脉冲电场协同制备变性淀粉的方法和机理研究

As starch is a kind of cheap, rich renewable sources, its development and utilization can always be a hot point in related scientific researches. And modified starch is one of the biggest research branches in starch deep processing and its aim is to improve the stability of starch paste. Up to now, the proportion of modified starches by chemical methods has reached over 90% of the whole modified starches. However, the modifications of starches by chemical methods usually happen on the amorphous surface of starch granules, resulting in partial and uneven characteristic of inhomogenous chemical reaction of starch granule and retrogradation of starch paste. Based on our previous results of this topic, the structure of starch granules were properly changed by pulsed electric fields and then paste stability quality of esterified and ethered starch was studied. And the distribution of substitutional group on the surface and interior, in crystalline and amorphous area of the starch granule was determined, to reveal the relationship between structure and function of modified starch. The results of investigation had significant meanings to enrich the theory of modified starch.

由于淀粉资源丰富，价格低廉，又具有可再生性，所以，对淀粉资源的开发以及利用，一直是相关科学研究最为关注的热点之一。以淀粉为原料制造的改性淀粉，是淀粉深加工领域中最大的一个分支之一，改性的主要目的是提高淀粉糊的稳定性。据统计，在世界改性淀粉总量中，化学改性淀粉占90%以上。淀粉的化学改性主要发生在淀粉颗粒表面的无定形区，取代基团在淀粉颗粒中分布具有不均匀性，从而导致淀粉糊在应用过程中，那些没有发生取代或局部发生取代的淀粉分子之间氢键结合而发生凝沉或分层现象。基于此，本项目将在我们阶段性研究结果基础上，采用脉冲电场改变淀粉颗粒的结构，研究脉冲电场作用下酯化和醚化淀粉基团在淀粉颗粒表面和内部、结晶区和无定形区的分布与淀粉糊稳定性的之间的内在联系和规律，揭示脉冲电场协同淀粉酯化和醚化改性机理并提高改性淀粉的质量和生产效率，研究结果对淀粉改性理论的丰富和发展具有重要的意义。

以淀粉为原料制造的改性淀粉，是淀粉深加工领域中最大的一个分支之一，据统计，在世界改性淀粉总量中，化学改性淀粉占90%以上。淀粉的化学改性主要发生在淀粉颗粒表面的无定形区，取代基团在淀粉颗粒中分布具有不均匀性，从而导致淀粉糊在应用过程中，那些没有发生取代或局部发生取代的淀粉分子之间氢键结合而发生凝沉或分层现象。基于此，本项目将在我们阶段性研究结果基础上，采用脉冲电场改变淀粉颗粒的结构，研究脉冲电场作用下酯化和醚化淀粉基团在淀粉颗粒表面和内部、结晶区和无定形区的分布与淀粉糊稳定性的之间的内在联系和规律，揭示脉冲电场协同淀粉酯化和醚化改性机理并提高改性淀粉的质量和生产效率。     .主要研究内容：（1）淀粉颗粒经脉冲电场处理后聚集态结构和链结构的变化。（2）采用反应均匀的湿法改性技术，对不同脉冲电场处理的淀粉进行酯化和醚化改性，研究改性前后产物性质变化。（3）采用XPS 检测技术和酸水解技术，研究改性淀粉取代基团在淀粉颗粒表面和内部、结晶区和无定形区的分布规律。.主要研究结果：以木薯淀粉为原料，以乙酸酐为酯化剂，在不同脉冲电场强度（0 kV/cm 、2kV/cm、3 kV/cm、4 kV/cm、5 kV/cm、6 kV/cm、7 kV/cm）、不同有效处理时间（0ms、3ms、6ms、9ms、12ms、15ms）和不同酸酐添加量(4%、6%、8%、10%、12%)下湿法制备醋酸酯淀粉，对乙酰基及取代度进行测定，得出经过脉冲电场处理，木薯醋酸酯淀粉乙酰基含量和取代度都有所提高。乙酸酐添加量为6%，电场强度为4Kv/cm,有效处理时间为9ms，样品取代度由0.084 提高至0.110，说明脉冲电场处理可以促进酯化反应的进行，提高了酯化反应效率。此外还研究了木薯醋酸酯淀粉糊透明度、溶解度及膨润力、冻融稳定性和淀粉糊黏度性质，并通过红外光谱对产品进行结构表征，经过脉冲电场处理，木薯淀粉颗粒均引入了乙酰基团，并提高醋酸淀粉的糊透明度、溶解度和膨润力，提高淀粉糊峰值黏度，而淀粉糊稳定性基本保持不变。脉冲电场协同制备马铃薯酯化淀粉也有类似性质。