沈晓亮，钱 程，王继虎 *，安敏芳，唐忠锋

（1.上海工程技术大学 化学化工学院，上海 201620；2.中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800）

微孔淀粉是在一定的条件下，通过不同的方法处理原淀粉后得到的一种多孔状结构淀粉，具有较强的吸附能力，可以用作药物、香精香料等材料的载体[1]。目前，制备微孔淀粉的方法主要有物理法、机械法和生化法[2]，其中生化法中的酸水解法[3-5]和酶水解法[6-8]应用最为广泛。微孔淀粉由于孔洞较多，部分物理机械性能会有所下降。

为了提高微孔淀粉的稳定性能，可以对微孔淀粉进行交联处理。交联淀粉指淀粉在碱性条件下，利用交联剂和淀粉表面的羟基进行化学反应，使得淀粉大分子之间形成交联键，从而提高原淀粉的剪切稳定性、颗粒稳定性、黏度稳定性、耐酸碱性、冻融稳定性，增加糊化的温度。将原淀粉经过先微孔化后交联或者先交联后微孔化两步处理后，可以得到交联微孔淀粉[9-10]。

交联微孔淀粉作为一种高效、无毒、安全吸附剂被广泛应用于食品、医药卫生、农业、化工等行业[11-12]。本实验以三氯氧磷（POCl3）为交联剂，木薯淀粉为原淀粉，复合酶条件下，采用一次交联微孔法和两次交联微孔法，制备了交联微孔淀粉，考察了其性能。目的是寻找更加高效的工艺，提高交联微孔淀粉的稳定性能，增加吸附性能，可以扩大交联微孔淀粉的使用范围。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

木薯淀粉（食品级）：上海大浩淀粉有限公司；糖化酶（酶活力≥4 000 U/g）、α-淀粉酶（酶活力≥4 000 U/g）：上海楷洋生物技术有限公司；氯化钠、无水乙酸钠、无水硫酸钠、氢氧化钠、冰醋酸、盐酸、三氯氧磷（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；金龙食用调和油：市售。

1.2 仪器与设备

JB200-D型强力电动搅拌机：上海标本模型厂；W-O 201型恒温油水浴锅、DHG-9025A型鼓风干燥箱、SHZ-D III型循环水真空泵：上海大研仪器有限公司；QF-101S集热式磁力搅拌器：河南省巩义市英峪仪器厂；GL21M高速冷冻离心机：长沙湘智离心机仪器有限公司；Tranpferpette-S型移液枪：德国Brand公司；X’Pert PRO型X射线衍射仪：日本Rigaku公司；S-3400N型扫描电镜分析仪：日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 交联淀粉的制备

原淀粉在110 ℃烘箱中烘2 h，得到干淀粉。取200 g干淀粉，置于1 000 mL烧杯中，加入一定量的蒸馏水，配成质量分数为30%的淀粉乳，45 ℃水浴锅中预热10 min，同时搅拌。用12 mol/L的NaOH调节pH=11，同时添加干淀粉质量2.5%的无水Na2SO4和干淀粉质量5%的NaCl。缓慢加入一定量的交联剂POCl3，保持体系pH=11。交联反应一定时间后，用1 mol/L的HCl调节pH=6.7，终止反应。将悬浮液离心，蒸馏水多次洗涤抽滤后，烘干得到交联淀粉。

1.3.2 交联微孔淀粉的制备

称取100 g上述交联淀粉，置于1 000 mL烧杯中，加入的醋酸钠缓冲液（pH 5）500 mL，于50 ℃的水浴锅中预热20 min，同时搅拌。用缓冲液配成复合酶液（α-淀粉酶和糖化酶，比例1∶3），转移到淀粉悬浮液中，并用1 mol/L的HCl调节pH=5.0，微孔反应一定时间后终止反应。将悬浮液洗涤抽滤多次后，将所得淀粉置于干烘箱中干燥至质量恒定，即得一次法交联微孔淀粉。

两次法是将一次交联微孔淀粉重复1.3.1和1.3.2的步骤。一次法交联微孔：交联时间2 h，微孔时间4 h。两次法交联微孔：第一次交联时间1 h，微孔时间2 h；第二次交联时间1 h，微孔时间2 h。交联剂用量分别为0.1 μL/g、0.2 μL/g、0.4 μL/g、0.6 μL/g、0.8 μL/g。其中两次交联法的POCl3用量与比例见表1。

表1 POCl3的用量与交联微孔次数Table 1 Dosage of POCl3and crosslinked microporous number

1.3.3 交联微孔淀粉的性能测定

（1）吸水率和吸油率的测定

称取10 g的交联微孔淀粉，25 ℃下与过量的油（水）混合搅拌30 min后，采用G2砂芯漏斗抽滤，直至没有油（水）滴滴下。根据淀粉吸油（水）前后质量，计算微孔淀粉的吸油（水）率。吸水率与吸油率的计算公式如下：

