辛烯基琥珀酸淀粉钠的合成及结构表征研究进展（二） 基琥及结究进提高了反应效率

虽然机械力减小了淀粉的辛烯粒径，增加了反应表面积，基琥及结究进提高了反应效率，珀酸但这种预处理也导致了淀粉的淀粉显著降解。

Huang等人提出了另一种更加有前景的合成方法来增加淀粉的表面积，使试剂更容易渗透到淀粉的构表内部。采用α一淀粉酶预处理的征研展方法制备微孔玉米淀粉，X射线电子能谱分析表明，辛烯不仅在淀粉颗粒表明发现了OS基团，基琥及结究进而且在内部和晶体区域也发现了OS基团。珀酸利用同样的淀粉方法，Bai等人采用淀粉酶和葡糖糖化酶的合成混合物制备微孔蜡质玉米淀粉颗粒，由于微孔增加了淀粉颗粒的构表表面积，改性反应效率更高。征研展

4、辛烯其他合成过程

另一种提高反应效率和缩短反应时间的方法是在高温高压下对淀粉进行OSA改性。Shogren等人在120℃干燥玉米淀粉，然后将其与冰醋酸和OSA混合。反应在差示扫描量热仪（DSC）锅中进行。在180℃反应20min后，DS约为0.5，反应效率为65％。实验结果表明，由于不需要催化剂和中和处理，生成的副产物较少，但淀粉分子链明显降解。Kim等人将淀粉和OSA在水（高温，低pH）中混合，然后高温干燥，制备了OSA蜡质大米淀粉。而严格的实验条件会导致分子量的显著下降，这意味着淀粉在这个过程中发生了显著的降解。

另一种快速获得OSA淀粉（高DS）的方法是微波辅助改性。Biswas等人首先报道了在5min内获得OSA改性淀粉（DS=0.3）。Rivero等人也使用了同样的方法。首先，将木薯淀粉放入碱性溶液中悬浮活化，然后过滤，真空干燥。将活化后的淀粉与OSA在蒸馏水中混合，然后进行微波辐射，7min后得到了OSA淀粉（DS=0.045）。

3 、OSA淀粉的结构特征

（1）支链度（DB）的测定

支链度（DB）是支链点平均数量占每个淀粉分子中糖苷键平均总数量的百分比。核磁共振（NMR）是一种可靠的表征技术，只要确保样品完全均匀溶解，NMR就可以对其准确测量。然而事实上，水不能完全溶解所有的淀粉样品，尤其是直链淀粉含量高的样品。DMSO-d₆已被证实可以完全溶解淀粉，然而源于羟基的不稳定质子或者任何含有可交换质子的基团都表现出宽泛的峰，从而隐藏了其他的峰，使DB的计算复杂化。不过，已有方法消除这些峰。Hemandez等人使用DMSO-d₆和D₂O的混合物（80/20）代替纯DMSO—d6，但如果D₂O的添加比例不精确，则会出现溶解度和光谱不清晰的问题。Nilsson等人将淀粉溶于DMSO—d₆前进行了预氘化，即溶于沸腾的D₂O后冷冻干燥，该方法有效但费时费力。Tizzotti等人报道了一种快速直接的方法，使用少量的氘代三氟乙酸（TFA—d₁）就可以使淀粉羟基的可交换质子向高频移动，从而使1H NMR谱图清晰明确。

（2）OSA淀粉取代度（DS）测定

①滴定法

测OSA淀粉DS的滴定方法有两种。第一种方法是将产物在碱性溶液中皂化，然后滴定多余的碱。通常，OSA淀粉悬浮在碱性溶液（一般为NaOH或KOH）中，OS基团发生皂化反应。然后用带有指示剂的盐酸溶液滴定溶液中过量的碱。

在第二种方法中，OSA淀粉分散在盐酸/异丙醇溶液中。过滤后，用异丙醇洗涤固体剩余物，直至无氯离子（用硝酸银溶液检测），然后分散于蒸馏水中。最后将混合物煮沸，用指示剂和氢氧化钠溶液滴定中和。

尽管这两种滴定方法因方便而被广泛使用，但都存在一定的缺点；（i）每次DS计算需要2～59产物才能保持准确；（ii）需要对天然未改性淀粉进行表征，但有些商业产品或许已经被改性过，难以获得真正的原料。

②核磁共振（NMR）

核磁共振（NMR）被广泛用于表征聚合物的化学改性（如OSA淀粉）。通过OS基团跟淀粉异常质子峰强度比值计算DS，如图4所示。在严格控制的条件下，OS基团和淀粉的峰才能在同一谱图中显示出来。跟滴定法相比，NMR的每次表征只需要少量的样品（一般约2～5mg）。此外，NMR可以同时测定OSA淀粉样品的DS和DB值，但核磁共振在工业上并不常用。

