超聲輔助2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基催化制備綠豆氧化淀粉及其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)分析

范金波，李鑫芮，孔 洋，呂長(zhǎng)鑫*

（渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 錦州 121013）

我國(guó)綠豆種植面積及產(chǎn)量居世界前列，是最大的綠豆出口國(guó)，綠豆種植主要分布在吉林、內(nèi)蒙古、河北、安徽、陜西等省[1]。據(jù)報(bào)道，綠豆中淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.1%、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%、總脂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.32%，并含有多種維生素和礦質(zhì)元素，是植物蛋白質(zhì)的重要來源[2-4]。但目前我國(guó)對(duì)綠豆產(chǎn)業(yè)的重視程度不夠，對(duì)綠豆淀粉的開發(fā)利用還處于起步階段，導(dǎo)致綠豆的加工開發(fā)難以跟上現(xiàn)代化食品工業(yè)的發(fā)展步伐[5]。

氧化淀粉能顯著改善天然淀粉不溶于冷水，在酸、熱等條件下不穩(wěn)定的現(xiàn)象。目前最常用的氧化劑為次氯酸鈉、過氧化氫等，常用的催化劑為金屬離子，但其使用會(huì)導(dǎo)致淀粉產(chǎn)品中有金屬離子殘留。近年來，2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（2,2,6,6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl，TEMPO）催化氧化法引起了研究人員的興趣，它可在仲醇存在的情況下特異性地氧化伯醇基團(tuán)。de Nooy等提出以TEMPO為催化劑，以溴化鈉和次氯酸鈉為氧化劑的催化氧化體系，葡聚糖及其衍生物伯醇基被迅速完全氧化[6]，該體系在單糖和雙糖氧化中同樣適用[7]。TEMPO-次氯酸鈉介導(dǎo)氧化已應(yīng)用于各種多糖的氧化，Bragd等對(duì)馬鈴薯淀粉的無溴氧化進(jìn)行了研究，當(dāng)溫度低于20 ℃和pH值低于9.0時(shí)，馬鈴薯淀粉的解聚作用非常微弱，在35 ℃、pH 8.5時(shí)制備的氧化淀粉溶脹和溶解能力、透明度增加，并能延遲淀粉凝膠退化[8]。因此本研究選擇TEMPO為催化劑，其反應(yīng)條件溫和、選擇性好、用量少，是一種綠色環(huán)保氧化方法。超聲處理是常用的物理加工技術(shù)，具有頻率高、波長(zhǎng)短、穿透性強(qiáng)等特點(diǎn)，研究表明，超聲輔助法是一種適應(yīng)性強(qiáng)、使用方便、效果良好的聚合物改性方法[9-11]。

本研究旨在以綠豆淀粉為原料，探索超聲輔助TEMPO催化氧化法制備氧化淀粉的工藝參數(shù)，探究超聲處理對(duì)淀粉氧化的影響，并對(duì)氧化淀粉進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和性質(zhì)分析。以期為氧化淀粉制備方法的探索和綠豆深加工提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠豆淀粉 河南恩苗食品有限公司；次氯酸鈉天津市北辰方正試劑廠；TEMPO（純度高于98%）酷爾化學(xué)科技（北京）有限公司；鹽酸、氫氧化鈉、無水乙醇、硫代硫酸鈉、酚酞均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

JRA-20CQ智能型低溫超聲波萃取儀 無錫杰瑞安儀器設(shè)備有限公司；SK6210HP超聲波清洗器上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司；KQ-500DE數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；L6S紫外-可見分光光度計(jì) 上海儀電科學(xué)儀器有限公司；DHR-1旋轉(zhuǎn)流變儀美國(guó)TA公司；90Plus Zeta型Zeta電位及粒度分析儀 美國(guó)布魯克海文儀器公司；IRTracer-100傅里葉變換紅外光譜儀 島津企業(yè)管理（中國(guó)）有限公司；S-4800掃描電子顯微鏡 日本株式會(huì)社日立制作所；Ultima IV組合式多功能X射線衍射儀 日本理學(xué)株式會(huì)社。

