淀粉衍生物的性質(zhì)及其應(yīng)用

趙志偉

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730124）

1 概述

淀粉是綠色植物經(jīng)光合作用得到的有機產(chǎn)物，廣泛地應(yīng)用于人類生產(chǎn)活動的各個領(lǐng)域，但由于自身的缺陷，其發(fā)展在當今社會受到一定的限制。所以，改性淀粉成為了人類研究的新方向，改性淀粉以其毒性低、易生物降解等特點受到人們的青睞。

2 淀粉的結(jié)構(gòu)和特點

淀粉是一種高聚糖的均質(zhì)物質(zhì)，分子式為（C6H10O5）n，聚合度n一般在800-3000之間。一般由兩種多糖聚合物組成，其結(jié)構(gòu)有直鏈和支鏈淀粉兩種。直鏈淀粉是一種線型聚合物，卷曲成螺旋形狀態(tài)，鏈上只有一個還原性端和非還原性端，不同植物的淀粉中，直鏈淀粉的平均聚合度不同；支鏈淀粉由線型直鏈淀粉短鏈組成，具有間隔性的分支鏈，支鏈淀粉以其特性能夠降低聚合物的流動性。相比于直鏈淀粉，支鏈淀粉溶液難以形成堅韌的薄膜。經(jīng)研究表明，淀粉顆粒中存在結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)，只有破壞其結(jié)晶區(qū)才能實現(xiàn)淀粉改性。

3 淀粉衍生物的性質(zhì)及應(yīng)用

3.1 淀粉衍生物

以淀粉為原料，經(jīng)物理、化學(xué)加工或生物技術(shù)加工，在淀粉的固有特性基礎(chǔ)上，改善其加工操作性能，擴大淀粉的應(yīng)用范圍；或者是通過分解，復(fù)合產(chǎn)生的新產(chǎn)品，都成為淀粉衍生物。淀粉的改性方法通常有化學(xué)、物理和酶改性三種。

3.2 化學(xué)改性淀粉

3.2.1 交聯(lián)淀粉

淀粉與具有多個官能團的交聯(lián)劑反應(yīng)，使淀粉分子間的羥基結(jié)合，形成的衍生物稱為交聯(lián)淀粉。交聯(lián)淀粉的形狀顆粒與原淀粉相同，但受熱糊化和糊液的性質(zhì)發(fā)生很大的變化。交聯(lián)反應(yīng)強化了顆粒中的氫鍵，使淀粉具有糊化溫度高、膨脹性小、粘度大和耐高溫等性質(zhì)。交聯(lián)劑主要有環(huán)氧氯丙烷、碳酰氯等鹵化物；三聚磷酸鹽、三篇磷酸鹽等三鹽基化合物；甲醛、乙醛等醛類物質(zhì)；尿素、二羥甲基脲等氨基化合物和混合酸酐。一般在30℃到50℃下，向堿性淀粉中添加適合交聯(lián)劑，在通過中和、過濾、洗滌和干燥的操作制的交聯(lián)淀粉。

因交聯(lián)淀粉具有適當?shù)暮扯?，可作為食品增稠劑和灌裝食品添加劑，也可做帶餡食品的調(diào)味劑。以其抗高壓滅菌的特性，可代替滑石粉應(yīng)用做外科乳膠手套的潤滑劑和賦形劑。交聯(lián)淀粉還可用作造紙工業(yè)的打漿施膠機、纖維紡織上漿、石油鉆井泥漿、干電池電解質(zhì)和爽身粉等。

3.2.2 磷酸酯淀粉

淀粉與磷酸鹽反應(yīng)制得磷酸酯淀粉，能夠明顯地改變原淀粉的性質(zhì)，通常分為磷酸單酯和磷酸單酯、雙酯和三酯混合物兩種。淀粉磷酸單酯屬于陰離子淀粉衍生物，有較高的粘度、透明度和穩(wěn)定性，其粘度受pH值的影響?？勺鳛橥坎寄z黏劑、間層增強劑應(yīng)用于造紙工業(yè)，在食品工業(yè)中用作很好的乳化劑，也可做廢水處理的絮凝劑和藥物填充劑。

