親水性淀粉微細(xì)化及與油脂共混改性研究.pdf

1、近年來(lái)，淀粉的小粒度效應(yīng)已經(jīng)引起廣大科研工作者的極大重視。微細(xì)化后的淀粉，其結(jié)構(gòu)及組成分布模式的改變對(duì)于改善淀粉及淀粉基降解材料的性能，提高降解材料中淀粉的添加量等方面具有重要的意義。本論文以普通食用級(jí)玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉及食用大豆油為原料，通過(guò)新的淀粉物理改性技術(shù)——微細(xì)化處理及與植物油共混變性，以獲得具有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的微細(xì)化淀粉以及淀粉與植物性油脂共混基料。著重對(duì)不同種類、不同粒度梯度的微細(xì)化淀粉的性質(zhì)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系

2、統(tǒng)研究和表征，同時(shí)探討微細(xì)化所帶來(lái)的淀粉結(jié)構(gòu)微觀變化與其宏觀性能提高的相關(guān)性。 利用真空球磨設(shè)備，采用均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，對(duì)普通食用級(jí)玉米淀粉(未經(jīng)任何預(yù)處理或改性操作)進(jìn)行微細(xì)化處理。建立了淀粉顆粒粒度Y與球磨操作參數(shù)(球磨時(shí)間X1、淀粉濃度X2及球磨轉(zhuǎn)速X3)之間的關(guān)系模型(Y=20.9-0.0835X1-27.5X2+44.1X22-0.0241X2X3)。統(tǒng)計(jì)尋優(yōu)表明，在試驗(yàn)指標(biāo)設(shè)定范圍內(nèi)，球磨微細(xì)化處理的最佳工藝條件為：

3、球磨時(shí)間為60h、轉(zhuǎn)速為500r/min、淀粉濃度為0.45g/mL。采用該優(yōu)化工藝，可使玉米淀粉顆粒中位徑d50細(xì)化至7.01μm，并制得不同粒度梯度的微細(xì)化玉米淀粉(MCST)、微細(xì)化馬鈴薯淀粉(MPST)及微細(xì)化木薯淀粉(MCAST)。 應(yīng)用現(xiàn)代分析手段(LPSA、SEM、UV等)嘗試表征微細(xì)化淀粉的粒度、形貌及微細(xì)化所帶來(lái)的功能效應(yīng)。研究表明，隨微細(xì)化處理時(shí)間的增加，淀粉顆粒粒度呈顯著下降趨勢(shì)，其顆粒比表面積則呈明顯的上

4、升趨勢(shì)。這兩種趨勢(shì)在球磨處理前期表現(xiàn)尤為突出。SEM顯示，淀粉顆粒形貌特征也發(fā)生了極其明顯的變化，破碎可能首先發(fā)生在淀粉顆粒的缺陷處(如玉米淀粉的納米級(jí)孔洞)、裂紋處、結(jié)晶區(qū)處等應(yīng)力相對(duì)集中的區(qū)域。同時(shí)，破碎不單是淀粉表面薄層逐漸剝落的過(guò)程，大多淀粉顆粒呈現(xiàn)出大塊層碎裂、顆粒核心崩解等現(xiàn)象。 微細(xì)化淀粉糊特性研究顯示，微細(xì)化淀粉的粘度變化趨勢(shì)與原淀粉基本相同，其糊化溫度、峰值粘度及保溫過(guò)程中粘度下降幅度等，均隨淀粉顆粒粒度的降低

5、而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明微細(xì)化處理對(duì)淀粉顆粒的溶脹有抑制作用；且微細(xì)化后淀粉粘度的熱穩(wěn)定性明顯提高。木薯淀粉經(jīng)微細(xì)化處理后，其凍融穩(wěn)定性與原淀粉相近。而MPST和MCST則低于原淀粉凍融穩(wěn)定性。微細(xì)化淀粉糊的溶解度隨淀粉顆粒的粒度降低而趨向增大，而其膨脹力則隨顆粒粒度的減小先呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，隨后呈下降趨向。MCAST糊的沉降體積隨淀粉顆粒粒度的降低而趨于增大，反應(yīng)了其凝膠析水程度小于原淀粉凝膠，冷穩(wěn)定性好于原淀粉凝膠。 利用DSC對(duì)微

6、細(xì)化淀粉的熱特性進(jìn)行測(cè)定分析，研究表明，MPST的糊化開始溫度(To)、峰值溫度(Tp)及終止溫度(Tc)均低于馬鈴薯原淀粉。其熱焓變化(△H)與峰高指數(shù)(PHI)均隨淀粉顆粒粒度的降低而顯著降低。MCAST糊化吸熱峰趨于平緩，其To、Tp及Tc均隨顆粒粒度的下降而表現(xiàn)出明顯的降低趨勢(shì)。在試驗(yàn)條件下，當(dāng)?shù)矸垲w粒粒度(d50)不小于9.310μm時(shí)，出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。同樣的試驗(yàn)條件下，MCST(d50=10.661μm)在加熱過(guò)程中伴隨

7、著晶體的崩解和玻璃化轉(zhuǎn)變，且與原淀粉相比，MCST的To、Tp、Tc、△H與PHI均隨淀粉顆粒粒度的降低而表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。這說(shuō)明用于負(fù)荷淀粉晶體的熔解、顆粒的膨脹和直鏈淀粉分子從淀粉顆粒中的釋放所需要的熱能也隨淀粉顆粒微細(xì)化處理程度的增加而趨向減少。 隨微細(xì)化程度的增加，MPST/液體石蠟、MCST/液體石蠟分散體系的穩(wěn)定性均趨于提高；木薯淀粉在微細(xì)化處理前期(d50=10.333μm，d50=9.310μm，d50=9.

8、050μm)，也表現(xiàn)出同玉米及馬鈴薯淀粉相類似的分散性能，而在微細(xì)化處理后期(d50=8.441μm，d50=7.916μm)，由于淀粉顆粒發(fā)生團(tuán)聚，致使MCAST/液體石蠟分散體系的穩(wěn)定性有所降低。微細(xì)化淀粉經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑DL親脂化改性之后，其分散率均得以提高。表現(xiàn)為隨著微細(xì)化淀粉顆粒粒度的減小，親脂化改性淀粉/液體石蠟分散體系的穩(wěn)定性趨于提高。 不同種類的微細(xì)化淀粉、大豆油及蒸餾水的混合溶液在試驗(yàn)條件下通過(guò)蒸煮后均可形成穩(wěn)定

9、、光滑且?guī)в姓承缘墓不煳铮L(zhǎng)時(shí)間靜置后，也不出現(xiàn)相界分離的趨向。用過(guò)量水稀釋以降低共混物粘度，靜置后共混物表面會(huì)出現(xiàn)乳白色的親脂層，可通過(guò)離心過(guò)濾將其與共混物快速分離開來(lái)，分離后的冷稀釋物通過(guò)離心過(guò)濾可得到沉淀物，而相應(yīng)的熱稀釋共混物卻不產(chǎn)生沉淀。親脂層經(jīng)水洗后加入到乙醇中，表層淀粉薄膜將脫水固化而沉淀，光學(xué)顯微鏡照片顯示出淀粉薄膜破碎的碎片形貌及較完整的中空球狀淀粉薄膜，說(shuō)明處于油水界面處的油滴表面是被淀粉薄膜所包圍著，而且其性能穩(wěn)定