式中：Q表示吸油（水）率，%；W0表示干基交联微孔淀粉的质量，g；W1表示干基交联微孔淀粉吸油（水）后的质量，g。

（2）交联微孔淀粉的结晶结构的测定

采用X’Pert PRO型X射线衍射仪分析原淀粉和交联微孔淀粉的晶型结构，计算结晶度。测试条件：电压40 kV，电流40 mA，扫描速度5°/min，测试角5～50°。

（3）交联微孔淀粉的形貌表征

采用S-3400N型扫描电子显微镜观察原淀粉和交联微孔淀粉的表面形貌。测试条件：用导电双面胶将淀粉粉末固定在金属样品平台上，在真空中喷涂钯金后，置于电子扫描显微镜中以15 kV电子束观察。

（4）结晶度的测定方法

依照参考文献[13-16]，通过MDI Jade 软件处理XRD图谱，计算淀粉的结晶度（%）。

2 结果与分析

2.1 交联微孔淀粉的吸附性能

不同添加量的POCl3，采用一次法和两次法制备的交联微孔淀粉进行吸水率、吸油率测试，结果如图1所示。

图1 POCl3添加量对交联微孔淀粉的吸水率(A)和吸油率(B)的影响Fig.1 Effect of POCl3addition on water absorption rate (A) and oil absorption rate (B) of crosslinked microporous starch

由图1可知，随着交联剂用量的增加，交联微孔淀粉的吸水率和吸油率呈先上升后下降的趋势。当POCl3的用量为0.4 μL/g时，交联微孔淀粉的吸水率和吸油率最大。两次法制备的交联微孔淀粉的吸水率和吸油率明显高于一次法，当POCl3的用量为0.4 μL/g时，两次法交联微孔淀粉的吸水率和吸油率比一次法分别增加了9.22%和10.43%。当交联剂添加量较低时，淀粉交联度不高，硬度低，易于微孔，但孔洞容易塌陷，吸附能力低。当交联剂加入量高时，淀粉交联度高，硬度高，不易微孔，从而限制了微孔淀粉的吸附能力。采用两次法制备交联微孔，是在一次法的基础上再进行一次交联微孔处理，两种方法的交联剂用量和交联微孔总时间相等。采用两次法的优点在于第一次交联时，加入部分交联剂，使得淀粉交联度不至于过高，进行微孔就比较容易，微孔时间是总微孔时间的一半，孔洞不易塌陷。综合可知，两次法制备的交联微孔淀粉吸附能力得到了很大提升。

2.2 交联微孔淀粉的结晶性能

采用X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）考察原淀粉、一次法和两次法制备性能最佳的交联微孔淀粉的晶型结构，实验结果如图2所示。

图2 原淀粉和交联微孔淀粉XRD图Fig.2 XRD patterns of natural and crosslinked microporous starch

由图2可知，原淀粉、一次法和两次法制备的交联微孔淀粉2θ分别在18.17°、17.94°和17.82°出现最强的峰，在23.21°、22.93°和22.89°出现中等强度的峰，在15.23°、14.96°和15.00°出现最弱的峰。原淀粉属于典型的A型图谱，制备的交联微孔淀粉仍保留了典型的A型图谱特征，只是峰的强度和位置发生了偏移。

通过MDI Jade 软件处理XRD图谱，计算淀粉的结晶度，实验结果如表2所示。

交联微孔淀粉制备过程中的交联处理使淀粉的结晶度上升，但微孔处理使淀粉部分被分解，淀粉分子链变短，变得更杂乱，从而使结晶度下降。从表2可知，交联微孔淀粉的结晶度均比原淀粉的结晶度低，两次法制备的交联微孔淀粉结晶度下降的程度明显高于一次法，主要原因是两次法制备的交联微孔淀粉的微孔程度要比一次法的高。

表2 原淀粉和交联微孔淀粉的结晶度Table 2 Crystallinity of natural and crosslinked microporous starch

2.3 交联微孔淀粉的表面形貌

采用SEM观察原淀粉、一次法和两次法制备性能最佳的交联微孔淀粉的表面形貌，实验结果如图3所示。

图3 原淀粉和交联微孔淀粉的SEMFig.3 SEM images of natural and crosslinked microporous starch

由图3可见，原淀粉颗粒呈圆形，颗粒表面相对平滑。与原淀粉相比，交联微孔淀粉形貌发生了明显的变化，表面出现了蜂窝状结构，同时出现部分塌陷，形成浅坑状。与一次法相比，经过两次法制备的交联微孔淀粉，表面蜂窝较多，塌陷明显，说明交联微孔化程度高。

3 结论

和原淀粉相比，交联微孔淀粉的吸附能力得到了提高，两次法制备的交联微孔淀粉吸附能力明显高于一次法。与一次法相比，当POCl3用量为0.4 μL/g时，二次法的吸水率和吸油率的增幅分别为9.22%和10.43%。与原淀粉相比，交联微孔淀粉结晶度下降，两次法制备的交联微孔结晶度比一次法进一步降低。交联微孔法淀粉表面有较孔洞，存在少量塌陷，其中两次法制备的交联微孔淀粉比一次法的微孔化程度高。

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