1.3 方法

1.3.1 綠豆氧化淀粉制備

綠豆TEMPO氧化淀粉制備：準(zhǔn)確稱取20 g（干基質(zhì)量）綠豆原淀粉為原料，加入適量蒸餾水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%左右的淀粉乳液，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的TEMPO作為催化劑溶于淀粉乳中，固定反應(yīng)溫度10 ℃，反應(yīng)時(shí)間90 min，依次考察氧化劑次氯酸鈉的添加量、反應(yīng)pH值對(duì)氧化度及得率的影響，反應(yīng)過程中不斷攬拌，并用2 mol/L的氫氧化鈉溶液控制溶液pH值，待反應(yīng)結(jié)束后，用適量NaHSO3溶液終止反應(yīng)，調(diào)節(jié)pH值為6.5，靜置1 h后，加入200 mL的無水乙醇，醇沉8 h，之后抽濾并用體積分?jǐn)?shù)60%乙醇溶液反復(fù)洗滌，直至溶液呈中性為止，將固形物放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中（50 ℃）干燥，之后研磨、粉碎，即得綠豆氧化淀粉產(chǎn)品，每個(gè)樣品重復(fù)3 次[12]。

氧化劑添加量對(duì)淀粉氧化度及得率的影響：氧化劑的添加量以氧化劑物質(zhì)的量與淀粉含有葡萄糖單元物質(zhì)的量比表示，記為氧化劑物質(zhì)的量比，固定氧化反應(yīng)過程中TEMPO添加量0.1%、反應(yīng)溫度10 ℃、反應(yīng)時(shí)間90 min、反應(yīng)pH 8.5左右，探討氧化劑添加量對(duì)淀粉氧化度及得率的影響。

反應(yīng)pH值對(duì)淀粉氧化度及得率的影響：固定氧化反應(yīng)過程中TEMPO添加量0.1%，反應(yīng)溫度10 ℃，反應(yīng)時(shí)間90 min，氧化劑添加量1.5∶1（以氧化劑物質(zhì)的量與淀粉含有葡萄糖單元物質(zhì)的量比表示，后同），探討反應(yīng)pH值對(duì)淀粉氧化度及得率的影響。

超聲輔助氧化淀粉制備：固定氧化反應(yīng)過程中TEMPO添加量0.1%，氧化劑添加量1.5∶1，反應(yīng)溫度10 ℃，反應(yīng)時(shí)間90 min，反應(yīng)pH 8.5左右，固定超聲功率500 W，選擇超聲頻率分別為25、45、53 kHz，考察超聲處理對(duì)氧化度及得率的影響。

1.3.2 氧化度的測(cè)定

參考Mattisson等[13]的方法稍作修改。稱取5 g氧化淀粉于150 mL燒杯中，加入25 mL 0.1 mol/L的HCl溶液，充分?jǐn)嚢韬筮^濾，并用去離子水洗至無氯離子為止（脫灰，用硝酸鹽檢驗(yàn)），脫灰后將樣品轉(zhuǎn)移到500 mL燒杯中，加入300 mL去離子水，加熱煮沸5～7 min，以酚酞作為指示劑，用0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液滴定到終點(diǎn)，消耗的體積記為V1/mL?？瞻讓?shí)驗(yàn)：在500 mL的燒杯中加入5 g原淀粉和300 mL蒸餾水并糊化，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至酚酞變色，消耗的體積記為V2/mL。氧化度以羧基質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，可由下式計(jì)算。

式中：m1為氧化淀粉質(zhì)量/g；m2為原淀粉質(zhì)量/g；c為氫氧化鈉溶液濃度/（mol/L）。

1.3.3 氧化淀粉得率測(cè)定

將醇沉后的淀粉乳液抽濾并用無水乙醇反復(fù)洗滌，直至溶液呈中性為止，將固形物放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中（50 ℃）干燥，恒質(zhì)量后研磨、粉碎，根據(jù)干燥后固形物質(zhì)量比干燥前固形物質(zhì)量計(jì)算得率。

1.3.4 掃描電子顯微鏡觀察淀粉顆粒微觀形貌

參考錢建亞等[14]的方法稍作修改，將綠豆原淀粉及不同條件制備的氧化淀粉過100 目篩，取少量用雙面膠固定在支持網(wǎng)上并噴金，將噴金后的樣品固定在試樣支持器中，對(duì)淀粉的顆粒形貌進(jìn)行觀察并拍攝照片。

1.3.5 傅里葉變換紅外光譜分析淀粉顆粒結(jié)構(gòu)變化

參考Ding Longlong等[15]的方法，將綠豆原淀粉及不同條件制備的氧化淀粉過100 目篩，采用KBr壓片法，將樣品置于傅里葉變換紅外光譜儀中進(jìn)行400～4 000 cm-1內(nèi)全波段掃描，掃描次數(shù)為32 次。

