氧化芋頭淀粉理化性質研究

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(青島農業大學化學與藥學院，山東 青島 266109)

淀粉可在酸、堿及中性介質中與氧化劑作用發生氧化。由于引入了羰基和羧基，氧化淀粉具有低粘度、高固體分散性、極少的凝膠化作用，可使直鏈淀粉的凝沉趨向降至最低限度，保持粘度的穩定性，而且其制造工藝簡單，價格低廉，因此在造紙、紡織等工業中有著廣泛的應用[1,2]。作者以芋頭淀粉為原料，采用過氧化氫氧化法制備氧化芋頭淀粉，并對其物理性質、結晶形貌、顆粒形貌及粒度分布、流變學性質進行了系統分析，旨在為氧化芋頭淀粉的應用提供理論依據。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

芋頭淀粉，自制。

實驗用試劑均為分析純。

PU-8700型紫外可見分光光度計，荷蘭；WZS型阿貝折光儀，上海光學儀器廠；LD4-20型低速離心機，北京醫用離心機廠；D/Max-rA型X-射線衍射儀，日本理學電機；AR-1000型流變儀，英國TA Instrument；Mastersizer Microplus 激光衍射粒度儀，英國 Malvern Instruments；KYKY-1000B型掃描電鏡，中國科學院科學儀器廠；PHS-3C型精密pH計，上海雷磁儀器廠；89HW-1型恒溫磁力攪拌器，浙江樂成電器廠； S8401型定時電動攪拌器，山東鄄城永興儀器廠；HHS21-4型電熱恒溫水浴鍋，北京長安科學儀器廠。

1.2 氧化芋頭淀粉的制備

將25%的淀粉乳泵入反應罐中，用3%NaOH調pH=9～10，保持溫度50℃，加入淀粉量(干基)1.5%的H2O2，反應2.0 h，3000 r·min-1離心20 min，洗滌，干燥，粉碎即得產品[3]。

1.3 氧化芋頭淀粉氧化度的測定

參照文獻[3]，以醋酸鈣法測定氧化芋頭淀粉中羧基的含量。

1.4 氧化芋頭淀粉物理性質的測定

(1)松密度的測定：量取氧化芋頭淀粉10 mL，電子天平稱量，得淀粉松密度。

(3)折光率的測定：量取4%氧化芋頭淀粉50 mL，沸水浴糊化，冷卻到室溫(18℃)，用阿貝折光儀測折光率。

(4)糊透明度的測定：量取4%氧化芋頭淀粉50 mL,沸水浴糊化,冷卻到室溫(18℃)，用分光光度計在480 nm測透光率，以0.5 cm比色皿蒸餾水作空白，24 h后，再測透光率，計算透光率變化的百分率。

1.5 氧化芋頭淀粉顆粒性狀及顆粒分布的測定

(1)電鏡分析

掃描電子顯微鏡(SEM)可以直觀地研究淀粉顆粒的表面微觀結構。以KYKY-1000B型掃描電鏡，采用如下方法進行電鏡分析：①超聲波振動分離，取懸濁液，滴在蓋玻片上；②離子濺射鍍金；③上機觀察。

(2)粒度分布測定

D/Max-rA型X-射線衍射儀；Cu靶；石墨單色器；閃爍計數器。管壓/管流：40 kV/70 mA；步進掃描：步寬0.02°；預置時間0.2 s。狹縫：DS/SS 1/1度；RS 0.3 mm；Rsm：0.6 mm；平滑：4。

1.6 流變性分析

(1)糊化溫度及特性粘度的測定

天旱時，于移栽前一天的下午在苗床上要澆一次透水，用4.5-6 cm的楠竹刀片起苗，確保根上多帶土，移栽后及時淋定根水（淡糞水）以減少傷根并有利于栽后成活與早發苗。

