淀粉衍生物的性質及其應用

趙志偉

（西北民族大學化工學院，甘肅 蘭州 730124）

1 概述

淀粉是綠色植物經光合作用得到的有機產物，廣泛地應用于人類生產活動的各個領域，但由于自身的缺陷，其發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 淀粉的結構和特點

淀粉是一種高聚糖的均質物質，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，其結構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，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。經研究表明，淀粉顆粒中存在結晶區和無定形區，只有破壞其結晶區才能實現淀粉改性。

3 淀粉衍生物的性質及應用

3.1 淀粉衍生物

以淀粉為原料，經物理、化學加工或生物技術加工，在淀粉的固有特性基礎上，改善其加工操作性能，擴大淀粉的應用范圍；或者是通過分解，復合產生的新產品，都成為淀粉衍生物。淀粉的改性方法通常有化學、物理和酶改性三種。

3.2 化學改性淀粉

3.2.1 交聯淀粉

淀粉與具有多個官能團的交聯劑反應，使淀粉分子間的羥基結合，形成的衍生物稱為交聯淀粉。交聯淀粉的形狀顆粒與原淀粉相同，但受熱糊化和糊液的性質發生很大的變化。交聯反應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。交聯劑主要有環氧氯丙烷、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；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劑，在通過中和、過濾、洗滌和干燥的操作制的交聯淀粉。

因交聯淀粉具有適當的糊粘度，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味劑。以其抗高壓滅菌的特性，可代替滑石粉應用做外科乳膠手套的潤滑劑和賦形劑。交聯淀粉還可用作造紙工業的打漿施膠機、纖維紡織上漿、石油鉆井泥漿、干電池電解質和爽身粉等。

3.2.2 磷酸酯淀粉

淀粉與磷酸鹽反應制得磷酸酯淀粉，能夠明顯地改變原淀粉的性質，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、透明度和穩定性，其粘度受pH值的影響。可作為涂布膠黏劑、間層增強劑應用于造紙工業，在食品工業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，保持有較強的粘結力和加好的流動性與透明度，糊液穩定性提高。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，等達到希望的轉化程度時后，調節懸浮液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，得到所需產品。該氧化過程一般為放熱反應，操作時要做好熱交換。

氧化淀粉的主要用途為造紙工業施膠機和膠黏劑，紡織工業上漿劑，食品工業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，用于蒸發干燥的熱源費用低，是最經濟的欲糊化制備法。欲糊化淀粉的溶解速度很快，主要是因為其多孔的結構，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、調味劑以及果汁軟糖等食品。還可用于鉆井泥漿失水劑、礦產品的浮選劑、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，糊精的分子結構有直鏈、支鏈和環狀。糊精的顆粒外形與天然淀粉相似；色澤隨反應溫度和反應時間的增加而變深；糊精粘度隨反應程度的深入而下降；在冷水中，糊精的溶解度隨反應的深入而增加。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合的催化水解法。淀粉經用嗜堿芽孢桿菌發酵發生葡萄糖基轉移，就可得到相應的環狀糊精。

糊精主要作為膠黏劑使用，應用于紙箱、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用于造紙工業。也可以制作香料、色素、抗生素發酵營養料，用于紡織工業的上漿印染和織物整理。

5 淀粉衍生物的發展前景

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

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