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聚合物改性原理 第8章 淀粉的改性
第八章 淀粉的改性 聚合物改性原理 * 含淀粉的植物很多。淀粉以微小的、冷水不溶的颗粒分别存在植物的种子、块茎、根、果实和叶子的细胞组织中。如: 谷物种子:玉米、小麦、黑麦、大麦、燕麦、高梁等 块茎:马铃薯等; 根:木薯、甜薯、竹芋、山药等; 豆籽:豌豆、蚕豆等; 果实:苹果、香蕉、芒果、西红柿等; 叶子:烟叶等。 主要为玉米、马铃薯、小麦、木薯,玉米具有快熟、高产,种植地区广、籽粒台淀粉量高、副产物品种多、价值高,又易运输和储存,不受季节和地区限制,可全年生产等优点。全世界的淀粉产量。l987年大约为2300万t,其中玉米淀粉约占74%。在美国95%以上的淀粉来源于玉米。 8.1 淀粉的性质 8.1.1 淀粉的形态 淀粉颗粒大小和形态 淀粉颗粒的大小和形状取决于其来源。放大350倍后,观察到玉米和蜡质玉米淀粉颗粒呈多边和圆形;马铃薯淀粉颗粒为椭圆形或蛋形;小麦淀粉颗粒呈扁平、圆形或椭圆形;木薯淀粉颗粒呈圆形和截头的圆形。密度(含水10-20%)为1.5g/cm3. 淀粉颗粒中的水分参与结晶结构,这已通过X-光衍射图的变化来沉实。干燥淀粉,随水分含量的降低.X-光衍射图线条的明显程度降低,再将干燥淀粉置于空气中吸收水分.衍射图线条明显恢复。 淀粉颗粒具有渗透性、水和水渗液能自由渗入颗粒内部。淀粉与稀碘液接触很快变蓝色,表明碘溶液很快渗入颗粒内部与其中的支链淀粉起反应而呈现出蓝色,蓝色的淀粉颗粒再与硫代硫酸钠溶液相遇时,蓝色也同样很快就消失,表明硫代硫酸钠溶液很快渗入颗粒内部起了反应。这种快速的颜色变化表明,淀粉颗粒具有很高的渗透性。化学反应主要发生在无定形区域。颗粒可溶于DMSO和DMF。 8.1.2 淀粉的分类 支链和直链 8.1.3 淀粉的组成 分子结构 淀粉是由葡萄糖组成的多糖高分子化合物,有直链状及支叉状两种分子,分别称为直链淀粉和支链淀粉。前者是以脱水葡萄糖单元间经?-1,4糖苷键连接;后者支叉位置是以?-1,6糖苷键连接;玉米和小麦淀粉的直链含量约28%,马铃薯淀粉为21%,木薯淀粉为17%。 淀粉结构 碘-淀粉 研究表明:直链淀粉是最先导致淀粉凝沉(老化)的原因。 如何分离两类淀粉? 络合结晶法是利用直链淀粉与丁醇、戊醇等生成络合结构晶体,易于分离;支链淀粉存在于母液中,这是试验室中小量制备的常用方法、硫酸镁分步沉淀法,是利用直接相支链淀粉在不同硫酸镁溶液中的沉淀差异,分步沉淀分离的。 性质差异 直链淀粉与碘液能形成螺旋络合物结构,呈现蓝色。支链淀粉与碘液呈现紫红色:直链淀粉与碘呈现颜色与其分子长度有关。聚合度(DP)12以下的短链遇碘不呈现颜色变化;聚合度12-15呈棕色;20-30呈红色;35-40呈紫色;45以上呈蓝色。光谱在650um具有最高值,直链淀粉吸收碘量约19%-20%,而支链淀粉吸收碘量不到1%。直链淀粉难溶于水,溶液不稳定,凝沉性强;支链淀粉易溶于水.溶液稳定,凝沉性弱。直链淀粉能制成强度高、柔软性好的纤维和薄膜,支链淀粉却不能。 测定淀粉糊蒸煮过程粘度变化的著名方法是采用Brabender 粘结力测定仪法。这种仪器是测定搅拌下淀粉水分散液的粘度曲线。加热速度1.5 ℃/min,在95℃保持lh,然后冷却到50℃。 淀粉的糊化 将淀粉倒入冷水中,搅拌成乳白色、不透明的悬浮液,称为淀粉乳。停止搅拌则淀粉慢慢沉淀(因淀粉的相对密度较大,又不溶于冷水)。将淀粉乳加热,淀粉颗粒吸水膨胀,发生在颗粒无定形区域,结晶区具有弹性,仍保持颗粒结构。随温度上升,吸收水分更多,体积膨胀更大,达到一定温度后,高度膨胀的淀粉颗粒间互相接触,变成半透明的粘稠糊状,称为淀粉糊。这种由淀粉乳转变成糊的现象称为糊化。淀粉糊并不是真正的溶液,而是以高度膨胀颗粒呈不溶的胶体存在(除一部分支链淀粉被溶于水中外)。 胶化温度:淀粉发生胶化时的温度称胶化温度,有的也称糊化温度。 淀粉颗粒的膨胀能力 溶解度 淀粉产品的溶解度是指在一定温度下(如95℃)在水中加热30min后,淀粉样品分子的溶解质量百分比. 临界浓度 淀粉的临界浓度100mL水需要该淀粉的质量 (干基计),95℃膨胀后能吸收全部水分,形成均匀的糊,无游离水存在;低于此临界浓度,则会有游离水存在。 8.1.4 淀粉的改性 氧化淀粉 氧化淀粉是员普通的变性淀粉之一,它与原淀粉比较颜色洁白,糊化容易,糊液粘度低且稳定性高,透明性和成膜性好,胶粘力强,且价格便宜。在造纸、纺织、食品相其他工业上具有广泛的用途。 以次氯酸氧化淀粉工艺为例,工艺流程如下: 影响氧化淀粉的因素较多,如
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