1.3.6 淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析

參考楊小玲等[16]的方法稍作修改，將綠豆原淀粉及不同條件制備的氧化淀粉過100 目篩備用，選用玻璃樣品架，將樣品放入樣品架的凹槽中，用毛玻璃壓平，將樣品插入樣品臺(tái)，關(guān)閉防護(hù)門，進(jìn)行樣品測(cè)試，掃描范圍5°～55°，步長(zhǎng)0.02°。

1.3.7 淀粉Zeta電位的測(cè)定

將綠豆原淀粉及不同條件制備的氧化淀粉配制成4 mg/mL的淀粉乳液，加熱煮沸5 min后冷卻至25 ℃左右，置于樣品槽內(nèi)，插入電極，進(jìn)行測(cè)定。

1.3.8 淀粉黏度的測(cè)定

準(zhǔn)確稱量6 g綠豆原淀粉及不同條件制備的氧化淀粉，轉(zhuǎn)移至三口圓底燒瓶?jī)?nèi)，加100 mL蒸餾水，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的淀粉乳液，水浴加熱至95 ℃，在此溫度下中速攪拌15 min，糊化結(jié)束后冷卻至室溫，置于流變儀中，在剪切速率0.1～100 s-1內(nèi)測(cè)定其黏度。

1.3.9 淀粉粒徑的測(cè)定

將綠豆原淀粉及不同條件制備的氧化淀粉配制成4 mg/mL的淀粉乳液，加熱煮沸5 min后冷卻至25 ℃左右，置于粒度分析儀樣品槽內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。

1.3.10 淀粉透光率的測(cè)定

參考梁建蘭等[17]的方法稍作修改，準(zhǔn)確稱量0.5 g綠豆原淀粉及不同條件制備的氧化淀粉，加50 mL蒸餾水，水浴煮沸加熱15 min不斷攪拌，并維持原有體積，冷卻至25 ℃，在620 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其透光率，以蒸餾水為空白（透光率100%）。

1.3.11 淀粉溶解度的測(cè)定

參考岳曉霞等[18]的方法稍作修改，準(zhǔn)確稱量2.5 g綠豆原淀粉及不同條件制備的氧化淀粉，加50 mL蒸餾水，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的淀粉乳液，85 ℃攪拌30 min，冷卻至室溫后4 000 r/min離心10 min，取上清液于100 ℃下烘干，于105 ℃烘至恒質(zhì)量。溶解度即為上清液干燥后的淀粉質(zhì)量與淀粉樣品干物質(zhì)的質(zhì)量比。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)平行測(cè)定3 次，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；采用SPSS 17.0軟件的Duncan多重檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析，顯著水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠豆氧化淀粉條件優(yōu)化結(jié)果

2.1.1 氧化劑添加量對(duì)淀粉氧化度及得率的影響

圖1 氧化劑添加量對(duì)淀粉氧化度及得率的影響Fig. 1 Effect of oxidant amount on degree of oxidation and yield of oxidized starch

從圖1可以看出，氧化淀粉的氧化度隨著氧化劑添加量的增加而增加，當(dāng)氧化劑與淀粉含有葡萄糖單元物質(zhì)的量比從1∶1增加到1.5∶1時(shí)，氧化度從27.88%提高到51.08%，增加了83.21%；而當(dāng)氧化劑添加量繼續(xù)增加時(shí)，氧化度無明顯改變，說明氧化反應(yīng)已基本完成。此外，次氯酸鈉添加量過多時(shí)，氧化劑是過量的，同時(shí)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看添加量越大時(shí)誤差也越大，氧化淀粉的得率呈下降趨勢(shì)，因此，次氯酸鈉與淀粉含有葡萄糖單元物質(zhì)的量比1.5∶1左右較為合適。

2.1.2 反應(yīng)pH值對(duì)淀粉氧化度及得率的影響

圖2 反應(yīng)pH值對(duì)淀粉氧化度及得率的影響Fig. 2 Effect of reaction pH on degree of oxidation and yield ofoxidized starch

從圖2可以看出，氧化度隨pH值先增大后減小，pH 8.5～9.0時(shí)氧化度最高，最大值近50%，但當(dāng)pH值繼續(xù)增大時(shí)，氧化度降低，當(dāng)溶液堿性減弱或增強(qiáng)時(shí)，氧化度均有不同程度的下降。這是因?yàn)?，在淀粉的葡萄糖單元C2、C3和C6這3 個(gè)碳原子上有游離的羥基，在弱堿性條件下，TEMPO共氧化體系主要是氧化C6的羥基，因?yàn)镃6羥基空間位阻小且是伯碳原子，伯碳原子上的氫更易以質(zhì)子的形式離去，因此更容易被氧化[19]。

