外场强化作用下磷酸酯淀粉的制备研究

论文摘要

磷酸酯淀粉是原淀粉与磷酸盐发生酯化反应而生成的一种淀粉衍生物,作为一种多功能添加剂,在食品、造纸、纺织、铸造等行业得到广泛应用,具有广阔的应用开发前景。由于淀粉是一种多晶高聚物,其颗粒中一部分分子排列成疏松的非晶区,另一部分分子则排列成高度有序的结晶区,在化学改性过程中试剂不易深入到颗粒内部,反应往往只能发生在颗粒表面,导致淀粉反应活性和反应效率较低,难以得到高取代度的产物。因此,研究如何改变淀粉颗粒结构以及减少淀粉结晶区的方法来改善淀粉的物理化学性质、提高淀粉的反应活性已成为一项极其重要的研究课题。本文为改进磷酸酯淀粉的传统制备方法,研究了外场强化（超声波、微波、机械活化）对淀粉结构性能的影响,并引入磷酸酯淀粉制备工艺中,探索新的工艺途径:首先,超声波、微波预处理淀粉半干法、机械活化预处理淀粉干法制备磷酸酯淀粉,考察了超声、微波和机械活化时间及功率、pH值、酯化反应温度、磷酸盐用量、酯化反应时间和尿素用量对产物取代度（DS）及反应效率（RE）的影响。结果表明:超声波、微波和机械活化能显著提高木薯和玉米淀粉磷酸酯的DS和RE,表明超声波、微波和机械活化能显著提高淀粉的反应活性,制备的磷酸酯淀粉比相同条件下未经处理的淀粉制备的磷酸酯淀粉的DS提高22.8%以上。然后,通过考察超声波、微波和机械活化对木薯、玉米淀粉的流变特性及透明度的影响,研究外场强化对淀粉理化性质的影响。结果表明:经外场强化处理后的淀粉表观粘度、剪切稀化和触变能力降低,呈现假塑性流体特征,符合幂定律;一定强度范围内的超声、微波作用能提高淀粉的透明度,超声、微波处理时间过长则导致透明度下降;随着机械活化作用时间的增加,淀粉糊的透明度持续升高。最后,利用红外光谱（FTIR）图、X-射线衍射（XRD）图、扫描电镜（SEM）照片及淀粉-碘复合物吸收光谱对淀粉及其磷酸酯淀粉的结构进行表征,分别研究超声波、微波和机械活化处理前后木薯和玉米淀粉及其磷酸酯淀粉的分子基团、结晶结构及颗粒形貌的变化规律。结果表明:经超声波、微波和机械活化处理的淀粉仍具有原有分子基团,但结晶度下降,受侵蚀的颗粒数量增多;超声波、微波和机械活化对淀粉造成大量降解,破坏支链淀粉结构,打断淀粉长链,直链淀粉含量增加,聚合度降低;酯化反应虽在淀粉分子上增加了磷酸基团,但该基团的引入并不能在红外光谱上反映出来;酯化反应后,淀粉颗粒表面凹陷和裂缝程度加深,酯化反应不仅发生在淀粉颗粒的无定形区,也发生在结晶区。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 前言
• 1.1 磷酸酯淀粉
• 1.1.1 磷酸酯淀粉概述
• 1.1.2 磷酸酯淀粉的制备
• 1.1.3 磷酸酯淀粉的性质与应用
• 1.2 淀粉的活化方法
• 1.2.1 化学方法
• 1.2.2 物理方法
• 1.2.3 生化方法
• 1.3 本课题的立题背景与意义
• 1.4 本课题的主要任务和研究内容
• 第二章 外场强化预处理淀粉理化性质研究
• 2.1 外场强化作用原理及其应用
• 2.1.1 超声波作用原理及其应用
• 2.1.2 微波的作用原理及其应用
• 2.1.3 机械活化作用原理及其应用
• 2.2 实验材料、仪器及方法
• 2.2.1 主要原料与药品
• 2.2.2 主要仪器与设备
• 2.2.3 淀粉的预处理方法
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 流变特性
• 2.3.2 外场强化对淀粉糊透明度的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 外场强化预处理淀粉制备磷酸酯淀粉
• 3.1 实验材料、仪器及方法
• 3.1.1 主要原料与药品
• 3.1.2 主要仪器与设备
• 3.1.3 磷酸酯淀粉的制备
• 3.1.4 磷酸酯淀粉取代度和反应效率的测定
• 3.2 实验结果与讨论
• 3.2.1 外场强化时间的影响
• 3.2.2 外场强化功率的影响
• 3.2.3 pH值的影响
• 3.2.4 反应温度的影响
• 3.2.5 磷酸盐用量的影响
• 3.2.6 反应时间的影响
• 3.2.7 尿素用量的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 外场强化作用对淀粉结构特性的影响
• 4.1 实验材料、仪器及方法
• 4.1.1 主要原料与药品
• 4.1.2 主要仪器与设备
• 4.1.3 结构表征与分析方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 红外光谱分析
• 4.2.2 X-射线衍射分析
• 4.2.3 扫描电镜分析
• 4.2.4 淀粉-碘复合物吸收光谱分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 超声波、微波、机械活化预处理淀粉制备磷酸酯淀粉的对比分析
• 5.1 超声波、微波和机械活化淀粉的理化性质
• 5.1.1 超声波、微波和机械活化淀粉的表观粘度
• 5.1.2 超声波、微波和机械活化对淀粉触变性的影响
• 5.2 制备磷酸酯淀粉工艺条件对比分析
• 5.2.1 磷酸酯淀粉制备方法的选择
• 5.2.2 超声波、微波、机械活化预处理淀粉制备磷酸酯淀粉的工艺条件比较
• 5.3 结构特性比较
• 5.3.1 红外光谱分析
• 5.3.2 X-射线衍射分析
• 5.3.3 淀粉-碘复合物吸收光谱
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文