不同直鏈含量高直鏈玉米淀粉糊化特性的研究

0引言玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，在諸多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用，如：電子材料、建筑工業(yè)、石油化工、交通運(yùn)輸、發(fā)電設(shè)備、汽車制造、生物、國(guó)防工業(yè)和航空航天等。玻璃纖維生產(chǎn)過程中需要涂覆玻璃纖維浸潤(rùn)劑，其是決定玻璃纖維生產(chǎn)水平和品質(zhì)的關(guān)鍵。淀粉型玻璃纖維浸潤(rùn)劑是以淀粉為主要成膜劑的浸潤(rùn)劑，高直鏈玉米淀粉無毒無害，對(duì)玻纖有良好的黏附性，成膜性能優(yōu)異。制備玻璃纖維浸潤(rùn)成膜劑，需要對(duì)淀粉進(jìn)行糊化，因此研究高直鏈玉米淀粉的糊化特性勢(shì)在必行。淀粉的糊化影響玉米淀粉的增稠、凝沉以及穩(wěn)定劑作用，糊化在影響淀粉質(zhì)量方面不可忽視。直鏈淀粉往往會(huì)與脂質(zhì)結(jié)合，阻礙淀粉糊化的進(jìn)行，因此直鏈含量對(duì)糊化起著至關(guān)重要的作用。目前，有關(guān)直鏈淀粉含量對(duì)淀粉糊化性質(zhì)方面的研究報(bào)道鮮有耳聞。本文使用DSC對(duì)玉米淀粉進(jìn)行糊化測(cè)定，確定糊化的升溫速率和水分含量的最適宜條件，其后使用該條件對(duì)五種國(guó)內(nèi)外高直鏈玉米淀粉進(jìn)行測(cè)定，從熱力學(xué)角度來探討不同直鏈含量對(duì)玉米淀粉糊化特性的影響及國(guó)內(nèi)外淀粉糊化特性的差異，從而為今后制備玻璃纖維浸潤(rùn)成膜劑提供有效理論依據(jù)。1實(shí)驗(yàn)部分（1）材料五種高直鏈玉米淀粉含量見表1。表1五種不同直鏈含量淀粉（2）實(shí)驗(yàn)方法樣品的制備。準(zhǔn)確稱取NF-CG150型高直鏈玉米淀粉6.00mg于進(jìn)口液體鋁坩堝，吸取去離子水于坩堝中，靜置24h，充分混合，制備成不同含水量的玉米淀粉溶液，再利用標(biāo)準(zhǔn)壓樣機(jī)將進(jìn)口液體鋁坩堝進(jìn)行密封，對(duì)照試驗(yàn)使用進(jìn)口空液體坩堝，每個(gè)樣品做三次平行實(shí)驗(yàn)。按照以上樣品制備步驟，加入9.0

μL的去離子水，制備60%水分含量的淀粉溶液，溫度范圍為20～130℃，升溫速率為5、10、15℃/min，分別做三次平行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)玉米淀粉的糊化溫度和熱焓變值為評(píng)判依據(jù)，進(jìn)而來確定適宜升溫速率。根據(jù)以上樣品制備步驟，使用移液槍分別吸取4.0、6.0、9.0、14.0、24.0

μL的去離子水置于坩堝中，制備成水分含量分別為40%、50%、60%、70%、80%的淀粉溶液，根據(jù)以上確定的升溫速率，分別做三次平行試驗(yàn)，根據(jù)玉米淀粉的糊化溫度和熱焓變值為評(píng)判依據(jù)，確定適宜水分含量。2

