变性淀粉理化性质

变性淀粉的理化性质

淀粉的可利用性取决于淀粉颗粒的结构和淀粉中直链淀粉和支链淀粉的含量,不同种类的淀

粉其分子结构和直链淀粉、支链淀粉的含量不相同。直链淀粉和支链淀粉在若干性质方面存在很大差异,直链淀粉与碘能形成螺旋络合结构,呈现深蓝色,支链淀粉与碘液呈现紫红色,故常用碘液鉴定淀粉。因此,不同来源的淀粉原料具有不同的可利用性。如薯类淀粉,颗粒大而松,易让水分子进去,糊化温度低,峰黏高,分子量大且直链淀粉少,不易分子重排,另外含有0·07% ~0·09%的磷,析水性强,不易回生。谷类淀粉,颗粒小而紧,水分子难进入,糊化温度高,峰黏低,分子小且直链淀粉多,易重排;另外还含有脂肪,直链淀粉与脂肪结合不易吸收,故易胶凝回生,透明性差。天然淀粉在广泛采用新工艺、新设备的现代工业生产中应用是有限的,大多数的天然淀粉都不具备能被有效的、很好的利用性能,因此在保持原淀粉基本性质的基

础上,变性淀粉具有了以下性质：如1）具有了耐酸性；2）耐热性；3）抗剪切等性能。这些性能都使得变性淀粉更适应现代生产工艺的要求。淀粉糊化后具有增稠、凝胶、粘合、成膜及其它功能,不同品种淀粉的特性存在着差别。表1列出各类淀粉的性能,并对其进行比较。这些都是影响淀粉应用的特性。

马铃薯、木薯淀粉、玉米和小麦淀粉糊化后,其黏度存在很大差别(如图1所示)。马铃薯、木薯淀粉较玉米、小麦淀粉易糊化,在较低温度开始糊化,黏度上升快,达到最高值,继续搅拌受热,黏度快速降低,在95℃继续保温1 h,黏度缓慢降低,继续降温至50℃,黏度有所回升;相反玉米、小麦淀粉较难糊化,在降温过程中黏度出现最大峰值,这也说明玉米、小麦淀粉的凝沉性要强于马铃薯和木薯淀粉[2]。

变性淀粉的结构特点——复合变性淀粉

1. 羰基含量

酸解淀粉和酸解氧化淀粉均具有一定的羧基含量。在不加氧化剂的情况下，淀粉在酸解过程中与空气中的氧气接触，会产生很小的氧化作用；而在氧化剂过硫酸铵的作用下，淀粉在酸解过程中能被较好的氧化，因此其羧基含量相对较高。由于氧化反应时间较短，并且过硫酸铵用量较少，说明过硫酸铵在强酸性条件下对淀粉的氧化效率较高。

2. 沉淀体积

通过测定复合变性淀粉的沉淀体积，考察其凝沉性。酸解淀粉抗凝沉性甚至不如玉米原淀粉，这是由于酸解度较低，轻微降解后的淀粉分子更易于相互缔合。而酸解氧化淀粉由于增加了羧基含量，与水分子易于亲和，凝沉性明显提高。酸解氧化淀粉在与丙烯酰胺接枝共聚后，进一步提高了淀粉的枝化度和水乳液稳定性。

3. Brabender粘度曲线

酸解氧化淀粉的成糊温度略低于复合变性淀粉；在相同的质量分数下，复合变性淀粉和酸解氧化淀粉糊的黏度值远低于玉米原淀粉，这主要是由于淀粉在酸解、氧化和接枝共聚过程中，分子聚合度降低，产品黏度大大下降。相比于酸解氧化淀粉，复合变性淀粉具有较低的冷热糊黏度比，这说明接枝共聚能明显降低酸解淀粉的冷糊黏度，有利于室温下高浓低黏淀粉糊的配制；复合变性淀粉的热糊稳定性与酸解氧化淀粉比较接近，而凝沉性有了较大改善，说明复合变性淀粉不容易回生，有利于在胶黏剂中的应用。

4. 红外光谱分析

玉米淀粉、酸解氧化淀粉和复合变性淀粉的红外光谱图参见图2。各谱带的波数、强度、谱带归属、振动类型等谱图归属如下：3348~3426 cm-1为一OH缔合态，属O—H伸缩振动；2902—2921cm-1为—CH2的C—H 的伸缩振动；926—1082 cm-1为伯醇、仲醇的C—O伸缩振动；834、769、573 cm-1是玉米淀粉的特征峰，为----CH：的C—H摇摆振动。