Shih等人以D₂O作为溶剂，淀粉样品部分溶解，然后进行NMR表征。水溶性问题可以通过在碱性溶液中水解降低淀粉分子量或者用α一淀粉酶对样品进行预处理来解决。然而，OSA淀粉是两亲性大分子，通过疏水作用在水中团聚，造成NMR表征结果重要峰强度减弱，最终导致DS计算结果偏差。

DMSO/LiBr溶液已被证明可以完全溶解任何浓度的淀粉样品，OSA还可溶于DMSO，这似乎是最适合OSA淀粉用于NMR表征的溶剂体系。
淀粉分子的主羟基通常比次级羟基反应性强，然而，OSA的取代主要发生在淀粉的C-2和C-3羟基上，在C-6羟基中没有发现取代物。

③傅里叶变换红外光谱（FTIR）

尽管很多论文使用FTIR来研究淀粉改性后是否存在OSA基团，但只有少数使用其计算取代度（DS）。与天然淀粉的红外光谱相比，OSA酯化后出现两个新的吸收峰，1726cm^-1和1572 cm^-1，分别对应于酯基的C=O伸缩振动和羧基的不对称伸缩振动。这两个吸收带的强度随着DS的增大而增大，并且在1726cm^-1处的吸收峰和DS的强度呈线性关系。然而，FTIR只适用于测定高DS（≥0.3），不适用于大部分的工业应用，如食品级产品（DS≤0.02）。

3、分子结构的测定

OSA淀粉的分子结构少有报道。评价复杂的多分散支化聚合物的结构特征，需要不同的参数来体现分子的大小结构。Chung和Thirathumthavom等人利用平均聚合度估算化学改性前的木薯淀粉、大米淀粉和蜡质玉米淀粉的数均分子量M_n。通过测定强碱完全水解淀粉前后还原糖含量得出M_n。虽然这种方法很常见且易操作，但连接的OS基团或游离OSA都可能干扰还原糖的测定。此外，该技术仅适用于直链淀粉等低分子量物质。

（1）体积排除色谱法（SEC）

SEC是依据分子的体积（流动力学体积）大小而分离，可用于定量全支化淀粉和酶解支化后淀粉的分子量分布。为了有效地量化分子大小，分子必须完全溶解在溶剂中。通过改变溶剂的pH或水解，淀粉可以分解，从而溶于溶剂中。Shogren等人利用SEC测定普鲁兰酶酶解后的OSA蜡质玉米淀粉的分子量，洗脱相为0.1 M NaCl，1 mM磷酸钾缓冲液，0.02％NaN₃，pH为6；Kim等人还使用水洗脱相（50 mMNaNO，）来表征由蜡质大米淀粉制成的全支化样品，样品在合成过程中发生了显著降解，明显提高了其水溶性。P6rez-Gallardo等人使用DMSO对酸解蜡贡玉米淀粉进行预溶解，然后使用水相流动相（NaN03缓冲+0.02％NaN₃，40℃）进行SEC表征。

(2）非对称流场一流分馏（AF⁴）
SEC会导致高摩尔质量支化大分子（如支链淀粉）的剪切降解，AF⁴可替代为另一种测量方法。但是，由于DMSO中折射率检测存在信噪比的问题，该方法不能用于全天然淀粉。Nilsson等人使用AF⁴来确定OSA淀粉的大小；因为淀粉被充分降解，可以溶于水洗脱液中，从而避免了DMSO信号噪声问题。此外，AF⁴分析数据表明，高压均质对淀粉链有很强的破坏作用，分子摩尔质量降低程度与均质过程中的湍流条件有关。

四、结语

近十几年来，OSA淀粉合成和表征领域的文献数量显著增加。尽管一些新的合成过程被报道，但在水中进行OSA淀粉改性具有无毒无害和实验条件温和（温度约30至35℃，pH约为8.5）的优点，因此仍然是最广泛使用的技术。

尽管优化合成条件一直是研究的主题，但很少有作者研究改性产物的结构表征方法。虽然报道者会提供取代度（DS），但往往缺少其他结构参数如支链度（DB）、平均分子量、大分子尺寸结构和多分散性等。然而，这些参数可能对OSA淀粉的最终功能特性产生重要影响。对OSA淀粉结构参数进行全面的表征，将有助于更好地理解产品的物化性质。

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