微細化馬鈴薯淀粉疏水親脂化改性研究

楊宏志

（黑龍江八一農墾大學食品學院，大慶 163319）

微細化馬鈴薯淀粉疏水親脂化改性研究

楊宏志

（黑龍江八一農墾大學食品學院，大慶 163319）

為了研究細微化對馬鈴薯淀粉（MPST）疏水親脂化特性的影響，本試驗以微細化MPST為原料，利用鋁酸酯偶聯劑（DL）對其進行改性，考察改性后MPST的吸濕性和吸油性。試驗結果表明：經DL疏水親脂化改性之后，MPST分散率明顯提高，當MPST的粒度為11.919μm時，改性后靜置12 h，在MPST/液體石蠟的分散率僅降低16.6%；隨著MPST顆粒粒度的減小，疏水親脂化MPST/液體石蠟分散體系的穩定性明顯提高；疏水親脂化改性可有效改善MPST的吸濕性，減少MPST的吸油性，隨著MPST顆粒粒度的減小，其吸油率逐漸上升，從馬鈴薯原淀粉的32.9%上升到MPST（d50＝11.919μm）77.2%，經疏水親脂化改性后的馬鈴薯原淀粉和各MPST（從顆粒粒度由大到小排列）吸油率分別下降了6.6%、16.1%、32.2%、44.7%和59.4%。

微細化馬鈴薯淀粉 鋁酸酯偶聯劑 疏水親脂化改性

馬鈴薯淀粉（MPST）是富含羥基的天然高分子，為了提高MPST的性能，常在MPST中添加合成的高分子材料，如聚烯烴。但MPST親水性極強，與聚烯烴之間作用力很小，極性相差懸殊而且不相容的特性大大限制了MPST在降解材料中的添加量，也就極大地阻礙了淀粉基降解材料的發展和應用。為了解決這一問題，必須對MPST進行改性，增強MPST分子與聚烯烴之間的界面作用力，以改善MPST與聚烯烴間的相容性。一般常采用淀粉表面疏水改性，淀粉分子接枝或聚烯烴分子的接枝來解決這一問題，但從環境保護和實際生產角度出發，后者為液相反應，污染嚴重，而且工藝復雜，因此較為理想的方法是對MPST表面進行改性[1]。經過改性處理后馬鈴薯原淀粉與聚烯烴的相容性也沒有明顯的改觀，而微細化MPST的微觀形貌發生了變化，其顆粒的反應活性位點增加，極大促進了其疏水化改性的進行[2]。對于MPST的改性，雖然干法改性從環保的意義上可以有效地防止廢水排放帶來的環境污染，但干法改性只能作用于 MPST顆粒表面羥基，限制了其在MPST改性中的應用。并且大多數的天然MPST顆粒粒度較大而且大小不一，利用干法改性效果不佳，也會影響MPST疏水親油改性效果。而在MPST顆粒的粒度減小后，可以使MPST比表面積增加，隨之顆粒表面羥基也會增加，從這個角度分析微細化可以提高 MPST改性程度[2]。

本研究利用偶聯劑對微細化MPST表面進行干法疏水改性，通過橋接偶聯以加強本不相容且極性懸殊的MPST與聚烯烴的相容性[3]。通過對有關文獻[4－6]的查閱，試驗中的改性劑選用鋁酸酯。鋁酸酯偶聯劑作為應用廣泛的改性劑，具有表面反應活性大、色淺、無毒、味小、熔點低、熱分解溫度高等特點[7]，可以直接涂覆于 MPST顆粒表面，這樣就大大減少了液相反應，對環境保護也有積極地意義。

1 材料與儀器

馬鈴薯原淀粉，食用級：黑龍江省富裕淀粉食品有限公司；精煉油，食用級：98－1鋁酸酯偶聯劑DL，工業純：北京大正偉業塑料助劑有限公司；液體石蠟，化學純：北京益利精細化學品有限公司；MPST：實驗室制備。選用行星式球磨機對馬鈴薯淀粉進行微細化加工，通過改變球磨時間、球磨機轉速和淀粉液濃度獲得不同粒度梯度的MPST。