從圖2還可以看出，隨著pH值的增大得率顯著下降，一方面是由于在強(qiáng)堿性條件下pH值的提高會(huì)降低氧化反應(yīng)速率[20]；另一方面是由于反應(yīng)介質(zhì)的堿性增強(qiáng)加劇了淀粉的降解，但在弱堿性條件下，淀粉以中性形式存在，反應(yīng)速度較快。綜上，TEMPO氧化體系氧化淀粉反應(yīng)pH值以8.5為宜。

2.1.3 超聲頻率對(duì)淀粉氧化度及得率的影響

圖3 不同超聲頻率對(duì)淀粉氧化度及得率的影響Fig. 3 Effect of ultrasonic frequency on degree of oxidation and yield of oxidized starch

從圖3中可以看出，不同超聲頻率對(duì)淀粉氧化度的影響各不相同，未超聲處理組的氧化度為40.54%，超聲25 kHz處理組的氧化度為41.42%，較未超聲組增長(zhǎng)了2.17%，45 kHz和53 kHz處理組的氧化度分別為35.50%和28.49%，較未超聲組降低了12.43%和29.72%?？赡苁且?yàn)槌暡梢源龠M(jìn)淀粉分子降解，使分子鏈斷裂，超聲波頻率越大，產(chǎn)生的部分空化泡半徑大于淀粉顆粒半徑[21]，對(duì)其造成的破壞作用減弱，導(dǎo)致淀粉顆粒與氧化劑之間的接觸面積減少，氧化度降低。

從圖3可以看出，氧化淀粉得率變化趨勢(shì)與氧化度相一致，低頻超聲促進(jìn)氧化反應(yīng)的進(jìn)行，而高頻抑制氧化反應(yīng)的進(jìn)行，得率隨著頻率的升高呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。

2.2 掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果

圖4 綠豆原淀粉及氧化淀粉掃描電子顯微鏡圖Fig. 4 Scanning electron microscopic images of intact and oxidized mung bean starch

由圖4可以看出，綠豆原淀粉顆粒完整、表面光滑致密、無缺陷及裂紋；綠豆淀粉經(jīng)未超聲氧化處理后，顆粒表面出現(xiàn)明顯的破損裂紋，表面有較多的孔洞出現(xiàn)，部分顆粒破裂，與文獻(xiàn)[22]結(jié)果一致。綠豆淀粉經(jīng)25 kHz超聲和氧化劑同時(shí)作用時(shí)，淀粉破損顆粒數(shù)量增多，表面同樣受到侵蝕，變得粗糙，出現(xiàn)孔洞，且超聲頻率25 kHz作用的淀粉氧化程度較高，淀粉表面損壞程度變大。這可能是因?yàn)槌暡ㄗ饔糜诘矸廴芤簳r(shí)，淀粉顆粒受到強(qiáng)大的沖擊作用，造成局部高溫高壓，使分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，出現(xiàn)孔洞，超聲波與氧化劑同時(shí)作用，促進(jìn)淀粉大顆粒分子降解；因此淀粉顆粒表面出現(xiàn)更多、更深的孔洞。超聲頻率45 kHz處理的氧化淀粉表面粗糙，有破損裂紋，顆粒受到侵蝕，但與未超聲及超聲頻率25 kHz氧化淀粉相比孔洞及破碎顆粒出現(xiàn)較少；超聲53 kHz處理的氧化淀粉表面粗糙，有破損裂紋，顆粒受到侵蝕，但與超聲頻率45 kHz氧化淀粉相比孔洞出現(xiàn)較少，顆粒破碎數(shù)量減少。

2.3 傅里葉變換紅外光譜分析結(jié)果

圖5 綠豆原淀粉及氧化淀粉傅里葉變換紅外光譜圖Fig. 5 Fourier transform infrared spectra of raw and oxidized mung bean starch