結(jié)果與討論（1）DSC法測(cè)定玉米淀粉糊化條件選擇升溫速率對(duì)玉米淀粉糊化的影響。當(dāng)DSC由20℃掃描至130℃過程中，淀粉被持續(xù)加熱時(shí)，引起淀粉顆粒內(nèi)部氫鍵斷裂，之后與水分子形成氫鍵，顆粒吸水發(fā)生膨脹效應(yīng)，分子并隨之游離到顆粒外部，淀粉黏度逐漸上升，最終以乳白色的淀粉糊存在。此過程伴隨著能量的變化，DSC分析圖譜以由上而下的吸熱曲線呈現(xiàn)。圖1是三種不同升溫速率下測(cè)定玉米淀粉糊化的吸熱曲線。圖1三種升溫速率下的淀粉糊化圖譜從圖1可以得出，隨著溫度的升高，其峰型更加明顯，更加尖銳。5℃/min和10℃/min變化尤為明顯，而15℃/min較10℃/min在糊化峰值溫度之前有一個(gè)起伏峰，該現(xiàn)象是由于升溫速率過快導(dǎo)致。TAUniversalAnalysis軟件分析，可以得出淀粉糊化的起始溫度T0、峰值溫度Tp、結(jié)束溫度Tc、熱焓變值?H。T0是晶體結(jié)構(gòu)開始破壞時(shí)的溫度，表征淀粉晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；Tp反映淀粉粒結(jié)構(gòu)破壞過程中吸熱最快時(shí)溫度；Tc為淀粉粒完全破壞時(shí)的溫度；?H為破壞淀粉顆粒所吸收的熱能。將不同升溫速率下玉米淀粉糊化的T0、Tp、Tc、?H列于表2。表2三種升溫速率下淀粉的糊化特征參數(shù)由表2可知，水分含量確定下，隨著升溫速率的增高，其峰值溫度和起始溫度都逐漸增長(zhǎng)，熱焓變值則先增加后減小，10℃/min時(shí)其熱焓變值最大，說明升溫速率過快或者過慢都會(huì)影響到淀粉糊化程度，導(dǎo)致淀粉糊化不完全；糊化結(jié)束溫度同樣是10℃時(shí)最大。綜上所得，玉米淀粉糊化最適宜升溫速率為10℃/min。不同水分含量玉米淀粉糊化特性。圖2為不同水分含量玉米淀粉糊化的吸熱曲線。由圖2可知，隨著水分含量的增加，峰型更加明顯，峰面積也更大。40%含水量玉米淀粉峰面積明顯比50%水分含量的小，水分含量在50%和60%之間變化不明顯，水分含量70%與水分含量在80%時(shí)相比，70%水分含量的峰型更尖銳。使用TAUniversalAnalysis軟件分析，將不同水分含量的玉米淀粉糊化T0、Tp、Tc、?H列于表3。圖2不同水分含量玉米淀粉的糊化圖譜表3不同水分含量下的淀粉糊化特征參數(shù)由表3可知，隨著水分含量的增加，起始溫度、峰值溫度變化微乎其微，結(jié)束溫度和熱焓變值大體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。水分含量為50%較40%時(shí)，糊化熱焓變值升高程度較大，水分含量在升高到60%時(shí)，熱焓變值變化不明顯，但仍然呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。當(dāng)水分含量較低時(shí)，淀粉糊化由于不能吸收足夠的水分，而引起氫鍵斷裂不完全，吸水膨脹不足，即為淀粉沒有糊化完全。水分含量增加，淀粉顆粒吸水膨脹程度越完全，水分含量為70%時(shí)，淀粉已基本糊化完全，吸熱峰也變得相對(duì)更加平穩(wěn)；80%時(shí)糊化更加徹底，但由于坩堝較小，導(dǎo)致水量過多，糊化過程時(shí)會(huì)將坩堝沖鼓，會(huì)一定程度地影響實(shí)驗(yàn)。因此，當(dāng)玉米淀粉水分含量達(dá)到70%時(shí)，玉米淀粉基本糊化完全，其糊化的起始溫度約為69.40℃，峰值溫度約為75.40℃，結(jié)束溫度約為95.87℃，其熱焓變值約為14.63J/g。因此，確定玉米糊化的最適宜水分含量為70%。（2）不同直鏈含量玉米淀粉糊化特性使用TAUniversalAnalysis軟件分析，將五種不同直鏈含量玉米淀粉糊化的T0、Tp、Tc、?H列于表4。表4五種不同直鏈含量玉米淀粉糊化特征參數(shù)表4為國(guó)內(nèi)外五種不同直鏈含量玉米淀粉的糊化特征參數(shù)，由表4特征參數(shù)可得，隨著直鏈含量的增加，起始溫度幾乎無太大差別，峰值溫度和結(jié)束溫度整體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，熱焓變值呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。前四種淀粉的糊化起始溫度基本都在68℃左右，只有NF-G270的起始溫度不穩(wěn)定，出現(xiàn)反常，原因在于該淀粉的直鏈含量較高，將其分子結(jié)構(gòu)破壞較難，其糊化過程也較不穩(wěn)定。進(jìn)口55%直鏈含量較國(guó)產(chǎn)53%直鏈含量的糊化范圍更寬，峰值、結(jié)束溫度差別較大；進(jìn)口68%直鏈含量較55%直鏈含量的峰值溫度和熱焓變值之間差距較大，導(dǎo)致其糊化特性參數(shù)差距較大，其他幾類淀粉之間直鏈含量差距較小，其糊化特性參數(shù)差距較小，因此直鏈含量對(duì)糊化特性的影響較顯著。該五類直鏈淀粉直鏈含量不同，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)也不近相同，那么其糊化特性也不同；支鏈淀粉對(duì)淀粉糊化起到促進(jìn)作用，但是直鏈淀粉會(huì)對(duì)支鏈淀粉起到“束縛”作用，在該束縛作用下，支鏈淀粉不能得到充分舒展，隨著直鏈淀粉含量的增加，此種“束縛”作用也會(huì)增大；直鏈淀粉往往會(huì)與脂質(zhì)結(jié)合阻礙淀粉的糊化程度。種種原因表明，直鏈含量對(duì)淀粉的糊化程度影響不可忽視，隨著直鏈淀粉的增加，糊化峰值溫度也會(huì)隨之增加，而熱焓變值減小，要破壞淀粉結(jié)構(gòu)需要吸收更多熱量，也越難以糊化。3

結(jié)論本文確立了DSC測(cè)定不同直鏈含量高直鏈玉米淀粉糊化的方法，最適宜的升溫速率和水分含量分別為10℃/min和70%。升溫速率在10℃/min時(shí)，DSC圖譜峰型更明顯以及其糊化熱焓變值更高，也說明在此時(shí)糊化程度更完全；隨著水分含量的增加玉米淀粉糊化熱焓變值越大，水分含量達(dá)到70%時(shí)，淀粉已經(jīng)基本糊化完全。在此測(cè)定條件下，通過DSC掃描分析，從熱力學(xué)的角度研究國(guó)內(nèi)外五種不同直鏈含量的高