变性反应条件及制备工艺是影响变性淀粉中取代基团分布及理化性质的重要因素。为了更高效的生产变性淀粉,系统研究变性反应条件及制备工艺对取代基团在淀粉分子及颗粒中分布的规律以及最终产品理化性质的影响是十分必要的。本文以湿法、超声湿法、干法和微波干法四种工艺制备的阳离子淀粉为研究对象,采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、示差扫描量热仪、快速粘度分析仪、高效体积排阻色谱研究了反应条件及制备工艺对阳离子淀粉理化性质的影响。采用选择性水解酶(α-淀粉酶、β-淀粉酶、普鲁兰淀粉酶和葡萄糖淀粉酶)对阳离子直链及支链淀粉分子进行定位酶解,酶解产物采用高效体积排阻色谱及电喷雾/四极杆飞行时间串联质谱分析,研究了取代基团在阳离子淀粉分子结构上的分布规律;采用低温酸解法研究了取代基团在阳离子淀粉结晶区与非结晶区中的分布规律,明确了制备方法、取代基团分布与最终产品理化性质之间的关系。主要研究结果如下:1、干法反应条件对阳离子淀粉理化特性的影响:醚化剂加入量、取代度和反应效率三者与阳离子淀粉的支链淀粉重均分子量及含量均成显著负相关;与之相反,三者与低分子量组分含量均成极显著正相关,表明随着醚化剂用量增加,阳离子淀粉中部分支链淀粉降解为低分子量组分,增加了淀粉分子中活性反应基团的暴露,使反应效率及取代度增加。淀粉的凝胶温度、凝胶焓变与反应温度、碱用量及醚化剂用量均成显著负相关,与支链淀粉含量成极显著正相关,与低分子量组分分子量及含量成显著负相关,表明反应温度、碱用量和醚化剂用量的提高能够破坏淀粉分子内的氢键,使淀粉链双螺旋结构的长度减小,淀粉颗粒内部分子有序排列程度降低,以上改变反映为取代度和反应效率的明显提高。糊液峰粘度与淀粉分子量成极显著负相关,终粘度与反应体系含水量成极显著负相关。2、湿法反应条件对阳离子淀粉理化特性的影响:阳离子淀粉低分子量组分分子量与反应时间成显著正相关,与取代度和反应效率成正相关,表明随着反应时间增加,支链淀粉逐渐降解为低分子量链段,反应活性提高;淀粉的凝胶温度与反应时间、醚化剂用量均存在显著负相关,表明湿法反应时间与醚化剂加入量的提高能够破坏淀粉分子内的氢键,使淀粉链双螺旋结构的长度减小,淀粉颗粒内部分子有序排列程度降低。峰粘度与反应体系pH值成显著正相关。3、干法与湿法制备工艺对阳离子淀粉理化特性的影响有明显差异。取代度在0.05以下的干法和湿法阳离子淀粉,反应主要发生在非结晶区,取代度高于0.05以后,随着取代度增大,阳离子化反应有侵蚀结晶区的趋势。干、湿法工艺相比,干法工艺对淀粉双螺旋结构的破坏更大,对淀粉颗粒形态的破坏程度更重,而湿法工艺对支链淀粉的降解作用更明显。干法阳离子淀粉的峰粘度高于湿法样品,糊化温度明显低于湿法样品。4、制备方法对阳离子淀粉取代基团分布有显著的影响。不同工艺制备的相同取代度的样品中,取代基团在直链及支链淀粉上的分布都是不均匀的,且随着取代度的提高,簇状集中分布的趋势更明显,取代基团在直链淀粉上的分布密度大于支链淀粉。干法高温短时工艺使取代基团趋向于在非还原端(淀粉颗粒表层)及支链淀粉分支点处分布,低温长时工艺使取代基团趋向于在支链淀粉的内链分布;湿法样品中取代基团较干法的更易攻击支链淀粉的分支区域;异丙醇作为介质干法样品使取代基团的位置更加分散且倾向于分布在支链淀粉侧链末端,而以水为介质的干法样品取代基团更靠近支链的分支点处。不同制备工艺的阳离子淀粉取代基团分布的不均匀程度为:超声湿法>微波干法>干法。取代基团在阳离子淀粉非结晶区分布的集中程度为:湿法>干法;低温长时>高温短时;湿法>超声湿法;干法>微波干法。5、制备方法、取代基团分布及阳离子淀粉理化特性的关系为:湿法工艺使取代基团分布呈现非结晶区的集中取代模式,此模式导致了支链淀粉的大量降解,最终造成阳离子淀粉较低的糊液峰值粘度及糊化温度,较高的粘度稳定性;干法工艺使取代基团分布呈现分散取代模式,这种取代模式的阳离子淀粉分子降解较少,产品糊液峰值粘度及糊化温度相对较高,粘度稳定性降低。