從圖5中可以看出，原淀粉在3 460 cm-1處吸收峰峰寬變窄，主要是由于氧化劑進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，產(chǎn)生了一定的氧化降解作用，從而導(dǎo)致淀粉顆粒結(jié)構(gòu)松散，淀粉大分子間氫鍵締合作用減弱[23]。各個(gè)處理組保持了在562、990、1 158、1 349、2 929 cm-1處的淀粉特征吸收峰；與原淀粉比較，改性后的氧化淀粉葡萄糖單元中OH的O—H伸縮振動(dòng)（3 435cm-1）吸收峰急劇變?nèi)?，說明氧化作用發(fā)生在C2、C3、C6的—OH，同時(shí)還可發(fā)現(xiàn)，未超聲處理組和超聲25 kHz處理組在1 733 cm-1處出現(xiàn)了較弱的吸收峰，可以判斷其是由C＝O的伸縮振動(dòng)引起的，說明產(chǎn)物中有一定數(shù)量的羧基存在，未超聲處理組和超聲25、45、53 kHz處理組在1 613～1 637 cm-1出現(xiàn)了明顯的羧基吸收峰，說明淀粉被成功氧化，得到了目標(biāo)產(chǎn)物。

2.4 淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

圖6 綠豆原淀粉及氧化淀粉X射線衍射圖Fig. 6 X-ray diffraction patterns of raw and oxidized mung bean starch

從圖6可以看出，綠豆原淀粉具有尖銳的峰形，在衍射角2θ分別為15°、17°、23°下有較強(qiáng)的衍射峰，其中2θ為17°是原淀粉最強(qiáng)的衍射峰，與原淀粉相比，氧化淀粉的衍射峰及位置都沒有發(fā)生改變，主要原因可能是淀粉顆粒沒有通過凝膠化破壞，反應(yīng)主要發(fā)生在無定形區(qū)中，氧化劑不會(huì)滲透到淀粉顆粒中以改變晶體結(jié)構(gòu)，該結(jié)果與Chávez-Murillo等[24]報(bào)道的結(jié)果一致，但與Zhang Yurong等[25]的結(jié)果不同，在其研究中，淀粉在反應(yīng)前被凝膠化，以釋放直鏈淀粉和支鏈淀粉鏈中的所有羥基，當(dāng)凝淀粉被過氧化氫氧化時(shí)，分子鏈隨著氧化程度的增加而解聚，進(jìn)而改變了晶體結(jié)構(gòu)的類型。

2.5 淀粉Zeta電位分析結(jié)果

表1 綠豆原淀粉及氧化淀粉的Zeta電位Table 1 Zeta potential of raw and oxidized mung bean starch

由表1可知，原淀粉及氧化淀粉均帶負(fù)電，與原淀粉相比，不同處理?xiàng)l件下淀粉的Zeta電位絕對(duì)值均增大，未超聲處理組與超聲25 kHz處理組的電位相近，是因?yàn)檫@兩個(gè)處理組的氧化度基本一致，而超聲45 kHz和超聲53 kHz處理組的電位絕對(duì)值較低，是因?yàn)檫@兩組的氧化度較低，由此可以得出，電位的高低與氧化度有很大關(guān)系，氧化度越高，羧基含量越高，溶液中的陰離子增多，導(dǎo)致溶液帶負(fù)電。

2.6 淀粉黏度分析結(jié)果

圖7 不同處理方式對(duì)綠豆淀粉黏度的影響Fig. 7 Effect of ultrasonic treatments on viscosity of mung bean starch

如圖7所示，淀粉經(jīng)氧化處理后其糊的黏度比原淀粉顯著降低，原淀粉的黏度為35 Pa·s，超聲53 kHz處理組的氧化度為28.49%，黏度下降為0.3 Pa·s，而當(dāng)超聲頻率降低時(shí)，其黏度逐漸下降，但下降速率變得很緩慢，黏度由0.3 Pa·s降至0.04 Pa·s。

次氯酸鈉氧化淀粉黏度降低的原因是淀粉鏈氧化裂解，導(dǎo)致淀粉分子尺寸減小[26-27]，帶負(fù)電荷羧基的存在會(huì)削弱分子相互作用，從而降低其凝膠黏度，并且隨著氧化度的增加，氧化淀粉的直鏈淀粉含量逐漸降低，螺旋結(jié)構(gòu)破裂，降低了碘與直鏈淀粉形成藍(lán)色包合物的能力；此外，直鏈淀粉的線性結(jié)構(gòu)和隨機(jī)排列使其更易于氧化降解[28]。

