淀粉及其衍生物的流變特性研究

羅曉鋒

摘要：以玉米淀粉為材料，制取了苯乙烯-玉米淀粉樹脂、玉米氧化淀粉、玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹脂三種淀粉衍生物, 對比測定了該三種淀粉衍生物的黏度參數(shù)，并研究其流變特性。結(jié)果表明淀粉通過復(fù)合變性后, 粘度熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，相同剪切速率下，玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹脂的切應(yīng)力最大。都具有剪切稀化現(xiàn)象，且原玉米淀粉的凝膠強(qiáng)度大于變性淀粉的凝膠強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：玉米淀粉 變性淀粉 流變特性 黏度 剪切速率

天然淀粉的可利用性取決于淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)和淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量。不同種類的淀粉其分子結(jié)構(gòu)和直鏈淀粉、支鏈淀粉的含量都不相同，因此不同來源的淀粉原料具有不同的可利用性[1 2]。天然淀粉在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用，特別是在廣泛采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備的情況下應(yīng)用是有限的 [3]。為了探討變性淀粉在不同濃度，不同溫度下的特性，本研究利用NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式黏度計對玉米淀粉及其三種衍生物進(jìn)行了流變性測定，分析了在不同濃度，不同溫度下，淀粉及其衍生物的流變特性的變化規(guī)律，為進(jìn)一步提高玉米淀粉的品質(zhì)提供了依據(jù)[4]。

1.材料與方法

1.1 原料與儀器

原料：玉米淀粉：甘肅昆侖生化有限責(zé)任公司；

苯乙烯-玉米淀粉樹脂、玉米氧化淀粉、玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹脂：試驗(yàn)室自制。

儀器：旋轉(zhuǎn)黏度計：NDJ - 79 型,上海森地科學(xué)儀器設(shè)備有限公司；

GKC型數(shù)顯控溫水浴鍋：同濟(jì)大學(xué)機(jī)電廠生產(chǎn)；

JJ-5測速電動攪拌器：上海司樂儀器廠生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 苯乙烯-玉米淀粉樹脂的制備

取20g淀粉，加入150ml水，用鹽酸調(diào)節(jié)PH至3，水浴加熱升溫至70℃，糊化半小時至透明，加入10%過硫酸銨8ml，滴加苯乙烯10ml，升溫至80～82℃，1小時滴完，取樹脂提取后分析其結(jié)構(gòu)。

1.2.2 玉米氧化淀粉的制備

取30g玉米淀粉，加入50ml水打漿均勻，加0.01%的CuSO4·5H2O溶液3ml，加入10% H2O23ml，攪拌均勻，攪拌升溫至55℃，保溫半小時，過濾烘干，研細(xì)。

1.2.3 玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹脂

取20g玉米淀粉，加入150ml水，1gNaOH（少量水溶解），加入2ml環(huán)氧氯丙烷，加熱1小時，升溫至90℃，保溫10分鐘。降溫至70℃，調(diào)節(jié)PH至3，加入10%過硫酸銨8ml，滴入醋酸乙烯20ml，1小時滴完，升溫至90℃，取樹脂提取后分析其結(jié)構(gòu)。

1.2.4 淀粉及其衍生物黏度的測定

分別取4 g以上三種實(shí)驗(yàn)室自制的變性淀粉和原淀粉，蒸餾水定容到100 ml；將定容淀粉液倒入250 ml具塞三角瓶中，然后將該三角瓶放入500 ml燒杯中，杯子盛有70～80℃的熱水；將此燒杯與三角瓶放到已預(yù)熱到70℃以上的磁力攪拌器上,攪拌加熱升溫到80℃,并在此溫度下保溫10 min ,使淀粉徹底糊化；取出三角瓶在冷水中冷卻至(25 ±1)℃(在15min內(nèi))，然后在25℃下測定黏度3次，取平均值為測定結(jié)果。

