高压均质对绿豆淀粉机械力化学效应的影响
2018-09-07 08:26:41
机械力化学是研究在给固体物质施加机械能量时固体形态、晶体结构等发生变化并诱导物理、化学变化的一门学科，实质上是把机械力的能量(高压、剪切、碾轧、摩擦等)转化为化学能的过程。在机械力作用下固体物质会发生结晶度降低、晶型转变、颗粒形态改变等变化，机械力对晶体物质作用过程通常分为三个阶段:受力阶段、聚集阶段、团聚阶段。国内外对机械力化学研究主要集中在晶体材料方面，如POLIKARPOVE等研究了球磨及热处理对MnBi粉末磁学性质的影响;KONDOK等研究高剪切力对制药晶体材料的影响机理。而淀粉作为一种多晶型材料，研究较少。目前研究结果表明，高压微射流、球磨等处理可明显破坏淀粉结构，刘斌等采用混合液态载体研究高压微射流均质玉米淀粉的微细化效果，结果显示二元组分载料介质具有更强的冲击作用;JIRARATA研究干磨和湿磨可破坏米粉凝胶等理化特性;但对此变化发生的化学机理研究不够清晰。
本研究利用高压均质对物料可产生强烈的撞击、振荡、剪切和气穴等机械力作用，以绿豆淀粉为原料，通过偏光显微镜(polarizing microscope，PLM)、激光共聚焦显微镜(confocal laser scanning microscopy，CLSM)、扫描电镜(scanning electron microscope，SEM)、快速黏性分析仪(rapid visco analyser，RVA)、差示扫描量热仪(differential scanning calorimetry，DSC)等手段研究高压均质对绿豆淀粉理化性质及微观结构影响，并揭示高压均质对淀粉颗粒的机械力化学效应，为研究淀粉化学活性及生产高性能变性淀粉提供理论支撑。
原料及仪器
Nicolet is5傅立叶变换红外光谱仪，美国热电尼高力公司;RVA-Eritm黏度分析仪，瑞典波通仪器公司;D8 ADVANCE型X射线衍射仪，德国BRUKERAXS有限公司;T6 新世纪紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司;B-383POL 热台偏光显微镜，意大利康帕斯公司;QUANTA FEG250扫描电子显微镜，美国FEI公司。微射流高压均质机Nano DeBEE45-2（美国BEE公司）。
绿豆淀粉:山东诸城兴贸绿豆开发有限公司;8-氨基芘基-1，3，6三磺酸三钠盐(8-Aminopyrene-1，3，6-trisulfonic acid，trisodium salt，APTS):美国sigmaaldrich公司。
试验方法
高压均质淀粉的制备：取200g绿豆淀粉(干基)，配成20%的淀粉乳，搅拌均匀，于160MPa下分别均质1、3、5、7 次，干燥，研磨至粉状，密封备用。
称取9g绿豆淀粉于烧杯中，配成质量分数为2.0%的淀粉乳，85℃水浴糊化30min，离心。将上清液倾出于已恒重烧杯中，称量并记录，然后烘干至恒重，称其质量为溶解的淀粉质量A，称取离心后沉淀物质量为膨胀淀粉质量P，计算水溶指数和膨胀度。
采用LS-POF激光粒度分析仪测定淀粉的粒径分布。将绿豆淀粉悬浮于去离子水中，将待测液倒入样品池中声波分散20s后测定。根据激光衍射法进行自动分析，得粒径分布图和平均粒径数据，每个样品重复4次。
试验结果
研究结果表明，高压均质对绿豆淀粉产生了显著机械力化学效应: 绿豆淀粉颗粒刚性很强，但由于绿豆淀粉颗粒内部“elongated hilum region”结构疏松且存在孔道结构，经高压均质处理1～3次后淀粉颗粒首先表现为孔道模糊(受力阶段);当均质5次时无定形区和部分结晶区破坏，同时淀粉颗粒内部破坏的无定形区和结晶区聚集成一些小的类似球状“aggregation”刚性结构，使颗粒表面球状凸起增多(聚集阶段) ; 而高压均质7次时，由于淀粉结晶结构刚性破坏导致“aggregation”结构破坏，同时结晶区支链淀粉与部分直链淀粉团聚导致颗粒内部结构变得均匀，生长环破坏(团聚阶段)。由于高压均质处理破坏了绿豆淀粉颗粒结构，所以该机械力作用对淀粉理化性质产生显著影响。
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