2.7 淀粉粒徑分析結(jié)果

表2 綠豆原淀粉及氧化淀粉的粒徑Table 2 Granule size of raw and oxidized mung bean starch

從表2中可以看出，與原淀粉相比，不同處理?xiàng)l件下淀粉的粒徑均減小，超聲處理組的粒徑均小于未超聲處理組，超聲頻率25 kHz處理的氧化淀粉粒徑最小，以D50為例，25 kHz處理組比原淀粉減小了85.27%，超聲處理組氧化淀粉的粒徑比未超聲處理組至少減小了60.25%。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是淀粉分子在氧化劑與超聲波雙重作用下，淀粉結(jié)構(gòu)出現(xiàn)部分損傷，包括孔狀、凹陷、部分剝離等，氧化劑能深入淀粉分子內(nèi)部，使部分淀粉分子發(fā)生降解，從而導(dǎo)致淀粉整體顆粒變小，不同頻率產(chǎn)生不同強(qiáng)度的空化效應(yīng)，高頻時(shí)空化效應(yīng)減弱，因此，低頻時(shí)淀粉顆粒具有更小的粒徑[29-30]。

2.8 淀粉透光率分析結(jié)果

圖8 不同處理方式對(duì)綠豆淀粉透光率的影響Fig. 8 Effect of ultrasonic treatments on transmittance of mung bean starch

由圖8可知，與原淀粉相比，不同處理?xiàng)l件下綠豆淀粉的透光率均大幅增加，未超聲氧化淀粉的透光率為98.11%，比原淀粉的透光率增加了1 870%，超聲25 kHz條件下的氧化淀粉透明度最好，比原淀粉的透光率增加了1 962%，氧化度越高，透光率越大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能是因?yàn)槌曌饔么龠M(jìn)淀粉顆粒結(jié)構(gòu)被破壞[31]，氧化淀粉中特別是羧基親水基團(tuán)的存在阻礙了分子的重新結(jié)合，羧基的取代與解聚結(jié)合導(dǎo)致氧化淀粉的糊劑透明度更高，淀粉的溶解度越大，其糊狀物就越透明[26,32]。

2.9 淀粉溶解度分析結(jié)果

由圖9可知，與原淀粉相比，不同處理?xiàng)l件下淀粉的溶解度均顯著增加，超聲25 kHz條件下的氧化淀粉溶解度最好。與原淀粉相比，未超聲氧化淀粉的溶解度增加了740%，超聲頻率25 kHz制備的氧化淀粉溶解度比未超聲氧化淀粉增加了4.2%，超聲45 kHz和53 kHz的溶解度與未超聲處理組的差異不顯著。氧化淀粉溶解度的增加可能是因?yàn)檠趸统暡ㄌ幚矶寄苡行沟矸鄣念w粒結(jié)構(gòu)變得疏松，從而使淀粉更易溶，淀粉顆粒完整性的弱化與引入羧基后淀粉聚合物的負(fù)電荷有關(guān)[26]，氧化度越高，淀粉分子顆粒間的結(jié)合力被削弱，導(dǎo)致其顆粒膨脹，增加了水分子與淀粉游離羥基結(jié)合的幾率，從而使淀粉溶解度增大。

圖9 不同處理方式對(duì)綠豆淀粉溶解度的影響Fig. 9 Effect of ultrasonic treatments on solubility of mung bean starch

3 結(jié) 論

氧化淀粉制備最佳工藝條件：氧化劑與淀粉含有葡萄糖單元物質(zhì)的量比1.5∶1、反應(yīng)pH 8.5～9.0左右、反應(yīng)時(shí)間90 min、反應(yīng)溫度10 ℃；超聲輔助處理結(jié)果表明：超聲頻率25 kHz時(shí)，淀粉氧化度最高（41%），得率為95%，低頻可以促進(jìn)氧化反應(yīng)的進(jìn)行，高頻不利于淀粉氧化反應(yīng)的進(jìn)行。掃描電子顯微鏡結(jié)果顯示，氧化淀粉顆粒破碎減小，表面出現(xiàn)較多孔洞及凹陷，超聲頻率25 kHz制備的氧化淀粉顆粒明顯減?。桓道锶~變換紅外光譜結(jié)果顯示，氧化淀粉在1 610 cm-1左右出現(xiàn)了明顯的羧基吸收峰，說明淀粉被成功氧化；X射線衍射結(jié)果顯示，原淀粉經(jīng)不同方式變性后，破壞程度不足以使其晶型改變；淀粉經(jīng)氧化后，一些性質(zhì)發(fā)生了極大改變，與原淀粉相比，氧化淀粉氧化度越高，黏度越低，粒徑減小，且超聲輔助使氧化淀粉具有更小的粒徑，溶解度、透光率增加，帶電荷量增加。綜上，超聲輔助成功制備了綠豆氧化淀粉，結(jié)構(gòu)性質(zhì)分析表明更小的粒徑、更大的溶解度將有利于綠豆淀粉產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)利用。