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改性淀粉的介绍
来源:     时间 : 2017-05-16

一、改性淀粉的定义:

    改性淀粉,又称变性淀粉。顾名思义就是将天然淀粉通过物理、化学、生物和复合的方法改变其化学结构而得到的淀粉衍生物。未改性的淀粉结构通常有两种:直链淀粉和支链淀粉,是聚合的多糖类物质。通常因为水溶性差,故通过改性的方法,增加其水溶性。

    二、淀粉改性的方法:

    1、物理改性:

    淀粉的物理改性是指通过热、机械力、物理场等物理手段对淀粉进行改性。淀粉的物理改性主要有热液处理、微波处理、电离放射线处理、超声波处理、球磨处理、挤压处理等。采用物理方法改性淀粉,仅是涉及水、热等天然的资源,不会对环境造成污染,可以作为清洁生产和绿色食品加工的重要资源,应用前景十分广阔。

    2、化学改性:

    淀粉的化学改性是淀粉改性应用最广的方法。淀粉的微观结构是以葡萄糖基组成的淀粉大分子环式结构,淀粉分子中具有数目较多的醇羟基,能通过化学反应生成各种类型的改性淀粉。通常,淀粉的化学改性有酸水解、氧化、醚化、酯化和交联等。酸水解广泛应用于淀粉工业,在酸水解过程中,起始阶段糊化温度降低,水解高峰期和最后阶段水解温度上升,吸热值随着酸水解先增加后降低,高直链转基因大米淀粉的膨胀力和溶解度都增加。淀粉羟丙基化是淀粉醚化的一种形式,羟丙基化淀粉可以减少淀粉的降解,改变淀粉的糊化温度、糊粘度等特性。交联和酯化常被用来改性天然淀粉,特别是用于生产低水敏感材料。酯化可以通过羟基取代赋予淀粉产品疏水性,交联处理的目的是为了在淀粉颗粒的随机位置增加分子内部和分子间的联系,同时由于能够增加淀粉结构中交联的密度,交联处理也能够用于限制水分的吸收。

    3、生物改性:

    淀粉的生物改性是指用各种生物酶处理淀粉,如环状糊精、麦芽糊精等都是采用酶法处理得到的改性淀粉。酶法改性条件温和,环保无污染,得到的改性淀粉健康卫生,作为食品易于被人体消化吸收且具有特殊的生理功能。

    4、复合改性:

    淀粉的复合改性是指用物理、化学、生物等两种或者两种以上处理方法得到的改性淀粉,它具有两种或两种以上改性淀粉各自性能的优点。淀粉薄膜被广泛用于食品包装中,单独使用交联或酯化改性原淀粉能提高原淀粉薄膜差的脆性和机械强度,但是却时常满足不了对淀粉薄膜在某些特定情况所需的性能,而复合改性综合两种改性方式的优点,平衡改性膜的应用性能,拓宽了淀粉薄膜在食品包装中的应用。锌是人体不可缺少的矿物质,而很多锌的衍生物吸收率低,且会刺激胃,所以最近几年许多研究都开始关注淀粉锌配合物的合成。用酶法和化学法可以用于制备淀粉锌配合物,有研究表明在-淀粉酶和葡糖淀粉酶的水解条件下,木薯淀粉和乙酸锌反应生成淀粉-锌配合物,既不会引起人体不良反应,又能较好地达到补锌的目的。

    三、改性淀粉的种类:

    改性淀粉的品种、规格达2000多种。分类一般是根据处理方式来进行。

    1、物理方法改性的淀粉有:预胶化淀粉、可溶性淀粉等

    2、化学方法改性的淀粉有两类:一是降低分子量的:酸解淀粉、氧化淀粉、糊精等。二是增加分子量的:交联淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、接枝淀粉。

    3、生物方法改性的淀粉有:环状糊精、麦芽糊精等

    4、复合方法改性的淀粉有:氧化交联淀粉、交联酯化淀粉等

    四、改性淀粉的用途:

    1、食品工业:

