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        淀粉及其衍生物的流變特性研究

        2009-04-29 07:17:36羅曉鋒
        管理觀察 2009年10期
        關(guān)鍵詞:黏度

        羅曉鋒

        摘要:以玉米淀粉為材料,制取了苯乙烯-玉米淀粉樹(shù)脂、玉米氧化淀粉、玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹(shù)脂三種淀粉衍生物, 對(duì)比測(cè)定了該三種淀粉衍生物的黏度參數(shù),并研究其流變特性。結(jié)果表明淀粉通過(guò)復(fù)合變性后, 粘度熱穩(wěn)定性增強(qiáng),相同剪切速率下,玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹(shù)脂的切應(yīng)力最大。都具有剪切稀化現(xiàn)象,且原玉米淀粉的凝膠強(qiáng)度大于變性淀粉的凝膠強(qiáng)度。

        關(guān)鍵詞:玉米淀粉 變性淀粉 流變特性 黏度 剪切速率

        天然淀粉的可利用性取決于淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)和淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量。不同種類(lèi)的淀粉其分子結(jié)構(gòu)和直鏈淀粉、支鏈淀粉的含量都不相同,因此不同來(lái)源的淀粉原料具有不同的可利用性[1 2]。天然淀粉在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用,特別是在廣泛采用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備的情況下應(yīng)用是有限的 [3]。為了探討變性淀粉在不同濃度,不同溫度下的特性,本研究利用NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)對(duì)玉米淀粉及其三種衍生物進(jìn)行了流變性測(cè)定,分析了在不同濃度,不同溫度下,淀粉及其衍生物的流變特性的變化規(guī)律,為進(jìn)一步提高玉米淀粉的品質(zhì)提供了依據(jù)[4]。

        1.材料與方法

        1.1 原料與儀器

        原料:玉米淀粉:甘肅昆侖生化有限責(zé)任公司;

        苯乙烯-玉米淀粉樹(shù)脂、玉米氧化淀粉、玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹(shù)脂:試驗(yàn)室自制。

        儀器:旋轉(zhuǎn)黏度計(jì):NDJ - 79 型,上海森地科學(xué)儀器設(shè)備有限公司;

        GKC型數(shù)顯控溫水浴鍋:同濟(jì)大學(xué)機(jī)電廠生產(chǎn);

        JJ-5測(cè)速電動(dòng)攪拌器:上海司樂(lè)儀器廠生產(chǎn)。

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2.1 苯乙烯-玉米淀粉樹(shù)脂的制備

        取20g淀粉,加入150ml水,用鹽酸調(diào)節(jié)PH至3,水浴加熱升溫至70℃,糊化半小時(shí)至透明,加入10%過(guò)硫酸銨8ml,滴加苯乙烯10ml,升溫至80~82℃,1小時(shí)滴完,取樹(shù)脂提取后分析其結(jié)構(gòu)。

        1.2.2 玉米氧化淀粉的制備

        取30g玉米淀粉,加入50ml水打漿均勻,加0.01%的CuSO4·5H2O溶液3ml,加入10% H2O23ml,攪拌均勻,攪拌升溫至55℃,保溫半小時(shí),過(guò)濾烘干,研細(xì)。

        1.2.3 玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹(shù)脂

        取20g玉米淀粉,加入150ml水,1gNaOH(少量水溶解),加入2ml環(huán)氧氯丙烷,加熱1小時(shí),升溫至90℃,保溫10分鐘。降溫至70℃,調(diào)節(jié)PH至3,加入10%過(guò)硫酸銨8ml,滴入醋酸乙烯20ml,1小時(shí)滴完,升溫至90℃,取樹(shù)脂提取后分析其結(jié)構(gòu)。

        1.2.4 淀粉及其衍生物黏度的測(cè)定

        分別取4 g以上三種實(shí)驗(yàn)室自制的變性淀粉和原淀粉,蒸餾水定容到100 ml;將定容淀粉液倒入250 ml具塞三角瓶中,然后將該三角瓶放入500 ml燒杯中,杯子盛有70~80℃的熱水;將此燒杯與三角瓶放到已預(yù)熱到70℃以上的磁力攪拌器上,攪拌加熱升溫到80℃,并在此溫度下保溫10 min ,使淀粉徹底糊化;取出三角瓶在冷水中冷卻至(25 ±1)℃(在15min內(nèi)),然后在25℃下測(cè)定黏度3次,取平均值為測(cè)定結(jié)果。