从图2可以看出，玉米原淀粉和酸解氧化淀粉的红外光谱图基本一致。根据红外光谱图可以看出，在3445．5 cm-1处，由于羧基和羟基缔合形成氢键，出现了较强和较宽的伸缩振动吸收峰，并伴有肩峰。谱图除了保持574．3，775．2，928．3，1022．6和1157．5 cm-1处淀粉特征吸收峰之外，在1735．5 cm-1出现一个新的吸收峰，该峰显然为接枝支链中C=O的特征吸收峰，表明酸解氧化淀粉与丙烯酰胺发生了接枝共聚反应。

另外，谱图上在3670 cm-1处出现微弱的吸收峰，该吸收峰主要是由淀粉

分子中--OH发生伸缩振动产生的，这可能是由于淀粉分子与丙烯酰胺的接枝点处的一个葡萄糖残基仍保留在接枝支链上的缘故。这一点也表明了酸解氧化淀粉与丙烯酰胺发生了接枝共聚反应。

5. X射线衍射分析

淀粉颗粒是由结晶区和无定形区组成的一种半结晶结构，x射线衍射分析可获得明显的Devye—Scheme氏图形，从而确定晶型细节。对淀粉改性反应是发生在结晶区还是无定形区，可以通过比较原淀粉和改性后淀粉的X射线衍射图确定。对玉米原淀粉和酸解氧化淀粉进行x射线衍射分析，其结果见图3和表2～表3所示。

从衍射图3和表3可以看出，玉米淀粉在2θ为15．12、17．12、18．06、20．14、23．28、26．56、30．42和33．24处分别有强峰吸收，这说明玉米淀粉的结晶型为A型。从衍射图3和表4的数据可以看出，复合变性淀粉在2θ为14．98、17．09、17．92、20．02、22．80、26．16、30．29和38．36时呈现明显的吸收峰，其x射线衍射图样与玉米淀粉的特征谱线基本一致，表明其晶体结构是相同的。这说明复合变性淀粉的晶型仍为A型，淀粉经过酸解氧化、接枝共聚变性后颗粒依然保持玉米原淀粉的结晶结构，由此推测，玉米淀粉的酸解氧化、接枝共聚反应主要发

生在无定形区。

6. 扫描电子显微镜分析

采用SEM观察了玉米淀粉、酸解氧化淀粉、复合变性淀粉的颗粒形貌特征，放大2 000倍，结果见图4。

从图4(a)可以看出，玉米淀粉颗粒呈圆形、椭圆形和多角形，表面较光滑完整、结构紧密。从图4(b)可以看出，酸解氧化玉米淀粉仍为颗粒状，且形状与玉米原淀粉非常相似，但是酸解氧化淀粉的一些颗粒出现破碎，说明酸解氧化没有破坏玉米淀粉颗粒的基本形貌，但是酸对淀粉颗粒有一定的侵蚀作用。从图4(C)可以看出，复合变性淀粉的颗粒扭曲变形，表面粗糙且有一些空隙。SEM照片说明淀粉与单体发生了接枝共聚反应，从而造成了淀粉颗粒表面的微观结构发生了显著变化；淀粉颗粒基本保持完整，颗粒表面粗糙且出现空隙[5]。

[1]乔欣, 闫丽君,张占柱. 变性淀粉的种类及应用[J]. 染料与染色,2010,47(5):44

[2]李德富,水李宏利,林炜,穆畅道. 改性淀粉的制备与应用研究进展[J].中国皮革，2007,36(1):32

[3]李志国,李娟. 变性淀粉的性质及在搅拌型酸奶中的应用[J].中国食品添加剂,2005,(5):91-92

[4] Michael C. Sweedman, Morgan J. Tizzotti , Christian Schafer, Robert G. Gilbert. Structure and physicochemical properties of octenyl succinic anhydride modifiedstarches: A review[J]. Carbohydrate Polymers,2013,92:905-920.

[5] 时君友，顾继友，涂怀刚，王淑敏. 复合变性淀粉的理化性质及结构分析与表征[J].林产化学与工业，2008,28（4）：61-63.