醇水体系中V型颗粒态淀粉的形成机理及性质研究

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V型颗粒态淀粉(VGS)具有独特的V型单螺旋结构,在冷水中即可迅速溶胀成糊,通过醇水热处理改性得到的VGS颗粒形态完整、结晶度高,是潜在的优良微胶囊载体,但目前关于VGS的研究聚焦于冷水溶解性,关于其形成机理、糊液性质及包载能力少有涉及。因此,本课题首先研究了VGS在醇水体系中的形成机理,并在三种醇浓度下(50%、60%和70%乙醇)优化了VGS的制备条件,对比了三种最优VGS的理化性质,并用三种优化的VGS对单甘酯进行了包埋,研究结果如下:首先,采用差示扫描量热仪(DSC)研究了普通玉米淀粉(NMS)在不同浓度乙醇中的糊化规律,发现随着乙醇浓度的增加,淀粉的糊化焓值逐渐降低,当乙醇浓度为70%时,淀粉的糊化焓值消失,推测在此条件下淀粉的糊化和溶胀可能被完全抑制,最有可能形成颗粒形态完整的VGS。因此,选择在70%乙醇下进行放大反应,继续研究了在70%乙醇中NMS的颗粒形态、结晶结构、分子结构、乙醇残留以及冷糊黏度随反应温度的变化规律。结果表明:在70%乙醇中、80℃~160℃温度范围内,淀粉颗粒的溶胀被完全抑制,均可保持颗粒形态;随着反应温度的逐渐升高,淀粉的偏光十字逐渐消失,晶型从A型转变为V型,分子短程有序性逐渐降低,说明70%乙醇并非抑制了淀粉的糊化,而是在该条件下,淀粉双螺旋结构的熔融(吸热反应)和淀粉-乙醇V型结晶的形成(放热反应)同时发生,导致在DSC中无法观察到热流变化;当反应温度超过150℃时,淀粉分子开始降解;VGS的冷糊黏度在140℃达到峰值(1932.00 c P),同时发现冷糊黏度和V型结晶结晶度之间呈正相关关系。接着,分别以不含直链淀粉的蜡质玉米淀粉在70%乙醇下反应、以NMS在无醇水体系下反应为对照探究了直链淀粉以及乙醇在VGS形成过程中的作用,并考察了干燥前醇洗对VGS形成的影响。结果表明:不含直链淀粉的蜡质玉米淀粉经过醇水热改性后呈现无定形结构且颗粒形态消失,无法形成VGS;NMS无醇热改性后颗粒形态消失,但存在微弱的V型结晶结构,该V型结晶结构是干燥前乙醇洗涤时形成的;干燥前乙醇洗涤可以减少VGS颗粒间的团聚并增强了V型结晶的结晶度,乙醇洗涤后的VGS具有更完整的颗粒形态和更好的糊液性质。说明在VGS的形成过程中,一方面乙醇有助于抑制淀粉颗粒的溶胀,从而保持了淀粉颗粒的完整性,另一方面乙醇和直链淀粉形成了V型结晶。之后,以NMS为原料,分别在50%、60%和70%乙醇中制备了VGS,并以冷糊黏度和V型结晶结晶度为指标,优化了VGS的制备条件。结果表明:在50%、60%和70%乙醇中,V型结晶开始形成的温度分别为90℃、100℃和110℃,最优VGS的制备温度分别为100℃、130℃和140℃,最优淀粉浓度均为20%。50%、60%和70%乙醇中得到的最优VGS的冷糊黏度和V型结晶度分别为:2078.00 c P/24.88%,2507.33 c P/28.41%以及1932.00 c P/28.71%。另外,与NMS相比,三种最优VGS的吸水吸油率均显著提高,且易回生。50%乙醇浓度下形成的最优VGS(E50-100℃-20%)比表面积和孔容积较大,对油的吸附性能更好,70%乙醇浓度下形成的最优VGS(E70-140℃-20%)颗粒形态与原淀粉最接近,更易回生。最后,以三个醇浓度下得到的三个最优VGS为载体对单甘酯进行了包埋。以直链淀粉含量、V型结晶结晶度以及复合物的热力学性质(熔融焓值)为指标,比较了三个最优VGS在不同乙醇浓度、温度、时间以及包埋比例下对单甘酯包埋的差异,结果表明:三个最优VGS均可在室温下对单甘酯进行快速包埋;VGS主要通过形成V型复合物以及吸附作用对单甘酯进行包埋;E70-140℃-20%对单甘酯的包埋主要通过形成复合物的方式,对单甘酯的吸附作用较弱,E50-100℃-20%对单甘酯的包埋主要通过吸附的方式,形成复合物较少。
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