淀粉的機(jī)械活化及其性能研究.pdf

1、淀粉是一種多晶高聚物，其顆粒中一部分分子排列成疏松的非晶區(qū)，另一部分分子則排列成高度有序的結(jié)晶區(qū)，結(jié)晶結(jié)構(gòu)主要是由淀粉分子通過氫鍵連接，結(jié)晶區(qū)約占顆粒的25％～50％。淀粉分子的這種結(jié)構(gòu)特點，限制了淀粉的使用范圍，如淀粉結(jié)晶區(qū)分子排列緊密，水及化學(xué)試劑等不易觸及結(jié)晶區(qū)內(nèi)的分子，導(dǎo)致淀粉的糊化溫度高、化學(xué)反應(yīng)活性低等；淀粉的相對分子量大及眾多的羥基彼此以氫鍵締合成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致淀粉糊粘度過大、流動性差。因此，研究如何改變淀粉顆粒結(jié)構(gòu)

2、、結(jié)晶區(qū)超分子結(jié)構(gòu)以及減少淀粉結(jié)晶區(qū)的方法來改善淀粉的物理化學(xué)性質(zhì)、提高淀粉的反應(yīng)活性已成為一項極其重要的研究課題。本文采用自制的攪拌磨對淀粉進(jìn)行機(jī)械活化。 1.采用X-射線衍射儀(xRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)、粒度分析儀及紅外光譜(FTIR)對活化淀粉進(jìn)行表征分析，用化學(xué)分析方法測定活化淀粉的直鏈淀粉含量，分別研究木薯、玉米淀粉在機(jī)械活化過程中其結(jié)晶結(jié)構(gòu)、熱特性、顆粒形貌、粒度分布、分子基團(tuán)及直

3、鏈淀粉含量變化的特征及規(guī)律，并根據(jù)測試結(jié)果對淀粉的機(jī)械活化過程機(jī)理進(jìn)行分析討論。 2.通過考察機(jī)械活化對木薯、玉米淀粉的冷水溶解度、流變特性、透明度及凍融穩(wěn)定性的影響來研究機(jī)械活化對淀粉理化性質(zhì)的影響。 3.以抗性淀粉含量為評價指標(biāo)，通過考察活化時間、儲存時間、淀粉糊濃度、糊化溫度及儲存溫度對抗性淀粉形成的影響來研究機(jī)械活化對淀粉分子重結(jié)晶能力的影響。 4.采用不同活化時間的淀粉為原料、醋酸酐為乙?；噭?、甲磺酸

4、為催化劑、醋酸為反應(yīng)介質(zhì)制備乙酰化淀粉，并以其取代度為評價指標(biāo)，通過研究機(jī)械活化對乙?；磻?yīng)取代度及活化能的影響規(guī)律來探討機(jī)械活化對淀粉化學(xué)反應(yīng)活性的影響。用紅外光譜對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。 5.以不同活化時間的淀粉為原料、α-淀粉酶為液化試劑，以液化水解產(chǎn)物的葡萄糖值(Dextrose Equivalent，DE)為評價指標(biāo)，通過研究機(jī)械活化時間、糊化溫度、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、淀粉糊濃度、淀粉酶用量、pH值對DE值的影響規(guī)律來探

5、討機(jī)械活化對淀粉酶解反應(yīng)活性的影響。 通過上述的研究，根據(jù)實驗結(jié)果和理論分析，得到如下主要結(jié)論： (1)在機(jī)械活化過程中木薯與玉米淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到破壞，結(jié)晶度降低，最終由多晶態(tài)轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)；淀粉的顆粒形貌從不規(guī)整的大顆粒結(jié)構(gòu)向片狀細(xì)小顆粒結(jié)構(gòu)演變，得到由眾多細(xì)小顆粒團(tuán)聚而成的聚集體，粉體界面模糊；兩種淀粉的糊化溫度、糊化吸熱焓隨活化時間的增加而逐漸降低，最終糊化相變吸熱峰消失；直鏈淀粉含量隨著活化時間的延長而增加；紅外

6、光譜分析表明淀粉在活化過程中并沒有新的基團(tuán)產(chǎn)生。 (2)機(jī)械活化能顯著提高木薯與玉米淀粉的冷水溶解度和淀粉糊的透明度，降低淀粉糊的凍融穩(wěn)定性；木薯和玉米原淀粉及其活化淀粉糊均呈現(xiàn)假塑性流體特征，符合冪定律?；罨瘯r間越長，淀粉糊的表觀粘度就越低，越趨近牛頓流體，具有很好的流動性，并能顯著地降低兩種淀粉糊的剪切稀化現(xiàn)象和觸變性；由于和木薯淀粉相比，玉米淀粉的顆粒小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列緊密，直鏈淀粉含量高，氫鍵作用力強(qiáng)，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)不易崩潰，

7、因此活化玉米淀粉的冷水溶解度、淀粉糊的透明度及凍融穩(wěn)定性均比相應(yīng)的活化木薯淀粉低。 (3)淀粉經(jīng)機(jī)械活化后由于其分子鏈發(fā)生斷裂，分子量變小，聚合度降低，粘度下降，直鏈淀粉含量提高，從而加強(qiáng)了淀粉分子重結(jié)晶的能力，抗性淀粉含量增加；但過度的降解會使直鏈淀粉的聚合度過低，淀粉鏈太短，淀粉分子易于擴(kuò)散而不利于老化結(jié)晶。在相同條件下，由活化玉米淀粉所制備的抗性淀粉含量比活化木薯淀粉的高，說明直鏈淀粉含量對抗性淀粉的形成有很大的影響。其它

8、的影響因素如淀粉糊濃度、糊化溫度、儲存溫度等對抗性淀粉的形成也有較大的影響，但它們對淀粉糊重結(jié)晶能力的影響程度受到機(jī)械活化時間的制約，活化時間越長，對它們的依賴性越低?？剐缘矸鄣腦RD分析表明，抗性淀粉的晶型結(jié)構(gòu)不同于原淀粉，屬于B型結(jié)構(gòu)。 (4)在實驗條件下，木薯原淀粉及活化0.25、1．0h淀粉乙?；磻?yīng)的表觀活化能分別為60.95、48.03、22.98 kJ·mol<'-1>，玉米原淀粉及活化0.25、1.0h淀粉乙?；?/p>

9、反應(yīng)的表觀活化能分別為66.21、51.92、25.06 kJ·mol<'-1>，表明機(jī)械活化對木薯、玉米淀粉的乙?；磻?yīng)有顯著的強(qiáng)化作用，反應(yīng)活性提高，乙?；磻?yīng)對反應(yīng)溫度的依賴性降低。雖然其它的影響因素如催化劑用量、醋酸酐用量對淀粉的乙?；磻?yīng)也有較大的影響，但它們的影響規(guī)律受到活化時間的制約，活化時間越長，酯化反應(yīng)對它們的依賴性越低。紅外光譜分析表明，乙?；矸酆驮矸奂盎罨矸鄣慕Y(jié)構(gòu)差異隨著取代度的增加而增大；乙?；磻?yīng)過程也能