2種離子液體對木薯淀粉顆粒性質的影響*

羅志剛，李富麗

(華南理工大學輕工與食品學院，廣東 廣州，510640)

2種離子液體對木薯淀粉顆粒性質的影響*

羅志剛，李富麗

(華南理工大學輕工與食品學院，廣東 廣州，510640)

利用偏光顯微鏡，掃描電子顯微鏡對木薯淀粉在2種離子液體中顆粒性質的變化進行測定和分析。結果表明:木薯淀粉在2種離子液體中溶解后形成澄清透明的均相體系，在溶解過程中，淀粉偏光十字逐漸消失，淀粉顆粒形貌發(fā)生變化，形成了不規(guī)則塊狀顆粒。

木薯淀粉，離子液體，顆粒

淀粉是一種天然植物多糖，以顆粒形式廣泛存在于植物組織中，是人類主要的碳水化合物來源［1］。同時，淀粉以其獨特的結構和反應性使其可以通過修飾擁有更多、更好的性能，但是，溶解性問題一直是淀粉衍生化研究中存在的一個主要障礙，而離子液體以其優(yōu)良溶解性、強極性、不揮發(fā)、不氧化、對水和空氣穩(wěn)定等特點，則可以有效地改善淀粉的溶解性能［2］。David等曾考察了玉米，小麥，稻谷，馬鈴薯4種淀粉在離子液體氯化1-丁基-3-甲基-咪唑中的結構和性質變化［3］。本文考察了應用較多的木薯淀粉在2種離子液體中的顆粒性質變化，以期為離子液體在淀粉的工業(yè)化應用積累數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

木薯淀粉:泰華木薯淀粉;離子液體:氯化1-烯丙基-3-甲基-咪唑(［AMIM］CL)、氯化 1-丁基-3-甲基-咪唑(［BMIM］CL)，純度99%，上海成捷離子液體;無水乙醇:分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

圖1 氯化1-烯丙基-3-甲基-咪唑結構式

DZF－6050型真空干燥箱，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠;DF－101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限責任公司;QUANTA200掃描電子顯微鏡FEI，荷蘭;BX51偏光顯微鏡OLYMPUS，日本。

圖2 氯化1-丁基-3-甲基-咪唑結構式

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理

將木薯淀粉放入真空干燥箱中70℃，干燥24 h后備用。

1.2.2 薯淀粉在離子液體中的溶解

將干燥的木薯淀粉50 mg與離子液體［AMIM］CL(5 g)在90℃下，攪拌至溶液澄清透明后倒入玻璃小管中冷卻至室溫，另一種離子液體［BMIM］CL做相同處理。以去離子水為分散溶劑，相同條件下加熱30 min，作為對照。

1.2.3 淀粉在離子液體中的偏光顯微結構研究［4］

按照1.2.2中的操作調成淀粉乳，一定時間取樣滴于載玻片上，蓋上蓋玻片，放置在顯微鏡載物臺上，選擇合適的放大倍數(shù)，在偏振光下觀察木薯淀粉的偏光十字變化情況。

1.2.4 經(jīng)離子液體溶解后淀粉的掃描電子顯微鏡結構研究

將干燥的木薯淀粉100 mg與離子液體［AMIM］CL(10 g)在90℃下，攪拌2 h后用50mL無水乙醇沉淀析出溶解在離子液體中的淀粉，4 500 r/min離心15 min，用無水乙醇反復離心清洗多次后，中速濾紙過濾，將所得樣品 45℃真空干燥 24 h，溶解在［AMIM］CL中的綠豆淀粉以同樣方式處理得到。

干燥后的木薯淀粉100 mg與離子液體［BMIM］CL(10 g)在110℃下，攪拌2 h，清洗干燥方法如上段所述。

將一定量的待測樣品充分分散于無水乙醇中，用滴管吸取少量滴于玻璃片上，待乙醇揮干后，用雙面導電膠將附有樣品的玻片固定在樣品臺上，在真空條件下進行鍍金處理，之后將鍍金好的樣品放入電子顯微鏡中觀察，拍攝樣品形貌。

2 結果與討論

2.1 淀粉在離子液體中的溶解

圖3從左到右依次為淀粉分散于水，離子液體［AMIM］CL和［BMIM］CL中的照片。

圖3 淀粉在不同溶劑中的狀態(tài)

由圖3可知，淀粉分散于水中形成白色乳濁液非均相體系，在離子液體中可形成澄清透明的均相體系。30 d過后，淀粉在水中的分散體系出現(xiàn)了明顯分層(圖4)，而離子液體溶解淀粉之后溶液依然保持澄清透明，沒有顆粒析出或沉降分層，這說明離子液體是一種能夠溶解淀粉而且較為穩(wěn)定的溶劑。