QM－1SP2型行星式球磨機：南京大學儀器廠；LD4－8型離心分離機：北京京立離心機有限公司。

2 試驗方法

2.1 微細化MPST疏水親油改性

稱取10 g干燥微細化MPST（水質量分數＜1%）于250 mL圓底燒瓶中。將0.2 g鋁酸酯偶聯劑DL溶于2 mL甲苯，常溫下逐滴加入微細化MPST中，邊滴加邊快速攪拌。將圓底燒瓶置于112℃恒溫油浴

2.2 親油改性后微細化MPST吸濕及吸油性測定

稱取1.0 g經干法疏水親油改性后的微細化MPST及改性前各粒度的MPST，分別平鋪于直徑為10 cm的培養皿（培養皿及1.0 g淀粉的質量總和為m1）中，置于恒溫的培養箱中，每隔12 h時測定1次培養皿的質量，此時培養皿及微細化MPST的質量總和為m2，至培養皿的質量恒重時停止測定，樣品的吸濕性按式（2）計算[9]。鍋內，均勻攪拌，反應20 min，繼續攪拌冷卻至室溫[2，8]。測定微細化MPST在有機相中的分散性來衡量其改性程度。按式（1）計算干法疏水親油改性的改善率。

2.3 親油改性后微細化MPST吸油性測定

取10 mL精煉油及1.5 g改性后MPST加入到離心管中，攪拌 1 min，靜置 30 min，200 r/min離心25 min，記錄游離油的體積，樣品的吸油性按式（3）進行計算[10]。

通過文獻[11－12]，確定不同粒度微細化MPST改性條件為：改性反應溫度112℃、改性反應時間20 min、鋁酸酯偶聯劑DL用量2.0%。

3 結果分析

3.1 微細化MPST疏水親脂改性結果分析

圖1 親脂化改性微細化MPST在液體石蠟中的分散性

微細化MPST親脂化改性后，其在液體石蠟中分散性的測定結果見圖1。由圖1可看出，無論是馬鈴薯原淀粉還是改性后的微細化MPST，其在液體石蠟中的分散性在不同的靜置時間均得以提高，并且隨著微細化程度的加深，MPST顆粒粒度的不斷減小，經疏水親脂化改性后的微細化MPST在MPST/液體石蠟的分散率的穩定性逐漸提高，當MPST（d50＝11.919μm）時，改性后且靜置 12 h后，在 MPST/液體石蠟的分散率也僅僅降低了16.6%，因此可以說明，經微細化處理的微細化MPST比馬鈴薯原淀粉疏水親脂化改性效果更為理想，而且這種趨勢隨MPST顆粒粒度的減小越來越明顯。

疏水親脂化改性后微細化MPST的改善率結果見圖2。由圖2可以看出，在靜置的初期（0～3 h），經疏水親脂化改性后，馬鈴薯原淀粉和微細化MPST在液體石蠟中分散性的改善率，隨著靜置時間的增加大幅上升，馬鈴薯原淀粉的改善率上升了29.1%，MPST（d50＝11.919μm）上升了11.5%，而在中后期（4～12 h）改善率也有所變化，但與靜置初期相比升降幅度較小。對比馬鈴薯原淀粉及各粒度的微細化MPST，改性后馬鈴薯原淀粉改善率最高，隨著MPST顆粒粒度的減小，改善率越來越低，這是由于MPST改性前就有較強的分散性，并且MPST/液體石蠟分散體系的穩定性也較高，所以，雖然改性后在液體石蠟中的分散性有所提高，但沒有馬鈴薯原淀粉變化明顯。綜上所述，疏水親脂化改性可有效改善微細化MPST在有機溶劑中的分散性。