以AR-1000型流變儀測定氧化芋頭淀粉糊化溫度及特性粘度。夾具為40 mm平行板。溫度掃描45～95℃，5℃·min-1。剪切速度10 s-1。樣品質量分數6%。

(2)粘彈性的測定

以AR-1000型流變儀測定氧化芋頭淀粉粘彈性。夾具為40 mm平行板。頻率掃描0.01～6.0 Hz。溫度20℃，張力比0.5。樣品質量分數6%，已糊化。

(3)塑性的測定

以AR-1000型流變儀測定氧化芋頭淀粉塑性。夾具為60 mm 1°錐板。剪切速度1～100 s-1。溫度20℃。樣品質量分數6%，已糊化。

2 結果與討論

2.1 氧化芋頭淀粉的理化性質

實驗制得的氧化芋頭淀粉羧基含量為0.1295%，理化性質各項指標見表1。

表1 氧化芋頭淀粉的理化性質

2.2 顆粒性質

(1)顆粒形貌(圖1)

圖1 氧化芋頭淀粉的SEM圖

由圖1可見,氧化芋頭淀粉的形狀為多角形,平均直徑為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-射線衍射分析(圖2)

圖2 氧化芋頭淀粉的XRD譜圖

由圖2可以看出，2θ為15.233°、17.267°、18.270°、23.473°處有強吸收峰，其對應的晶面距離(10-10m)為5.808、5.132、4.852、3.786。與標準譜圖對比,氧化芋頭淀粉是A型結構。

2.4 流變性質[5,6]

(1)糊化溫度及特性粘度(圖3)

圖3 氧化芋頭淀粉的糊化溫度

由圖3可知，氧化芋頭淀粉的糊化起始溫度為73.4℃，最高糊化溫度為79.5℃，特性粘度為2.505 Pa·s，溫度升高時粘度略有下降。

(2)粘彈性(圖4)

圖4 氧化芋頭淀粉粘彈性曲線

由圖4可知，氧化芋頭淀粉的粘性大于彈性,以粘性為主,不能形成凝膠。

(3)塑性(圖5)

圖5 氧化芋頭淀粉塑性

由圖5可知，氧化芋頭淀粉的塑性測定結果符合Croass模型,有兩個牛頓區，稠度指數為85.56 s。

3 結論

以芋頭淀粉為原料、過氧化氫為氧化劑,在堿性介質中制備低氧化度芋頭淀粉，當淀粉乳含量為25%、反應體系的pH=9～10、氧化劑用量為淀粉量(干基)的1.5%、反應時間為2.0 h、反應溫度為50℃時，可制得羧基含量為0.1295%的氧化芋頭淀粉。掃描電鏡分析氧化芋頭淀粉顆粒呈多角狀，平均直徑為18.09 μm。X-射線衍射確定其晶體形貌為A型結構。流變學分析其糊化溫度為79.5℃，特性粘度為2.505 Pa·s，粘彈性曲線顯示其粘性大于彈性。塑性測定結果符合Croass模型，稠度指數為85.56 s。

參考文獻：

[1] 張友松.變性淀粉生產與應用手冊(第二版)[M].北京：中國輕工業出版社，2009：3-6.

[2] 張燕萍.變性淀粉制造與應用(第二版)[M].北京：化學工業出版社， 2007：21-23.

[3] 鄭永軍，李延團.羧甲基淀粉鈉的制備及其在食品工業中的應用[J].食品工業科技，1997，(3):16-17.

[4] 溫其標，顏盛發，陳玲.羥丙基淀粉顆粒形貌和結晶結構的研究[J].食品與發酵工業，1998，23(4)：21-24.

[5] 陳玲，于淑君，楊連生,等.羧甲基淀粉糊性質的研究[J].食品與發酵工業，1996，21(3)：22-26.

[6] 李志達，王錦鶯，張蓉真,等.凝膠淀粉的理化特性研究[J].食品與發酵工業，1995，20(2)：1-5.