碱/盐处理对木薯淀粉结构的影响

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作为继纤维素之后的第二大天然多糖类高分子化合物,淀粉具有资源丰富、价格低廉、可再生以及可生物降解等优点,因此其被广泛应用于食品、化工以及医药等领域。但由于淀粉结构是以氢键为主的半结晶,从而导致其冷水可溶性、生物相容性等较差,进而限制了淀粉的发展。因此,为扩大淀粉的应用范围,本研究以木薯淀粉为原料,以90%乙醇为溶剂,采用碱/盐对其结构进行处理,并利用偏振光显微镜、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、X-射线衍射、同步热分析仪、红外光谱、紫外可见光谱、拉曼光谱以及核磁共振13C谱对处理前后木薯淀粉的结构进行表征。同时还对处理前后的样品中的直链淀粉和还原糖含量进行测定。其主要研究内容与结果如下:先利用不同浓度的氢氧化钠醇溶液在120℃下处理原木薯淀粉4h。结果表明:通过调节氢氧化钠浓度在维持淀粉颗粒的完整性的同时可使淀粉的相对结晶度由原淀粉的25.56%降至17.90%。随着氢氧化钠浓度由0.25 mol/L增大到1.25 mol/L,淀粉颗粒的偏振光十字从内到外逐渐消失,并且X-射线衍射角按17.16、23.04、15.08到17.83°的顺序逐渐消失。此外,红外光谱显示,处理淀粉的1645 cm-1处的峰移动至1600 cm-1,而3424、2929、1645以及1017 cm-1处的峰的强度变弱。说明不同浓度的氢氧化钠对淀粉结构具有明显作用。为进一步了解不同碱处理对木薯淀粉结构影响的差异性,文中在同一反应条件下,利用浓度为0.2 mol/L的不同碱(氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷和氢氧化铯)对木薯淀粉进行处理。结果表明:不同碱处理均不影响木薯淀粉颗粒形貌的完整性。红外结果显示没有产生新的官能团,但处理木薯淀粉在3412 cm-1处的峰向高波数方向移动,且其强度均小于原木薯淀粉。此外,随着碱金属元素所在周期的增大,碱处理对木薯淀粉内部结构的破坏明显增强,木薯淀粉的晶型发生变化,其相对结晶度由原来的22.03%降至15.07%,淀粉颗粒中直链淀粉含量由22.30%逐渐降低至16.51%。所有处理样品中的总还原糖含量均高于原木薯淀粉。综上可知,不同碱/醇溶液处理对木薯淀粉结构的影响表现出明显的差异。为了解盐是否对木薯淀粉的结构也具有类似碱的作用,文中继续利用氯化锂、硝酸锂、氯化钙和硝酸钙四种盐醇溶液在同一反应条件下处理木薯淀粉。结果表明:虽然处理后的淀粉仍维持其颗粒完整性,但其内部结构受到严重破坏。处理淀粉的晶型未受到破坏,但其相对结晶度按硝酸锂、氯化锂、硝酸钙到氯化钙的顺序依次降低。同时,盐处理使淀粉在3424 cm-1和1645 cm-1处的红外峰向低波数方向移动。此外,与原淀粉相比,除硝酸锂处理的淀粉的直链淀粉含量增高外,其余的样品均降低。而处理淀粉失水后的分解温度均低于原木薯淀粉,其降低顺序与其相对结晶度降低顺序相符。综上可知,在乙醇溶液中,不同盐对木薯淀粉结构的影响存在明显的差异性,而且不同盐作用的强弱顺序为:氯化钙>硝酸钙>氯化锂>硝酸锂。在研究盐对木薯淀粉结构的影响时,发现与其它盐处理相比,三氯化铁处理对木薯淀粉晶型的影响表现出明显的差异。因此,本文又系统研究不同浓度三氯化铁处理对木薯淀粉结构的影响,并对其机理进行探讨。结果表明:随着三氯化铁浓度的增加,木薯淀粉的形态受到破坏,其晶型由A型转变为A+V型,在281 nm处出现了新的UV吸收峰,该峰在3424 cm-1和1642 cm-1处的FTIR移至较低的波数,在476 cm-1处的LCM-拉曼谱带的半峰全宽从19.86 cm-1增加到23.40cm-1。三氯化铁处理淀粉在19.0、56.5、79.8、77.2以及70.4 ppm处出现新的化学位移。综上所述,氯化铁处理对木薯淀粉的结构有重要影响,其作用机理是将淀粉水解。
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