        2.結(jié)果與分析

        在動(dòng)態(tài)流變特性的測(cè)量過(guò)程中,彈性模量和粘性模量是很重要的2個(gè)參數(shù)。彈性模量表示的是當(dāng)物質(zhì)受到力的作用時(shí),物質(zhì)變形程度。彈性模量越大,物質(zhì)受到力時(shí)變形程度小。粘性模量表示的是物質(zhì)受到力的作用時(shí),阻礙物質(zhì)流動(dòng)的特性。粘性模量越大,表明物質(zhì)受到力時(shí),物質(zhì)不易流動(dòng)[5]。

        2.1 淀粉糊的彈性模量、粘性模量與溫度的關(guān)系

        (淀粉1~淀粉4分別為原淀粉、苯乙烯-玉米淀粉樹(shù)脂、玉米氧化淀粉、玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹(shù)脂)

        對(duì)4種淀粉糊彈性模量、粘性模量和溫度的關(guān)系進(jìn)行了考察,以淀粉1的動(dòng)態(tài)流變特性測(cè)定結(jié)果為例,當(dāng)溫度較低時(shí)低于62℃時(shí),彈性模量和粘性模量近似相等。當(dāng)溫度升高到90℃以上時(shí),由于淀粉糊沸騰,產(chǎn)生氣泡,致使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。從粘性模量的變化可以看出,當(dāng)溫度超過(guò)60℃后,粘性模量開(kāi)始增加,直到最大值,然后逐漸下降到某一恒定值。玉米淀粉在溫度超過(guò)60℃后,其淀粉顆粒吸收水分,逐漸膨脹,淀粉顆粒裂解,與周?chē)慕缦尴В罱K和水形成某種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的溶膠,這就是淀粉的糊化過(guò)程。淀粉糊化過(guò)程表現(xiàn)在淀粉粘性模量的變化上,當(dāng)溫度超過(guò)60℃,粘性模量開(kāi)始增加,直到最大值,然后下降到某一恒定值。也就是說(shuō)可以用測(cè)定粘性模量的方法來(lái)簡(jiǎn)單、直觀地確定淀粉起始和終了的糊化溫度。

        2.2 四種淀粉糊彈性模量與溫度的關(guān)系

        60℃時(shí),隨著溫度的升高,淀粉1、淀粉2、淀粉4的彈性模量不發(fā)生變化淀粉3溫度升高到40℃時(shí), 彈性模量達(dá)到最大值27.7Pa,然后隨著溫度的升高,彈性模量逐漸降低淀粉3的彈性模量大于淀粉1、淀粉2、淀粉4的。溫度升高到60℃,淀粉的彈性模量從開(kāi)始急劇增加,當(dāng)溫度達(dá)到68℃時(shí)達(dá)到最大值83.5Pa,彈性模量增加了將近22倍。淀粉1當(dāng)溫度升高到63℃,彈性模量從開(kāi)始急劇增加,溫度增加到86℃時(shí),彈性模量增加到最大值48.8Pa。淀粉4當(dāng)溫度升高到64℃,彈性模量從開(kāi)始急劇增加, 當(dāng)溫度達(dá)到73℃時(shí),彈性模量增加到最大值111Pa,彈性模量增加了將近30倍。彈性模量達(dá)到最大后,淀粉4的彈性模量最大,其次為淀粉2、淀粉1,淀粉3最低。

        3.結(jié)論

        動(dòng)態(tài)流變特性測(cè)定結(jié)果表明,隨著溫度的增加,原淀粉、苯乙烯-玉米淀粉樹(shù)脂、玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹(shù)脂的彈性模量、粘性模量剛開(kāi)始基本不發(fā)生變化, 到60℃后,兩模量急劇增加到最大值,然后降低到某恒定值。玉米氧化淀粉的兩模量隨溫度升高逐漸增加到最大值,然后逐漸降低到某恒定值。粘性模量達(dá)到最大后,苯乙烯-玉米淀粉樹(shù)脂的粘性模量最大,其次為玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹(shù)脂,原淀粉,玉米氧化淀粉的最低。彈性模量達(dá)到最大后,玉米交聯(lián)淀粉-醋酸乙烯樹(shù)脂的彈性模量最大,其次為苯乙烯-玉米淀粉樹(shù)脂、原淀粉,玉米氧化淀粉最低。可以用測(cè)定粘性模量的方法來(lái)簡(jiǎn)單、直觀地確定淀粉起始和終了的糊化溫度?!?/p>

        參考文獻(xiàn):

        1.張燕萍.變性淀粉制造與應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 1998.

        2.李云飛,殷涌光,金萬(wàn)鎬.食品物性學(xué)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2005.

        作者簡(jiǎn)介:西北民族大學(xué),甘肅蘭州。西北民族大學(xué)化工學(xué)院05級(jí)化學(xué)工程與工藝(2)班

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