    改性淀粉具有许多产品的质构特性,被广泛应用在食品工业中,作为增稠剂、稳定剂、胶凝剂、黏结剂等。在食品工业中,改性淀粉正向着产品品种多样、规格齐全、安全、健康、营养、低脂、生态等方向发展。饮食上人们越来越重视低脂肪饮食和提高复杂的碳水化合物的摄入量。如:方便面在市场上的需求量很大,但是用原淀粉产品缺乏稳定性,且油炸及高脂肪含量影响食品的质量及我们的健康。研究发现,乙酰化马铃薯淀粉既提高了方便面的硬度又不会显著地影响凝聚力值,并且它可以部分替代用于生产方便面的低蛋白小麦面粉,减少脂肪的摄取。又如:酶改性淀粉可以较好地应用于食品工业,将酶改性羧甲基淀粉应用于香肠中的,发现羧甲基淀粉在香肠中能够增加保水能力和乳化稳定性,是香肠理想的脂肪替代品。再如:将改性淀粉乙酰化己二酸双淀粉和羟丙基二淀粉磷酸酯应用在无麸质面包中,发现其体积和弹性明显,使烘焙制品保持柔软蓬松。

    2、医药工业:

    淀粉在医药方面具有较好的应用,但是其应用常受到淀粉溶胀性能、溶解性能、凝胶作用、流变学性能、机械性能和被酶消化的特征等的影响,通过改性后能够改善原淀粉的不足。如:眼药水治疗眼部疾病时,角膜上皮由于低的透气性而对药物的吸收率较少,且剩余的药液可能会引起副作用。用甲基丙烯酸2-异氰酸酯改性淀粉,得到含有氨基甲酸乙酯键和碳-碳双键的聚合物,可以减少药物损失,使患者找到了一种可以长久持续控制的新药物。又如:姜黄素具有抗氧化、抗炎和抗癌作用,然而它的水溶解度和生物利用性却非常低,且在体内会被快速地降解和排泄。用疏水改性淀粉可以形成胶团并将姜黄素装入胶囊中,提高姜黄素的溶解度和体外抗肿瘤的活性。再如:可降解淀粉微球可用于局部止血,但不能用于大出血时的止血,而经过化学改性的可降解淀粉微球可以刺激凝血的活化和触发体外血小板的结合,从而提高其在止血应用的范围。

    改性淀粉在药物方面具有重大的应用,它可以改善一些药物溶解性、流动性能和压缩性等,提高人体对药物的吸收,减少药物的副作用。也可以通过改性淀粉研制出一些新型的药物,这对于一些疑难杂症的治愈有重要贡献。医药关系着国民的健康、社会的稳定和经济的发展,改性淀粉在医学上具有重大应用价值和发展潜力。

    3、水处理:

    淀粉及其衍生物因为来源广,价格便宜,对环境安全等优点成为污水处理的重要物质,而改性淀粉较天然淀粉具有更优越的性能,是一种很有发展前途的新型水处理剂。如:阳离子型淀粉衍生物絮凝剂无毒,易降解,可以与水中微粒起电荷中和及吸附架桥作用,常被用来处理携带有负电荷的污水。絮凝剂阳离子淀粉醚,二(二乙氨基)均三嗪有高的絮凝剂能力,在时对阴离子染料废水的脱色率可高达,对酸性染料的絮凝能力可达,且对于有色废水处理,该絮凝剂可循环再利用。在许多研究中以(环氧丙基)三甲基氯化铵为醚化剂引入到淀粉骨架上,合成一系列阳离子型淀粉衍生物絮凝剂,这些阳离子型淀粉衍生物絮凝剂都具有良好的絮凝效果。阴离子型淀粉絮凝剂也能用于污水处理,它与重金属离子生成难溶物沉淀,从水中去除重金属离子。阴离子型淀粉醚曾在日本、美国、德国等多个国家引起过相当的重视,得到了多种改性淀粉絮凝剂。许多污水中同时含有正负电荷的悬浮颗粒与胶体,因此用两性改性淀粉絮凝剂处理污水常比单使用一种离子型絮凝剂更有效。两性淀粉聚丙烯酰胺接枝共聚物,此两性接枝共聚物对于多种工业废水的处理效果特别好。

    4、造纸工业:

    淀粉分子结构与造纸纤维原料中纤维分子的结构极其相似,加之来源广,价格低廉,对环境污染小等优点,被广泛应用于造纸工业中。造纸工业上常用的改性淀粉有:氧化淀粉、阳离子淀粉、阴离子淀粉、磷酸酯淀粉和双醛淀粉等。淀粉经过改性后,能赋予纸张优异的性能,

