蜡质马铃薯淀粉纳米晶的制备及改性研究
发布时间:2020-11-03 00:45
本文以蜡质马铃薯淀粉为材料,采用酸法和酶解协同酸法制备淀粉纳米晶,并分别进行辛烯基琥珀酸酐酯化和三偏磷酸钠交联改性。以蜡质马铃薯淀粉为材料制备淀粉纳米晶,分别使用酶解预处理协同酸解与仅酸解两种方法进行对比实验,研究的重点在于提高制备效率,同时提高淀粉纳米晶的分散性。结果表明在酶添加量1000 U/(g淀粉),酶解时间6小时的预处理条件下的酶解效率较高,得到的酶解淀粉表面凹坑较多,酶解时间参数经LOS法拟合符合一级动力学模型;酶的预处理会导致酸水解持续时间的降低,酶解协同酸解得到最小颗粒的时间比仅酸解时间提前了一天,分别是5天和6天;酶解协同酸解制备的淀粉纳米晶的相对结晶度比原淀粉得到较大程度的提高,达到46.1%,且晶型由原淀粉的B型转变为C型;FTIR红外光谱检测发现,1104 cm~(-1)处吸收峰的增强,表明淀粉纳米晶的表面有硫酸基团吸附;Zeta电位、粒径分布图以及分散稳定性观察图发现,pH=7条件下的酶解协同酸解反应5天的颗粒具有较小的粒度分布、较好的分散稳定性;SEM及TEM观察发现淀粉纳米晶粒径大小在50~100 nm范围内,出现较为严重的聚集现象。在碱性条件下用辛烯基琥珀酸酐制备酯化淀粉纳米晶,研究发现随着OSA添加量的提高(由12.5%增加到75%),淀粉纳米晶的取代度逐步增加,从0.047增加到0.1292。经X-射线衍射分析,淀粉纳米晶随取代度的增加,相对结晶度逐渐减小,晶型未变仍为C型淀粉。FTIR检测在1732 cm~(-1)和1572 cm~(-1)处出现了两个代表C=O和-COO~-基团新的特征峰,且取代度愈大,其强度愈大,证明了辛烯基琥珀酸酯基团在纳米晶表面的成功引入。淀粉纳米晶分散性实验表明酯化改性使其极性降低,具有一定的双亲性,能稳定地分散于水和三氯甲烷、丙酮等有机溶剂;随着取代度的提高,越易于分散在有机溶剂中。X-射线光电子能谱分析进一步证明随着酯化程度的提高,更多的辛烯基琥珀酸酯基团被连接到纳米晶表面。为研究不同三偏磷酸钠添加量对交联改性淀粉纳米晶的影响,以酶解协同酸法制备的淀粉纳米晶为材料,在不同三偏磷酸钠添加量下、溶液pH=11.5的体系中制备交联蜡质马铃薯淀粉纳米晶,通过样品磷含量的测定计算交联纳米晶的取代度,发现随着三偏磷酸钠添加量增加(由3%增加到12%),其取代度呈递增趋势(从1.68×10~(-5)增加到2.23×10~(-5))。通过样品的X-衍射图谱发现,其晶型由原淀粉纳米晶的C-型转变为交联改性后的B型结晶。经红外光谱分析,在1017 cm~(-1)处吸收峰的增强说明在纳米晶颗粒中引入了P-O-C基团,证实发生了交联反应,且交联程度愈大,峰强越大。交联淀粉纳米晶的溶胀度随着取代度的增大逐渐减小。颗粒微观形貌观察发现交联取代度愈大,改性样品的网络结构愈多。
【学位单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:TB383.1
【部分图文】:
图 1-1 淀粉颗粒的结构概览Fig. 1-1 Overview of starch granule structure如图 1-1 所示淀粉颗粒结构概览,它是一个多级结构,它是由(a)微粒(2~100 μm)组成,在微粒中我们能看到(b)生长环(120~500 nm)是由(d)止水塞(20~50 nm)组成,止水塞是由无定形区和结晶区(9 nm)包含(g)支链淀粉和(h)直链淀粉(0.1~1nm)。1.2 淀粉纳米晶的概述淀粉颗粒包含直链淀粉形成的不规则无定型区,和剩余的结晶区(支链淀粉),淀粉颗粒经酸处理使无定形区分解得到抗酸的、结晶度较高的片层结晶结构,其立体尺寸达到纳米级别,长 20~40 nm,宽 15~30 nm,高 5~7 nm[21],称之为淀粉纳米晶(Starchnanocrystal, SNC)。由于尺寸效应,SNC 干燥时极易发生严重团聚现象,得到平均粒径为 4.4 μm 的聚集体[22]。然而最近的文章中报道更大的 SNC 颗粒,70 nm 的马铃薯
0 2 4 6 8 100102030时间(d)平均粒-3 酶解协同酸解(●)、仅酸解(■)蜡质马铃薯淀粉的平均verage particles size of hydrolyzed waxy potato starch with (●)enzymatic pretreatment线衍射分析淀粉纳米晶,淀粉颗粒的半晶质是其重要组成成分[34],图WPS),酶解预处理淀粉(EP-WPS),仅酸解 2、4、6、8
