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天然淀粉由于溶解度低、透明度差、易老化等缺點(diǎn)使其在食品和其他工業(yè)上的應(yīng)用受到了極大限制。因此必須采用不同的技術(shù)手段對(duì)淀粉進(jìn)行改性處理以改善其加工操作性能,擴(kuò)大淀粉的應(yīng)用范圍。淀粉改性是指在淀粉固有特性的基礎(chǔ)上,利用加熱、酸、堿、氧化劑以及具有各種官能團(tuán)的有機(jī)反應(yīng)試劑改變淀粉的天然性質(zhì),增強(qiáng)某些機(jī)能或引進(jìn)新的特性。淀粉改性包括物理改性、化學(xué)改性、酶改性和復(fù)合改性,隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)展,新型的物理改性手段層出不窮。

等離子一詞最初由美國(guó)物理學(xué)家歐文朗繆爾于1928年引入。隨著固體到液體到氣體并最終到等離子體能級(jí)的增加,等離子體通常被稱為第四物質(zhì)狀態(tài)。等離子體是一種電離氣體,含有各種各樣的活性粒子,如電子、正離子和負(fù)離子、自由基、原子、激發(fā)或非激發(fā)分子,它們具有足夠的能量來破壞共價(jià)鍵并引發(fā)一些反應(yīng),形成揮發(fā)性化合物。等離子體中正離子和負(fù)離子的數(shù)量相等,是一種準(zhǔn)中性氣體,通過兩個(gè)電極之間恒定(直流電場(chǎng))或交替振幅(通常是高頻場(chǎng))的電場(chǎng)放電使氣體電離產(chǎn)生。等離子體可以通過使用各種形式的能量來產(chǎn)生,例如熱、磁場(chǎng)或電場(chǎng)以及微波或射頻,這些能量增加了粒子的動(dòng)能和碰撞次數(shù),導(dǎo)致等離子的形成。

等離子體有多種分類,表1-1簡(jiǎn)單介紹了等離子種類,包括熱力學(xué)性質(zhì)、溫度及應(yīng)用范圍。目前學(xué)術(shù)界通常把等離子體歸為以下三類:熱等離子體,放電所需要的能量較大氣壓下產(chǎn)生大,整體呈高溫狀;當(dāng)電子溫度在10⁸~10⁹K時(shí),即為高溫等離子體,如熱核聚變時(shí)的等離子體;隨著電子溫度降低到10²~10⁵K時(shí),即為低溫等離子體,如介質(zhì)阻擋放電等離子體。本文研究的為低溫等離子體,雖然離子溫度比較低,但是電子溫度卻很高(>104^K),由于非電子的溫度很低,因而整體呈低溫狀態(tài),所以低溫等離子體也叫非熱平衡等離子體。

表1-1 等離子體分類 

等離子體處理技術(shù)在淀粉領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著等離子技術(shù)的發(fā)展,其在淀粉領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容越來越豐富,通過與反應(yīng)物種的相互作用,等離子體處理也是一種適合應(yīng)用于淀粉研究的技術(shù)。

等離子體技術(shù)作為一種新興的綠色技術(shù),在淀粉領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的是淀粉改性,不需要添加化學(xué)劑及催化劑,由等離子體產(chǎn)生過程中形成的自由基和高能電子誘導(dǎo)化學(xué)變化,如含氧基團(tuán)的交聯(lián)或接枝、淀粉鏈的解聚以及新官能團(tuán)的形成。由于交聯(lián)反應(yīng)伴隨著脫水,水分子分解形成的羥基(?OH)和氧氣存在條件下等離子體產(chǎn)生過程中形成的羥基(?OH)會(huì)裂解糖苷鍵,在兩條聚合鏈(C-OH)的還原端之間發(fā)生裂解并在這兩條鏈之間形成新的C-O-C鍵,與其他葡萄糖分子位點(diǎn)相比,C-2位點(diǎn)最容易發(fā)生交聯(lián)。高能等離子體的轟擊引起淀粉分子直鏈淀粉和支鏈淀粉側(cè)鏈的解聚,產(chǎn)生較小的碎片,即使在低能量水平下也可能導(dǎo)致小的解聚程度。在等離子體產(chǎn)生過程中存在的氧導(dǎo)致?OH和O3的形成,臭氧會(huì)破壞C2-C3之間的鍵,導(dǎo)致糖苷鍵解聚。等離子體僅僅利用非平衡等離子體作為引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的能源,合成支鏈高分子或者氣體電離后引入相應(yīng)的基團(tuán)得以改性,賦予淀粉新的功能。