氧化芋头淀粉理化性质研究

， ，

(青岛农业大学化学与药学院，山东 青岛 266109)

淀粉可在酸、碱及中性介质中与氧化剂作用发生氧化。由于引入了羰基和羧基，氧化淀粉具有低粘度、高固体分散性、极少的凝胶化作用，可使直链淀粉的凝沉趋向降至最低限度，保持粘度的稳定性，而且其制造工艺简单，价格低廉，因此在造纸、纺织等工业中有着广泛的应用[1,2]。作者以芋头淀粉为原料，采用过氧化氢氧化法制备氧化芋头淀粉，并对其物理性质、结晶形貌、颗粒形貌及粒度分布、流变学性质进行了系统分析，旨在为氧化芋头淀粉的应用提供理论依据。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

芋头淀粉，自制。

实验用试剂均为分析纯。

PU-8700型紫外可见分光光度计，荷兰；WZS型阿贝折光仪，上海光学仪器厂；LD4-20型低速离心机，北京医用离心机厂；D/Max-rA型X-射线衍射仪，日本理学电机；AR-1000型流变仪，英国TA Instrument；Mastersizer Microplus 激光衍射粒度仪，英国 Malvern Instruments；KYKY-1000B型扫描电镜，中国科学院科学仪器厂；PHS-3C型精密pH计，上海雷磁仪器厂；89HW-1型恒温磁力搅拌器，浙江乐成电器厂； S8401型定时电动搅拌器，山东鄄城永兴仪器厂；HHS21-4型电热恒温水浴锅，北京长安科学仪器厂。

1.2 氧化芋头淀粉的制备

将25%的淀粉乳泵入反应罐中，用3%NaOH调pH=9～10，保持温度50℃，加入淀粉量(干基)1.5%的H2O2，反应2.0 h，3000 r·min-1离心20 min，洗涤，干燥，粉碎即得产品[3]。

1.3 氧化芋头淀粉氧化度的测定

参照文献[3]，以醋酸钙法测定氧化芋头淀粉中羧基的含量。

1.4 氧化芋头淀粉物理性质的测定

(1)松密度的测定：量取氧化芋头淀粉10 mL，电子天平称量，得淀粉松密度。

(3)折光率的测定：量取4%氧化芋头淀粉50 mL，沸水浴糊化，冷却到室温(18℃)，用阿贝折光仪测折光率。

(4)糊透明度的测定：量取4%氧化芋头淀粉50 mL,沸水浴糊化,冷却到室温(18℃)，用分光光度计在480 nm测透光率，以0.5 cm比色皿蒸馏水作空白，24 h后，再测透光率，计算透光率变化的百分率。

1.5 氧化芋头淀粉颗粒性状及颗粒分布的测定

(1)电镜分析

扫描电子显微镜(SEM)可以直观地研究淀粉颗粒的表面微观结构。以KYKY-1000B型扫描电镜，采用如下方法进行电镜分析：①超声波振动分离，取悬浊液，滴在盖玻片上；②离子溅射镀金；③上机观察。

(2)粒度分布测定

D/Max-rA型X-射线衍射仪；Cu靶；石墨单色器；闪烁计数器。管压/管流：40 kV/70 mA；步进扫描：步宽0.02°；预置时间0.2 s。狭缝：DS/SS 1/1度；RS 0.3 mm；Rsm：0.6 mm；平滑：4。

1.6 流变性分析

(1)糊化温度及特性粘度的测定

天旱时，于移栽前一天的下午在苗床上要浇一次透水，用4.5-6 cm的楠竹刀片起苗，确保根上多带土，移栽后及时淋定根水（淡粪水）以减少伤根并有利于栽后成活与早发苗。

以AR-1000型流变仪测定氧化芋头淀粉糊化温度及特性粘度。夹具为40 mm平行板。温度扫描45～95℃，5℃·min-1。剪切速度10 s-1。样品质量分数6%。

(2)粘弹性的测定

以AR-1000型流变仪测定氧化芋头淀粉粘弹性。夹具为40 mm平行板。频率扫描0.01～6.0 Hz。温度20℃，张力比0.5。样品质量分数6%，已糊化。

(3)塑性的测定

以AR-1000型流变仪测定氧化芋头淀粉塑性。夹具为60 mm 1°锥板。剪切速度1～100 s-1。温度20℃。样品质量分数6%，已糊化。

2 结果与讨论

2.1 氧化芋头淀粉的理化性质

实验制得的氧化芋头淀粉羧基含量为0.1295%，理化性质各项指标见表1。

表1 氧化芋头淀粉的理化性质

2.2 颗粒性质

(1)颗粒形貌(图1)

图1 氧化芋头淀粉的SEM图

由图1可见,氧化芋头淀粉的形状为多角形,平均直径为18.09 μm[4]。

(2)粒度分布

dMax=289.5 μm,dMin=0.294 μm,d=0.468～263.7 μm占99.70%。

2.3 X-射线衍射分析(图2)

图2 氧化芋头淀粉的XRD谱图

由图2可以看出，2θ为15.233°、17.267°、18.270°、23.473°处有强吸收峰，其对应的晶面距离(10-10m)为5.808、5.132、4.852、3.786。与标准谱图对比,氧化芋头淀粉是A型结构。

2.4 流变性质[5,6]

(1)糊化温度及特性粘度(图3)

图3 氧化芋头淀粉的糊化温度

由图3可知，氧化芋头淀粉的糊化起始温度为73.4℃，最高糊化温度为79.5℃，特性粘度为2.505 Pa·s，温度升高时粘度略有下降。

(2)粘弹性(图4)

图4 氧化芋头淀粉粘弹性曲线

由图4可知，氧化芋头淀粉的粘性大于弹性,以粘性为主,不能形成凝胶。

(3)塑性(图5)

图5 氧化芋头淀粉塑性

由图5可知，氧化芋头淀粉的塑性测定结果符合Croass模型,有两个牛顿区，稠度指数为85.56 s。

3 结论

以芋头淀粉为原料、过氧化氢为氧化剂,在碱性介质中制备低氧化度芋头淀粉，当淀粉乳含量为25%、反应体系的pH=9～10、氧化剂用量为淀粉量(干基)的1.5%、反应时间为2.0 h、反应温度为50℃时，可制得羧基含量为0.1295%的氧化芋头淀粉。扫描电镜分析氧化芋头淀粉颗粒呈多角状，平均直径为18.09 μm。X-射线衍射确定其晶体形貌为A型结构。流变学分析其糊化温度为79.5℃，特性粘度为2.505 Pa·s，粘弹性曲线显示其粘性大于弹性。塑性测定结果符合Croass模型，稠度指数为85.56 s。

参考文献：

[1] 张友松.变性淀粉生产与应用手册(第二版)[M].北京：中国轻工业出版社，2009：3-6.

[2] 张燕萍.变性淀粉制造与应用(第二版)[M].北京：化学工业出版社， 2007：21-23.

[3] 郑永军，李延团.羧甲基淀粉钠的制备及其在食品工业中的应用[J].食品工业科技，1997，(3):16-17.

[4] 温其标，颜盛发，陈玲.羟丙基淀粉颗粒形貌和结晶结构的研究[J].食品与发酵工业，1998，23(4)：21-24.

[5] 陈玲，于淑君，杨连生,等.羧甲基淀粉糊性质的研究[J].食品与发酵工业，1996，21(3)：22-26.

[6] 李志达，王锦莺，张蓉真,等.凝胶淀粉的理化特性研究[J].食品与发酵工业，1995，20(2)：1-5.