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辛烯基琥珀酸淀粉鈉的合成及結(jié)構(gòu)表征研究進(jìn)展(一)

發(fā)布時間:2021-01-06 18:55 編輯者:周世紅

一、前言

淀粉是一種葡萄糖支化均聚物,具有α一(1→4)直鏈和β一(1→6)支鏈。如圖1所示,淀粉由兩種聚合物組成,分子量分布較寬:直鏈淀粉含有較少的長支鏈且分子量適中;而支鏈淀粉的支鏈短,其分子量約高兩個數(shù)量級。淀粉類產(chǎn)品對人體通常是安全的。作為食品添加劑,改性淀粉滿足了特殊的飲食需求,如純素食、清真、猶太潔食和無脂。天然淀粉在水中的溶解度有限,導(dǎo)致其在工業(yè)上的應(yīng)用也有限。為了提高溶解性,需要(i)結(jié)構(gòu)變化,即將淀粉水解成更小的分子,(ii)化學(xué)改性,如乙酸酯或辛烯基琥珀酸酐(OSA),如圖2所示。取代基團(tuán)通常與羥基發(fā)生反應(yīng),從而使淀粉具有理想的性質(zhì)。

c1

 

c2

雙親性淀粉改性思路來源于兩項專利,當(dāng)用OSA改性后,正常的親水性淀粉通過辛烯基的引入表現(xiàn)出疏水性(見圖2),故而OSA改性淀粉具有兩親性。兩親性聚合物具有廣泛的用途,特別是在乳化、封裝、薄膜、涂料和凝膠生產(chǎn)中。辛烯基琥珀酸淀粉鈉(OSA淀粉)已被用作多種食物成分的替代品,包括阿拉伯膠、脂肪和蛋白質(zhì)。事實上,OSA淀粉產(chǎn)品的應(yīng)用不限于食品行業(yè),其有望應(yīng)用到任何需要乳化劑的領(lǐng)域(包括原油開采和采礦領(lǐng)域)。

近年來,人們越來越關(guān)注OSA淀粉。本文綜述了OSA淀粉的合成方法和結(jié)構(gòu)表征方法。

二、 OSA淀粉的合成

1、常用淀粉來源

商業(yè)生產(chǎn)的OSA淀粉可以從生產(chǎn)商中購買。蠟質(zhì)玉米和普通玉米是商業(yè)OSA淀粉的主要來源。關(guān)于玉米淀粉的大部分文獻(xiàn)都指定了植物來源為蠟質(zhì)玉米,如圖3所示。在沒有指定品種的文獻(xiàn)中,只有3種指定了高直鏈淀粉,20%的文獻(xiàn)報告了淀粉原料是直鏈淀粉。其余文獻(xiàn)中的玉米淀粉也極有可能來源于蠟質(zhì)玉米。

c3

2、常用的合成方法

OSA淀粉是由淀粉羥基與辛烯基琥珀酸酐酯化反應(yīng)得到的(圖2)。常用的評價標(biāo)準(zhǔn)是取代度DS,它是每個淀粉分子單元中辛烯基琥珀酸酯(OS)的平均數(shù)。

最常見的合成方法是OSA和淀粉在溫和的堿性條件下反應(yīng)。該條件有助于減少淀粉分子鏈之間的氫鍵,從而有利于淀粉顆粒的膨脹以及OSA分子在淀粉顆粒內(nèi)擴(kuò)散。也可以直接在預(yù)成型淀粉薄膜上進(jìn)行OSA反應(yīng)。Zhou等人通過淀粉膜表面OSA改性制備了水敏感性低和表面疏水性強的玉米淀粉膜。Ren等人發(fā)現(xiàn)表面改性還顯著提高了淀粉薄膜的拉伸強度和楊氏模量。

由于反應(yīng)在非均質(zhì)條件下進(jìn)行,可以預(yù)料到(i)取代基分布不均勻;(ii)OS基團(tuán)更傾向于在顆粒表面。Bai等人通過傅里葉變換紅外光譜和拉曼共焦顯微鏡圖像證實了這一點。Huang等人用X射線電子能譜分析得出,OS基團(tuán)主要位于改性淀粉表面。

3、在水溶液中合成

在水溶液中,有多種方法優(yōu)化改性的反應(yīng)效率,Xu等人發(fā)現(xiàn)通過酶偶聯(lián)反應(yīng)技術(shù)可以大幅降低0SA改性時間。在給定的實驗條件和取代度目標(biāo)下,只使用0.6%的酶,反應(yīng)時間從幾小時下降到30min,這使得OSA淀粉在技術(shù)上可以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

使用機械力活化淀粉也可以提高反應(yīng)效率。Zhang等人用球磨機活化秈米淀粉50h,然后與OSA反應(yīng)(35℃,pH—8.5,15%淀粉,OSA添加量為淀粉的3%)。實驗結(jié)果表明,機械力顯著破壞了淀粉顆粒的晶體結(jié)構(gòu),淀粉結(jié)晶度從17.18%下降到1.05%,反應(yīng)效率由54.6%提高到90.4%。

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