多孔淀粉的制備研究

黃鳳岐，韓雪梅，湯曼曼，張?jiān)露?/p>

（1.天津市天驕化工有限公司，天津300400；2.天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，天津300457）

多孔淀粉是指用物理、 機(jī)械或生物方法在低于淀粉糊化溫度下水解各種生淀粉形成的一種中空的新型淀粉[1]。 與原淀粉相比較，多孔淀粉具有較大的比表面積，較小的堆積密度，良好的吸油、吸水性，分散在水和其他溶劑中能保持明顯的結(jié)構(gòu)完整性，因而被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域。

目前，制備多孔淀粉的方法[2-7]主要有機(jī)械方法（機(jī)械撞擊）、物理方法（超聲波照射）、生化方法（酸水解、酶水解）。前兩種方法由于對設(shè)備和成本要求較高不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，因而目前多孔淀粉的制備主要使用酸水解和酶水解方法。 本實(shí)驗(yàn)以玉米淀粉為原料，采用酸水解法制備多孔淀粉，以期將所得產(chǎn)品作為吸油材料，用于海上石油泄漏的處理。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料與儀器

原料：玉米淀粉，工業(yè)品，河北海玉食品有限責(zé)任公司；鹽酸，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；大豆油，食品級，山東魯花集團(tuán)有限公司。

實(shí)驗(yàn)儀器：萬能研究顯微鏡，日本OLYMPUS公司；高剪切乳化分散機(jī)，上海弗魯克機(jī)電設(shè)備有限公司。

1.2 玉米多孔淀粉的制備

稱取17 g 玉米淀粉置于三口燒瓶中，加入33 mL 濃度為10%的鹽酸，配制成50 mL 的淀粉乳濁液，在40℃恒溫水浴中加熱，攪拌，反應(yīng)10 h。向反應(yīng)液加入飽和NaOH 溶液，中和其中的鹽酸，再用自來水洗滌2 次，除去溶液中的NaCl和NaOH。 真空抽濾產(chǎn)物，將濾餅置于50 ℃恒溫干燥箱中烘干。

1.3 玉米多孔淀粉吸油率的測定

測定方法：稱取1 g 多孔淀粉，與10 mL 的大豆油充分混合（用恒溫磁力攪拌器攪拌90 min），將之轉(zhuǎn)移至離心管中，用離心機(jī)在速度為2000 r／min 下離心分離30 min，把上層的大豆油倒入回收裝置中，最后稱取沉淀的質(zhì)量。

吸油率的計(jì)算：

其中：

m0——吸油后樣品與離心管的總質(zhì)量（g）；

m1——樣品質(zhì)量（g）；

m2——離心管的質(zhì)量（g）。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽酸濃度對玉米多孔淀粉吸油率的影響

在反應(yīng)溫度為40 ℃，反應(yīng)時(shí)間為10 h 的條件下，考察不同濃度的鹽酸對玉米多孔淀粉吸油率的影響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 鹽酸濃度對玉米多孔淀粉吸油率的影響

由表1 可知：反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間一定，鹽酸濃度為10%時(shí)，玉米多孔淀粉的吸油率最高。 因此，制備玉米多孔淀粉的最佳鹽酸濃度為10%。

隨著鹽酸濃度的增加，產(chǎn)物吸油率先上升后下降。 當(dāng)鹽酸濃度為10%時(shí)，產(chǎn)品的吸油率最高，表明在此鹽酸濃度條件下，玉米淀粉成孔更好。 當(dāng)鹽酸濃度大于10%時(shí)，吸油率迅速下降，由于鹽酸濃度過大，淀粉整體結(jié)構(gòu)被破壞，無法成孔。

2.2 反應(yīng)溫度對玉米多孔淀粉吸油率的影響

在鹽酸濃度為10%、 反應(yīng)時(shí)間為10 h 的條件下，考察不同反應(yīng)溫度對玉米多孔淀粉吸油率的影響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 反應(yīng)溫度對玉米多孔淀粉吸油率的影響

由表2 可知：鹽酸濃度、反應(yīng)時(shí)間為定值，反應(yīng)溫度為40 ℃，玉米多孔淀粉的吸油率最高。 因此，制備玉米多孔淀粉的最佳反應(yīng)溫度為40 ℃。

隨著溫度的升高，產(chǎn)物吸油率先上升后下降，在40 ℃達(dá)到最大。 當(dāng)溫度較低時(shí)，鹽酸的催化效果不明顯，而溫度過高時(shí)，淀粉則發(fā)生糊化變性，無法成孔。

2.3 反應(yīng)時(shí)間對玉米多孔淀粉吸油率的影響

在鹽酸濃度為10%、 反應(yīng)溫度為40 ℃的條件下，考察不同反應(yīng)時(shí)間對玉米多孔淀粉吸油率的影響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)時(shí)間對玉米多孔淀粉吸油率的影響

由表3 可知：鹽酸濃度、反應(yīng)溫度為定值，反應(yīng)時(shí)間為10 h 時(shí)，玉米多孔淀粉的吸油率最高。因此，制備玉米多孔淀粉的最佳反應(yīng)時(shí)間為10 h。

產(chǎn)品的吸油率隨著反應(yīng)時(shí)間的延長而增加，反應(yīng)12 h 后吸油率變化幅度不大。這可能是由于先反應(yīng)的是淀粉顆粒中無定形區(qū)域的支鏈淀粉，其結(jié)構(gòu)松散，在鹽酸的作用下反應(yīng)較快，隨時(shí)間的變化性較強(qiáng)。當(dāng)非結(jié)晶區(qū)域反應(yīng)完成以后，繼續(xù)反應(yīng)結(jié)晶區(qū)的直鏈淀粉和支鏈淀粉，而結(jié)晶區(qū)的直鏈淀粉結(jié)構(gòu)緊密，具有耐鹽酸催化的特性，因而反應(yīng)時(shí)間較長，吸油率變化幅度不大。

2.4 優(yōu)化條件下的重復(fù)試驗(yàn)

在多孔淀粉優(yōu)化的制備條件下，即HCl 濃度為10%，反應(yīng)溫度為40 ℃，反應(yīng)時(shí)間為10 h，進(jìn)行了多次重復(fù)試驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 優(yōu)化條件下的重復(fù)試驗(yàn)

由表4 計(jì)算可知，在多孔淀粉優(yōu)化的制備條件下，即HCl 濃度為10%，反應(yīng)溫度為40 ℃，反應(yīng)時(shí)間為10 h 時(shí)，多孔淀粉平均吸油率在107%左右。

2.5 掃描電鏡（SEM）分析

圖1 原淀粉的電鏡照片

圖2 最佳條件下多孔淀粉的電鏡照片

由圖1 和圖2 對比可以看出，在多孔淀粉最佳制備條件下，即HCl 濃度為10%，反應(yīng)溫度為40 ℃，反應(yīng)時(shí)間為10 h，所制備的多孔淀粉表面呈稀疏的孔狀，說明此種制備方法可行。

3 結(jié)論

關(guān)于多孔淀粉的制備工藝，探究了多孔淀粉的優(yōu)化制備條件，即HCl 濃度為10%，反應(yīng)溫度為40 ℃，反應(yīng)時(shí)間為10 h，結(jié)果產(chǎn)物平均吸油率在107%左右。 掃描電鏡照片顯示，產(chǎn)物確為多孔淀粉，表明此制備方法有一定的可行性。

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