淀粉及其衍生物的流变特性研究

罗晓锋

摘要：以玉米淀粉为材料，制取了苯乙烯-玉米淀粉树脂、玉米氧化淀粉、玉米交联淀粉-醋酸乙烯树脂三种淀粉衍生物, 对比测定了该三种淀粉衍生物的黏度参数，并研究其流变特性。结果表明淀粉通过复合变性后, 粘度热稳定性增强，相同剪切速率下，玉米交联淀粉-醋酸乙烯树脂的切应力最大。都具有剪切稀化现象，且原玉米淀粉的凝胶强度大于变性淀粉的凝胶强度。

关键词：玉米淀粉 变性淀粉 流变特性 黏度 剪切速率

天然淀粉的可利用性取决于淀粉颗粒的结构和淀粉中直链淀粉和支链淀粉的含量。不同种类的淀粉其分子结构和直链淀粉、支链淀粉的含量都不相同，因此不同来源的淀粉原料具有不同的可利用性[1 2]。天然淀粉在现代工业中的应用，特别是在广泛采用新工艺、新技术、新设备的情况下应用是有限的 [3]。为了探讨变性淀粉在不同浓度，不同温度下的特性，本研究利用NDJ-79型旋转式黏度计对玉米淀粉及其三种衍生物进行了流变性测定，分析了在不同浓度，不同温度下，淀粉及其衍生物的流变特性的变化规律，为进一步提高玉米淀粉的品质提供了依据[4]。

1.材料与方法

1.1 原料与仪器

原料：玉米淀粉：甘肃昆仑生化有限责任公司；

苯乙烯-玉米淀粉树脂、玉米氧化淀粉、玉米交联淀粉-醋酸乙烯树脂：试验室自制。

仪器：旋转黏度计：NDJ - 79 型,上海森地科学仪器设备有限公司；

GKC型数显控温水浴锅：同济大学机电厂生产；

JJ-5测速电动搅拌器：上海司乐仪器厂生产。

1.2 试验方法

1.2.1 苯乙烯-玉米淀粉树脂的制备

取20g淀粉，加入150ml水，用盐酸调节PH至3，水浴加热升温至70℃，糊化半小时至透明，加入10%过硫酸铵8ml，滴加苯乙烯10ml，升温至80～82℃，1小时滴完，取树脂提取后分析其结构。

1.2.2 玉米氧化淀粉的制备

取30g玉米淀粉，加入50ml水打浆均匀，加0.01%的CuSO4·5H2O溶液3ml，加入10% H2O23ml，搅拌均匀，搅拌升温至55℃，保温半小时，过滤烘干，研细。

1.2.3 玉米交联淀粉-醋酸乙烯树脂

取20g玉米淀粉，加入150ml水，1gNaOH（少量水溶解），加入2ml环氧氯丙烷，加热1小时，升温至90℃，保温10分钟。降温至70℃，调节PH至3，加入10%过硫酸铵8ml，滴入醋酸乙烯20ml，1小时滴完，升温至90℃，取树脂提取后分析其结构。

1.2.4 淀粉及其衍生物黏度的测定

分别取4 g以上三种实验室自制的变性淀粉和原淀粉，蒸馏水定容到100 ml；将定容淀粉液倒入250 ml具塞三角瓶中，然后将该三角瓶放入500 ml烧杯中，杯子盛有70～80℃的热水；将此烧杯与三角瓶放到已预热到70℃以上的磁力搅拌器上,搅拌加热升温到80℃,并在此温度下保温10 min ,使淀粉彻底糊化；取出三角瓶在冷水中冷却至(25 ±1)℃(在15min内)，然后在25℃下测定黏度3次，取平均值为测定结果。

2.结果与分析

在动态流变特性的测量过程中，弹性模量和粘性模量是很重要的2个参数。弹性模量表示的是当物质受到力的作用时，物质变形程度。弹性模量越大，物质受到力时变形程度小。粘性模量表示的是物质受到力的作用时，阻碍物质流动的特性。粘性模量越大，表明物质受到力时，物质不易流动[5]。

2.1 淀粉糊的弹性模量、粘性模量与温度的关系

（淀粉1～淀粉４分别为原淀粉、苯乙烯-玉米淀粉树脂、玉米氧化淀粉、玉米交联淀粉-醋酸乙烯树脂）

对4种淀粉糊弹性模量、粘性模量和温度的关系进行了考察，以淀粉1的动态流变特性测定结果为例，当温度较低时低于62℃时，弹性模量和粘性模量近似相等。当温度升高到90℃以上时，由于淀粉糊沸腾，产生气泡，致使测量结果不准确。从粘性模量的变化可以看出，当温度超过60℃后，粘性模量开始增加，直到最大值，然后逐渐下降到某一恒定值。玉米淀粉在温度超过60℃后，其淀粉颗粒吸收水分，逐渐膨胀，淀粉颗粒裂解，与周围水的界限消失，最终和水形成某种稳定结构的溶胶，这就是淀粉的糊化过程。淀粉糊化过程表现在淀粉粘性模量的变化上，当温度超过60℃，粘性模量开始增加，直到最大值，然后下降到某一恒定值。也就是说可以用测定粘性模量的方法来简单、直观地确定淀粉起始和终了的糊化温度。

2.2 四种淀粉糊弹性模量与温度的关系

60℃时，随着温度的升高，淀粉1、淀粉2、淀粉4的弹性模量不发生变化淀粉3温度升高到40℃时， 弹性模量达到最大值27.7Pa，然后随着温度的升高，弹性模量逐渐降低淀粉3的弹性模量大于淀粉1、淀粉2、淀粉4的。温度升高到60℃，淀粉的弹性模量从开始急剧增加，当温度达到68℃时达到最大值83.5Pa，弹性模量增加了将近22倍。淀粉1当温度升高到63℃，弹性模量从开始急剧增加，温度增加到86℃时，弹性模量增加到最大值48.8Pa。淀粉4当温度升高到64℃，弹性模量从开始急剧增加， 当温度达到73℃时，弹性模量增加到最大值111Pa，弹性模量增加了将近30倍。弹性模量达到最大后，淀粉4的弹性模量最大，其次为淀粉2、淀粉1,淀粉3最低。

3.结论

动态流变特性测定结果表明，随着温度的增加，原淀粉、苯乙烯-玉米淀粉树脂、玉米交联淀粉-醋酸乙烯树脂的弹性模量、粘性模量刚开始基本不发生变化, 到60℃后，两模量急剧增加到最大值，然后降低到某恒定值。玉米氧化淀粉的两模量随温度升高逐渐增加到最大值，然后逐渐降低到某恒定值。粘性模量达到最大后，苯乙烯-玉米淀粉树脂的粘性模量最大，其次为玉米交联淀粉-醋酸乙烯树脂，原淀粉，玉米氧化淀粉的最低。弹性模量达到最大后，玉米交联淀粉-醋酸乙烯树脂的弹性模量最大，其次为苯乙烯-玉米淀粉树脂、原淀粉，玉米氧化淀粉最低。可以用测定粘性模量的方法来简单、直观地确定淀粉起始和终了的糊化温度。◆

参考文献：

1.张燕萍.变性淀粉制造与应用[M]. 北京:化学工业出版社, 1998.

2.李云飞,殷涌光,金万镐.食品物性学[M].北京:中国轻工业出版社,2005.

作者简介：西北民族大学,甘肃兰州。西北民族大学化工学院05级化学工程与工艺（2）班