圖2 親脂化改性后微細化MPST改善率

3.2 親脂化改性后微細化MPST吸油性及吸濕性結果分析

3.2.1 吸濕性結果分析

MPST親脂改性前后的吸濕性結果見表1。從表1中可以看出，馬鈴薯原淀粉和微細化MPST在培養箱的96 h中，各時間段其吸濕率都是隨著顆粒粒度的減小而增大，這是因為經微細化處理后，微細化MPST顆粒比表面積增大，粗糙度增加，從而促進了MPST顆粒與水結合。經疏水親脂化改性后的MPST和MPST的吸水性均低于改性前，這是因為在改性過程中，鋁酸酯偶聯劑覆蓋在了MPST顆粒的表面，而且顆粒粒度越小覆蓋越完全，導致改性后的吸濕率隨著顆粒粒度的減小而逐漸降低。所以，疏水親脂化改性可有效降低微細化MPST的吸濕性。

3.2.2 吸油性結果分析

MPST親脂改性前后的吸油性結果見圖3。淀粉的吸油量與淀粉顆粒間的空隙、表面性質及比表面積有關，而經微細化處理后，淀粉顆粒表面變得粗糙，比表面積增加，顆粒間空隙也增大，使其吸油性增加，這將不利于制備耐油性的優良降解材料，鋁酸酯偶聯劑DL改性可以降低淀粉的吸油量。從圖3中可以直觀地看出，隨著MPST顆粒粒度的減小，其吸油率逐漸上升，從馬鈴薯原淀粉的32.9%上升到MPST（d50＝11.919μm）77.2%，經疏水親脂化改性后的馬鈴薯原淀粉和各MPST（從顆粒粒度由大到小排列）吸油率分別下降了6.6%、16.1%、32.2%、44.7%、59.4%，而且改性后的MPST的吸油率不是隨著顆粒粒度減小而升高，反而呈現出下降的趨勢，這還是由于改性過程中，鋁酸酯偶聯劑DL將MPST顆粒包埋，MPST顆粒表面無法與油脂充分接觸，所以吸油性不升反降。綜上所述，疏水親脂化改性可有效防止淀粉基生物降解材料的滲油問題。

圖3 親脂化改性前后微細化MPST的吸油率

4 結論

無論是馬鈴薯原淀粉還是MPST經鋁酸酯偶聯劑DL疏水親脂化改性后，其在液體石蠟中的分散性在不同的靜置時間均得以提高，并且隨著微細化程度的加深，MPST顆粒粒度的不斷減小，經疏水親脂化改性后的微細化MPST在MPST/液體石蠟的分散率具有越來越高的穩定性。

疏水親脂化改性可有效改善微細化MPST在有機溶劑中的分散性。但馬鈴薯原淀粉的改善率高于各粒度的微細化MPST的改善率。

對吸濕性及吸油性研究得出，吸濕率隨著顆粒粒度的減小而增大，經疏水親脂化改性后的MPST和MPST的吸水性均低于改性前，隨著MPST顆粒粒度的減小，其吸油率逐漸上升，改性后的MPST吸油率不隨顆粒粒度減小而升高，反而呈現出下降的趨勢。

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Modification of Micronized Potato Starch by Hydrophobic－Lipophilic Treatment

Yang Hongzhi

（College of Food Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

In order to study the impact of miniaturization on potato starch（MPST）'s hydrophobic lipophilic characteristics，theminiaturization MPST has been taken as raw materials to bemodified by the aluminic acid ester coupling agent（DL）to research themoisture and oil absorption.The results showed that the dispersion rates of all kinds ofmodified starch were improved after lipophilic modification by aluminic acid ester coupling agent.The dispersion rate in MPST/liquid paraffin was reduced by 16.6%on the condition of granularity of11.919μm and standingmodification of 12 h.For the declination of the particle size of MPST，the stability of the dispersed system was significantly increased.Meanwhile，the hygroscopicity and oil absorption of MPST were improved obviously.For the decreasing of the MPST size，the oil absorption rate gradually increased from 32.9%of potato starch to MPST（d50＝11.919μm）77.2%，and the potato starch and various MPST hydrophobic lipophilicmodification（by the order big to small）oil absorption rate decreased by 6.6%，16.1%，32.2%，44.7%and 59.4%.

micronized potato starch，aluminic ester coupling agent，hydrophobic－lipophilicmodification

TS231

A

1003－0174（2015）10－0011－04

2014－04－22

楊宏志，男，1963年出生，教授，農產品加工