华南理工大学硕士论文性。结果和魏本喜[98]的报道一致。因此,分散液的 pH 对纳米晶分散行为和稳定性有巨大影响,结果是 P-SNC5 在中性到碱性条件下都具有明显的分散稳定性。2.4.8 淀粉纳米晶的微观形貌SEM(扫描电子显微镜)被用来观察淀粉纳米晶的微观形貌和形态学,见图 2-9。图 2-9a-c 依次是蜡质马铃薯原淀粉、酶解预处理淀粉、酶解协同酸解 5 天制备的纳米晶的照片。从图 2-9a 可以看出原淀粉具有光滑的表面,而酶解预处理淀粉表面则发现较多的坑洞(图 2-9b)。酸水解时,这些缺口和坑洞可以加快 H3O+向颗粒内部的浸透,进而减少制备 SNCs 所需的时间。图 2-9c 中 P-SNC5 既有圆形颗粒又有圆角正方形颗粒[34],且呈现出薄片状,粒径大小 80~200 nm,这和粒径分布的结果相一致。另外,像葡萄串似的聚集成 1~5 μm,颗粒大小的不均一性是因为 SNCs 的团聚程度不同[102]。
【参考文献】
本文编号:2867831
【学位单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:TB383.1
【部分图文】:
图 1-1 淀粉颗粒的结构概览Fig. 1-1 Overview of starch granule structure如图 1-1 所示淀粉颗粒结构概览,它是一个多级结构,它是由(a)微粒(2~100 μm)组成,在微粒中我们能看到(b)生长环(120~500 nm)是由(d)止水塞(20~50 nm)组成,止水塞是由无定形区和结晶区(9 nm)包含(g)支链淀粉和(h)直链淀粉(0.1~1nm)。1.2 淀粉纳米晶的概述淀粉颗粒包含直链淀粉形成的不规则无定型区,和剩余的结晶区(支链淀粉),淀粉颗粒经酸处理使无定形区分解得到抗酸的、结晶度较高的片层结晶结构,其立体尺寸达到纳米级别,长 20~40 nm,宽 15~30 nm,高 5~7 nm[21],称之为淀粉纳米晶(Starchnanocrystal, SNC)。由于尺寸效应,SNC 干燥时极易发生严重团聚现象,得到平均粒径为 4.4 μm 的聚集体[22]。然而最近的文章中报道更大的 SNC 颗粒,70 nm 的马铃薯
0 2 4 6 8 100102030时间(d)平均粒-3 酶解协同酸解(●)、仅酸解(■)蜡质马铃薯淀粉的平均verage particles size of hydrolyzed waxy potato starch with (●)enzymatic pretreatment线衍射分析淀粉纳米晶,淀粉颗粒的半晶质是其重要组成成分[34],图WPS),酶解预处理淀粉(EP-WPS),仅酸解 2、4、6、8
华南理工大学硕士论文性。结果和魏本喜[98]的报道一致。因此,分散液的 pH 对纳米晶分散行为和稳定性有巨大影响,结果是 P-SNC5 在中性到碱性条件下都具有明显的分散稳定性。2.4.8 淀粉纳米晶的微观形貌SEM(扫描电子显微镜)被用来观察淀粉纳米晶的微观形貌和形态学,见图 2-9。图 2-9a-c 依次是蜡质马铃薯原淀粉、酶解预处理淀粉、酶解协同酸解 5 天制备的纳米晶的照片。从图 2-9a 可以看出原淀粉具有光滑的表面,而酶解预处理淀粉表面则发现较多的坑洞(图 2-9b)。酸水解时,这些缺口和坑洞可以加快 H3O+向颗粒内部的浸透,进而减少制备 SNCs 所需的时间。图 2-9c 中 P-SNC5 既有圆形颗粒又有圆角正方形颗粒[34],且呈现出薄片状,粒径大小 80~200 nm,这和粒径分布的结果相一致。另外,像葡萄串似的聚集成 1~5 μm,颗粒大小的不均一性是因为 SNCs 的团聚程度不同[102]。
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 许晖;孙兰萍;赵大庆;张斌;郑桂富;;马铃薯交联淀粉的制备与结构表征[J];中国粮油学报;2007年05期
2 郑洁,欧仕益,蔡继业,汪晨熙;原子力显微镜在食品科学中的应用[J];食品研究与开发;2005年05期
相关博士学位论文 前2条
1 任丽丽;淀粉纳米晶的改性及其在热塑性淀粉复合材料中的应用[D];吉林大学;2012年
2 赵法茂;小麦淀粉分支酶同工酶遗传多样性及对酶活性和支链淀粉含量的影响[D];山东农业大学;2008年
相关硕士学位论文 前2条
1 许亚伦;三种马铃薯淀粉及其乙酰化淀粉黏度性质的研究[D];陕西科技大学;2012年
2 王曼曼;关于淀粉体形态和发育的研究[D];扬州大学;2009年
本文编号:2867831
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2867831.html