2.結(jié)果與分析

在動態(tài)流變特性的測量過程中，彈性模量和粘性模量是很重要的2個參數(shù)。彈性模量表示的是當(dāng)物質(zhì)受到力的作用時，物質(zhì)變形程度。彈性模量越大，物質(zhì)受到力時變形程度小。粘性模量表示的是物質(zhì)受到力的作用時，阻礙物質(zhì)流動的特性。粘性模量越大，表明物質(zhì)受到力時，物質(zhì)不易流動[5]。

2.1 淀粉糊的彈性模量、粘性模量與溫度的關(guān)系

（淀粉1～淀粉４分別為原淀粉、苯乙烯-玉米淀粉樹脂、玉米氧化淀粉、玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹脂）

對4種淀粉糊彈性模量、粘性模量和溫度的關(guān)系進(jìn)行了考察，以淀粉1的動態(tài)流變特性測定結(jié)果為例，當(dāng)溫度較低時低于62℃時，彈性模量和粘性模量近似相等。當(dāng)溫度升高到90℃以上時，由于淀粉糊沸騰，產(chǎn)生氣泡，致使測量結(jié)果不準(zhǔn)確。從粘性模量的變化可以看出，當(dāng)溫度超過60℃后，粘性模量開始增加，直到最大值，然后逐漸下降到某一恒定值。玉米淀粉在溫度超過60℃后，其淀粉顆粒吸收水分，逐漸膨脹，淀粉顆粒裂解，與周圍水的界限消失，最終和水形成某種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的溶膠，這就是淀粉的糊化過程。淀粉糊化過程表現(xiàn)在淀粉粘性模量的變化上，當(dāng)溫度超過60℃，粘性模量開始增加，直到最大值，然后下降到某一恒定值。也就是說可以用測定粘性模量的方法來簡單、直觀地確定淀粉起始和終了的糊化溫度。

2.2 四種淀粉糊彈性模量與溫度的關(guān)系

60℃時，隨著溫度的升高，淀粉1、淀粉2、淀粉4的彈性模量不發(fā)生變化淀粉3溫度升高到40℃時， 彈性模量達(dá)到最大值27.7Pa，然后隨著溫度的升高，彈性模量逐漸降低淀粉3的彈性模量大于淀粉1、淀粉2、淀粉4的。溫度升高到60℃，淀粉的彈性模量從開始急劇增加，當(dāng)溫度達(dá)到68℃時達(dá)到最大值83.5Pa，彈性模量增加了將近22倍。淀粉1當(dāng)溫度升高到63℃，彈性模量從開始急劇增加，溫度增加到86℃時，彈性模量增加到最大值48.8Pa。淀粉4當(dāng)溫度升高到64℃，彈性模量從開始急劇增加， 當(dāng)溫度達(dá)到73℃時，彈性模量增加到最大值111Pa，彈性模量增加了將近30倍。彈性模量達(dá)到最大后，淀粉4的彈性模量最大，其次為淀粉2、淀粉1,淀粉3最低。

3.結(jié)論

動態(tài)流變特性測定結(jié)果表明，隨著溫度的增加，原淀粉、苯乙烯-玉米淀粉樹脂、玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹脂的彈性模量、粘性模量剛開始基本不發(fā)生變化, 到60℃后，兩模量急劇增加到最大值，然后降低到某恒定值。玉米氧化淀粉的兩模量隨溫度升高逐漸增加到最大值，然后逐漸降低到某恒定值。粘性模量達(dá)到最大后，苯乙烯-玉米淀粉樹脂的粘性模量最大，其次為玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹脂，原淀粉，玉米氧化淀粉的最低。彈性模量達(dá)到最大后，玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹脂的彈性模量最大，其次為苯乙烯-玉米淀粉樹脂、原淀粉，玉米氧化淀粉最低?？梢杂脺y定粘性模量的方法來簡單、直觀地確定淀粉起始和終了的糊化溫度?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

1.張燕萍.變性淀粉制造與應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 1998.

2.李云飛,殷涌光,金萬鎬.食品物性學(xué)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2005.

作者簡介：西北民族大學(xué),甘肅蘭州。西北民族大學(xué)化工學(xué)院05級化學(xué)工程與工藝（2）班