柠檬酸改性豌豆淀粉的研究

论文摘要

豌豆是世界各地广泛种植的主要食用豆类之一,其产量在豆科类农作物中排名第四,仅次于黄豆、花生和干大豆,产量超过1000万吨。然而由于豌豆淀粉具有不同于谷物淀粉和薯类淀粉的组成、结构和物理化学性质,如具有较高的直链淀粉含量和较强的回生能力,限制了其应用,改性研究势在必行。柠檬酸淀粉酯(Citrate Starch)是一种具有抗性作用的酯化变性淀粉,可以抵抗酶的降解,并且能够增加人体所需的膳食纤维,目前广泛应用于面包、饼干及其他食品中以改善食品的品质。本文采用Klaushofer法并进行了一些改进,以豌豆淀粉和柠檬酸为原料,NaOH为催化剂,制备了性能优良的柠檬酸豌豆淀粉酯(CPS)。干法工艺的使用简化了操作、收率高、无污染。首先利用正交试验对CPS制备工艺进行了优化,确定了最佳反应条件:反应温度为140oC,反应时间为7h,pH值为3.5,柠檬酸与淀粉的质量比为2:5。并且分析了单一条件对CPS取代度的影响。接着通过红外、核磁、扫描电镜等对CPS的形貌结构进行了研究,并测定了CPS的粘度、溶胀度和热稳定性等,实验过程中结合大米淀粉进行了对比。研究结果表明:淀粉与柠檬酸发生了酯化反应,结晶度下降,但大部分仍然保持淀粉颗粒形态;CPS在粘度测定中不能发生糊化和胶凝,淀粉中的CPS将阻碍颗粒的溶胀,但柠檬酸酰基的引入使淀粉的热稳定性有所下降;淀粉的颗粒形态对柠檬酸淀粉酯的性质影响不大。本文还研究了CPS在热塑性淀粉中(TPS)的应用,通过扫描电镜、以及热稳定性、力学性能、水蒸汽透过率的测定分析了TPS材料性能。结果表明:添加CPS在一定程度上改善了湿环境下淀粉材料的力学性能。水蒸汽透过率测试中,CPS的添加能够大幅提高淀粉膜的耐水性能。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 淀粉及其衍生物
• 1.2.1 淀粉的分子结构及特点
• 1.2.2 淀粉的变性
• 1.2.2.1 淀粉变性的定义、微观机理及变性方法
• 1.2.2.2 化学变性淀粉的种类、特性及其应用
• 1.3 豌豆淀粉的研究进展
• 1.3.1 豌豆淀粉的提取、组成和结构
• 1.3.1.1 豌豆淀粉的提取
• 1.3.1.2 豌豆淀粉的组成
• 1.3.1.3 豌豆淀粉的颗粒结构
• 1.3.1.4 直链淀粉与支链淀粉结构
• 1.3.1.5 豌豆淀粉的晶体结构
• 1.3.2 豌豆淀粉的物理化学性质
• 1.3.2.1 膨胀力和溶解度
• 1.3.2.2 豌豆淀粉的胶凝
• 1.3.2.3 豌豆淀粉的回生
• 1.3.2.4 豌豆淀粉的酶解
• 1.3.2.5 豌豆淀粉的酸解
• 1.3.3 豌豆淀粉的化学改性
• 1.3.3.1 羟丙基淀粉
• 1.3.3.2 交联淀粉
• 1.3.3.3 阳离子淀粉
• 1.4 本文的研究意义、目的及思路
• 1.4.1 本文研究的意义
• 1.4.2 本文研究的目的
• 1.4.3 本文研究的思路
• 第二章 CPS的制备研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与设备
• 2.2.2 CPS的制备
• 2.2.3 CPS的取代度测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 反应原理
• 2.3.2 CPS制备的最佳反应条件
• 2.3.2.1 反应温度对取代度的影响
• 2.3.2.2 反应时间对取代度的影响
• 2.3.2.3 pH值对取代度的影响
• 2.3.2.4 柠檬酸与淀粉的质量比对取代度的影响
• 2.4 小结
• 第三章 CPS的表征和性能测试
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料与设备
• 3.2.2 CPS的结构与性能表征
• 3.2.2.1 红外光谱分析
• 3.2.2.2 固体核磁碳谱分析
• 3.2.2.3 溶胀度测定
• 3.2.2.4 X-射线衍射分析
• 3.2.2.5 扫描电镜分析
• 3.2.2.6 热分析
• 3.2.2.7 粘度性能测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 红外光谱分析
• 3.3.2 固体核磁碳谱分析
• 3.3.3 溶胀度测定
• 3.3.4 X-射线衍射分析
• 3.3.5 扫描电镜分析
• 3.3.6 热稳定性
• 3.3.7 粘度性能测定
• 3.4 小结
• 第四章 CPS在热塑性淀粉中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料与设备
• 4.2.2 热塑性淀粉的制备
• 4.2.3 性能测试
• 4.2.3.1 扫描电镜分析（SEM）
• 4.2.3.2 热分析（TG）
• 4.2.3.3 力学性能（Mechanical properties）
• 4.2.3.4 水蒸汽透过系数（WVP）
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 扫描电镜分析
• 4.3.2 热稳定性
• 4.3.3 水含量对力学性能的影响
• 4.3.4 水蒸汽透过系数
• 4.4 小结
• 第五章 全文结论与研究展望
• 5.1 全文结论
• 5.1.1 CPS的制备和表征
• 5.1.2 CPS在热塑性淀粉中的应用研究
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