圖4 30 d后淀粉在不同溶劑中狀態(tài)

2.2 木薯淀粉在離子液體中的偏光顯微結構研究

圖5 木薯淀粉在離子液體［AMIM］CL中90℃不同時間的偏光照片

圖5和圖6偏光顯微照片顯示，90℃，木薯淀粉在離子液體［AMIM］CL中，偏光十字隨著加熱時間的延長而逐漸減少，1h之后偏光十字完全消失;在離子液體［BMIM］CL中，12 h才使木薯淀粉的偏光十字完全消失。分析其原因，可能是由于2種離子液體中都含有較強的氫鍵受體Cl－與木薯淀粉分子上的羥基形成氫鍵，而使淀粉分子間或分子內的氫鍵作用減弱［5－8］，淀粉原有的結晶結構遭到破壞，從而導致了木薯淀粉的溶解，偏光十字的消失;而2種離子液體對木薯淀粉溶解時間有差異，可能是由于2種離子液體熔點不同造成的(［AMIM］CL為17℃，［BMIM］CL的熔點為73℃)。

2.3 木薯淀粉在離子液體中溶解后的電子顯微結構研究

圖7中4張照片依次為木薯原淀粉(a)(4 000×)，木薯淀粉在熱水中(b)(500×)，在離子液體(c)［AMIM］CL(5 000×)和 D在 BMIM］CL中(d)(5 000×)從掃描電子顯微照片可知，木薯淀粉溶分散于熱水中，糊化形成膠狀;溶解于2種離子液體的木薯淀粉顆粒形狀都發(fā)生了變化，原來的顆粒形貌消失，形成了不規(guī)則的塊狀顆粒。

圖6 木薯淀粉在離子液體［BMIM］CL中90℃不同時間的偏光照片

圖7 木薯淀粉的電鏡照片

3 結論

木薯淀粉在離子液體中可溶解形成澄清透明的均相體系;溶解過程中，木薯淀粉的偏光十字逐漸消失;掃描電子顯微研究發(fā)現(xiàn)，溶解于2種離子液體的木薯淀粉顆粒形狀都發(fā)生了變化，原來的顆粒形貌消失，形成了不規(guī)則的塊狀顆粒。

［1］張敏，張淑芬，具本植，等.陽離子化淀粉的制備方法及其應用［J］.現(xiàn)代化工，2006，26(2):67－69.

［2］李浩南，鐘耕，張彩，等.離子液體技術在食品工業(yè)中的應用［J］.食品科技，2007(6):9－12.

［3］David G Stevenson，Atanu Biswas，Jay-lin Jane，et al.Changes in structure and properties of starch of four botanical sources dispersed in the ionic liquid，1-butyl-3-methylimidazolium chloride［J］.Carbohydrate Polymers，2006，66(6):1－11.

［4］羅志剛.微波對髙鏈玉米淀粉顆粒性質影響的研究［J］.食品工業(yè)科技，2006，27(08):49－53.

［5］SwatloskiR P，Spear S K，Holbrey J D，et al.Ionic liquids:new solvents for non-derivitized cellulose dissolution［C］.Abstracts of Papers of the American Chemical Society，2002，224:U622－U622 076－IEC Part1.

［6］Swatloski R P，Spear S K，Holbrey J D，et al.Ionic liquids as green solvents for the dissolution and regeneration of cellulose［C］.Abstracts of Papers of the American Chemical Society，2003，225:U288－U288 131－CELL Part1.

［7］SwatloskiR P，Holbrey JD，SpearSK，etal.Properties of regenerated cellulose from ionic liquids［C］.Abstracts of Papers of the American Chemical Society，2003，225:U977－U977 167－IEC Part1.

［8］SwatloskiR P，SpearSK，Holbrey JD，etal.Dissolution of cellosewith ionic liquids［J］.Journal of the American Chemical Society，2002，124(18):4 974－4 975.

Effects of Two Kinds of Ionic Liquids on Particle Characterization of Cassve

Luo Zhi-gang，Li Fu-li
(College of Light Industry and Food Science，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

The properties of cassve starch in two kinds of ionic liquid were evaluated by polarized microscope and SEM.The results showed that cassava starch dissolved in ionic liquids to form a clear and transparent homogeneous system.During the dissolution，polarized cross of starch gradually disappeared，the shape of starch particles were totally changed and the formation of irregular particles occurred.

cassve starch，ionic liquids，particle

博士，副教授。

*廣東省產學研結合項目(2009B090300272);廣東省科技攻關項目(2008B021100016、2009B020312006);華南理工大學中央高校基本科研業(yè)務費資助項目(2009ZM0124)

2010－06－30，改回日期:2010－10－22