3.2.3 氧化淀粉

淀粉在酸、堿或中性條件下與氧化劑作用，制得的產(chǎn)品稱為氧化淀粉。采用不同的氧化工藝、原淀粉和氧化劑可制得性能各異的氧化淀粉。氧化淀粉的顆粒形狀與原淀粉相似，保持著偏振十字和碘染色特征；由于原淀粉中有色物質(zhì)的氧化，使得氧化淀粉白度增加；氧化淀粉的成膜性能好，透明度高，能夠制出強韌、清晰、連續(xù)的薄膜；由于羧基的存在，氧化淀粉糊液冷卻后不易凝膠，保持有較強的粘結(jié)力和加好的流動性與透明度，糊液穩(wěn)定性提高。通常以次氯酸鈉、次氯酸鈣、高錳酸鉀和過氧化氫等作為氧化劑，加入到淀粉顆粒懸浮液中，等達到希望的轉(zhuǎn)化程度時后，調(diào)節(jié)懸浮液pH值到中性或微酸性，最后將懸浮液離心機脫水、熱空氣烘干，得到所需產(chǎn)品。該氧化過程一般為放熱反應(yīng)，操作時要做好熱交換。

氧化淀粉的主要用途為造紙工業(yè)施膠機和膠黏劑，紡織工業(yè)上漿劑，食品工業(yè)添加劑和建材膠黏劑。

3.3 物理改性

3.3.1 欲糊化淀粉

高溫干燥處理還未糊老化的淀粉，得到的衍生物就是欲糊化淀粉，也稱之為α化淀粉。目前常用的淀粉欲糊化方法有三種，即滾筒法、噴霧法和擠壓法。其中，噴霧法得到的產(chǎn)品為空心球，且成本高，不適用于高粘度糊液；擠壓法需要的原料用量少，用于蒸發(fā)干燥的熱源費用低，是最經(jīng)濟的欲糊化制備法。欲糊化淀粉的溶解速度很快，主要是因為其多孔的結(jié)構(gòu)，能夠快速的在溶液中溶脹，形成糊液。欲糊化淀粉主要用于制作軟布丁、肉汁、餡、醬、調(diào)味劑以及果汁軟糖等食品。還可用于鉆井泥漿失水劑、礦產(chǎn)品的浮選劑、紡織上漿劑和粘合劑等。

3.4 酶法變性淀粉

3.4.1 糊精

糊精是淀粉經(jīng)過不同的降解方法而制得的的分子量較小的多糖，糊精的分子結(jié)構(gòu)有直鏈、支鏈和環(huán)狀。糊精的顆粒外形與天然淀粉相似；色澤隨反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間的增加而變深；糊精粘度隨反應(yīng)程度的深入而下降；在冷水中，糊精的溶解度隨反應(yīng)的深入而增加。糊精的制備方法有熱解法和酸解法，目前，也采用酶解法或者酶結(jié)合的催化水解法。淀粉經(jīng)用嗜堿芽孢桿菌發(fā)酵發(fā)生葡萄糖基轉(zhuǎn)移，就可得到相應(yīng)的環(huán)狀糊精。

糊精主要作為膠黏劑使用，應(yīng)用于紙箱、紙袋、墻紙、膠帶等的粘合。糊精可作為表面施膠劑和涂布膠黏劑應(yīng)用于造紙工業(yè)。也可以制作香料、色素、抗生素發(fā)酵營養(yǎng)料，用于紡織工業(yè)的上漿印染和織物整理。

5 淀粉衍生物的發(fā)展前景

淀粉產(chǎn)品的種類繁多，目前，淀粉及其改性衍生物廣泛地應(yīng)用與造紙、紡織、印染、建材、水處理和石油工業(yè)等領(lǐng)域。我國淀粉深加工近年來呈迅速發(fā)展的趨勢，但與發(fā)達國家比，還存在較大差距。新的研究中指出，在塑料中加入適當?shù)矸?，可以促進塑料的降解，減少塑料帶來的白色污染，這將為淀粉工業(yè)開辟更新的更加廣闊的發(fā)展空間。所有這些，使得一些新的淀粉產(chǎn)品應(yīng)運而生。

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