种乳化性能优良的变性淀粉。它是以原淀粉或淀粉衍生物为原料，与辛烯基琥珀酸酐(OSA)经酯化反应或再经酶解处理而得到的一类淀粉酯；OSA改性淀粉在食品工业中的应用日益广泛，但对其合成和乳化性能的研究报道极少。本项目的研究不仅有利于促进产品的国产化，同时能帮助人们建立对辛烯基琥珀酸淀粉酯的科学认识。
学术论文摘要
- 摘要： 辛烯基琥珀酸淀粉酯（OSA-淀粉酯）是一种新型的变性淀粉，因其独特的结构特点而具有优良的乳化分散性能。 我们以湿法工艺制得OSA-淀粉酯后，通过改变加酶量和酶解时间研究OSA-淀粉酯的酶解工艺，并以产物的分子量分布和取代度比较不同工艺的差异。研究结果表明：随着酶用量的增加和酶解时间的延长，酶解样品的分子量逐渐降低，同时取代度逐渐减小，酶解部位主要发生在支链淀粉组分。 同时我们研究了乳化对象结构不同对OSA-淀粉酯乳化性能的影响，发现在相同的乳化条件下，对于烷烃、脂肪醇系列，乳化对象的碳链长度越长，空间位阻越大，越有利于乳液稳定；而对于脂肪酸系列，其乳化性能受其羧基夺取OSA-淀粉酯钠中钠离子的能力以及脂肪酸的凝固点的影响。
获奖情况
- (1) 赵波，仇丹，王楠楠，高志杰．分析仪器在淀粉研究中的应用[J]． 食品科技（中文核心期刊），2010，11：305~308． (2) 高志杰，仇丹，吕晓娅，赵波，周俊，吴月婵，叶世强，王楠楠．乳化对象结构对辛烯基琥珀酸淀粉酯乳化性能的影响[J]． 食品科技（中文核心期刊），已录用． (3) 高志杰，赵波，仇丹，王楠楠．OSA改性淀粉特性的影响因素及表征[J]．宁波工程学院学报，2010，3：62～65． (4) 高志杰，仇丹，吕晓娅，赵波，周俊，吴月婵，叶世强，王楠楠．乳化对象结构对辛烯基琥珀酸淀粉酯乳化性能的影响[C]．第三届全国精细化工清洁生产工艺与技术经济发展研讨会，174-182．
鉴定结果
- 情况属实
参考文献
- [1] 刘莲芳．中国食品添加剂的新品种、新进展[J]．食品工业科技，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/Stärke, 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，赵波，仇丹，王楠楠．OSA改性淀粉特性的影响因素及表征[J]．宁波工程学院学报，2010，3：62～65． [8] 柳志强，平立，高嘉安等． 酶解辛烯基琥珀酸淀粉酯的性质及应用[J]．食品科学，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.
同类课题研究水平概述
- 多年来，美国、欧洲、日本等国家的研究者对辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法和应用技术不断进行改进，使其得以工业化生产，市场前景看好，而我国淀粉工业起步较晚，技术相对落后。尽管该产品的相关技术在国际市场上已相对成熟，但仍存在以下问题： 1）合成方面： 制备辛烯基琥珀酸淀粉酯有三种方法：湿法工艺、有机溶剂工艺、干法工艺。其中湿法工艺的优点是反应均匀，但酸酐不溶于水导致反应时两相反应，难以得到较高的取代度；有机相法工艺的优点是反应效率高、产品取代度高，但生产成本高，对环境污染大，用这种方法得到的产品不适合于食品或化妆品中；干法生产工艺优点是简单、反应效率高、对环境污染小，但反应物料难均匀混合，难以解决局部反应剧烈等问题。 以上工艺相对成熟，目前以湿法工艺应用更为广泛。但是对于一些工艺条件尤其是酶解条件，基本没有系统研究。基于此种现状，本课题组将重点研究酶种类、温度、时间等对淀粉分子结构的影响，从而得到更系统科学的结论。 2）乳化性能方面：辛烯基琥珀酸淀粉酯最大的优点是它可以作为乳化稳定剂，国内虽然有关于其乳化性能研究的报道，但大都限于应用领域的研究，对于为什么不同的应用领域需要不同结构的辛烯基琥珀酸淀粉酯还未做深入系统的研究。我们就此确定了关于辛烯基琥珀酸淀粉酯乳化性能的构效关系的研究方向，以期对辛烯基琥珀酸的应用和工业生产提供理论指导。