    5、包装材料

    大量废弃的塑料包装制品因其不可降解性而带来了"白色污染"的困扰。而改性淀粉来源广泛,品种多,且能在自然环境下完全降解,不会对环境造成任何污染,能够较好地应用于包装材料上。如:乙酰化改性淀粉薄膜具有较好的水汽屏障性能和机械特性,添加到原淀粉基薄膜中能显著增加薄膜的热封性能。

    五、尔康柬埔寨的改性淀粉介绍:

    尔康柬埔寨生产的改性淀种类为羟丙基化的改性木薯淀粉,使用的是公司自主开发的专利工艺和生产技术,主要用于生产空心胶囊、软胶囊。不同于市场上普通常见的改性淀粉。

    尔康制药经过前期研究发现:1、原料淀粉中直链淀粉与支链淀粉恰当的比例是生产淀粉胶囊的重要前提,而这种理想淀粉的来源就成为制约胶囊产业的关键因素;2、未经任何处理的淀粉溶胶后形成的淀粉膜柔韧性差、易脆碎,无法用于制备胶囊,选用什么方法、技术能改变淀粉膜的物理性能使其适合制备胶囊成为制约胶囊产业的技术瓶颈。公司围绕淀粉胶囊产业化的这两个重大问题,进行产学研攻关,突破了植物淀粉胶囊的产业化的技术瓶颈,主要突破如下:

    (1)优化淀粉直链和支链比例,源头解决植物淀粉胶囊原料。

    根据前期对不同直链含量淀粉成膜性的研究,项目组成员重点针对块茎类淀粉进行了筛选,发现木薯淀粉直链淀粉含量为20%~27%,糊化温度低(65~77℃),易糊化,其直链淀粉的平均聚合度为2600,不易老化,糊液稳定,且容易加工高纯度淀粉,最终确定木薯淀粉为植物淀粉胶囊的原料淀粉。2012年,在柬埔寨王国建立了645亩、年产药用木薯淀粉18万吨的木薯淀粉加工基地,从源头解决了胶囊淀粉的资源问题。

    (2)建立木薯淀粉羟丙基化改性的新型工艺,为其产业化奠定基础。

    植物淀粉胶囊柔韧性差、易脆碎成为新型胶囊产业化的技术屏障。将木薯淀粉改性,分子中引入羟丙基,降低糊化温度、增强膜的柔韧性,以增强胶囊的均一、透明和光滑度,同时控制羟丙基取代度,防止因取代度过高导致的产品崩解、消化性能差;开发醋酸处理新工艺,改善淀粉水溶性,利于糊化,亦提高了淀粉羟丙基取代度;

    研究发现在羟丙基化反应中,以有机强碱作为催化剂,可以提高反应速率和醚化程度。公司研发建立的木薯淀粉改性羟丙基化新颖改构工艺,完全达到淀粉胶囊对原料的结构要求。

    (3)羟丙基淀粉新型预胶化技术以及淀粉/羟丙基淀粉挤压预胶化工艺,奠定了植物淀粉胶囊产业化技术根本。为解决淀粉胶化工序的技术难题,公司成功开发出2个预胶化新工艺:①在羟丙基淀粉制备的基础上,采用超声-喷雾干燥联用技术对羟丙基淀粉进行胶化,大大改善预胶化羟丙基淀粉的透明度和水溶性,亦可依据不同功能胶囊的要求,灵活控制产品粒度、湿度和溶解性等;②开发热固挤压,料筒加热、螺杆剪切和压缩综合工艺,逐渐降低淀粉结晶度,有效控制预胶化程度,大大改善成品的粘性、流动性、结构疏松性和溶解度等性能;③开发了淀粉/羟丙基淀粉挤压预胶化工序添加入胶囊所需其他辅料的新方法,直接用于胶囊生产的中间体。新颖预胶化工艺大大简化了淀粉胶囊生产工序,降低了对设备的苛刻要求。

    木薯淀粉经过羟丙基化改性以及进一步预胶化后,淀粉颗粒表面形貌从其典型的A型晶型不规则颗粒,转变为较规则的B型晶型椭球形颗粒,预胶化后为更加规则饱满B型晶型椭球形颗粒,且颗粒表面均出现裂纹,颗粒间发生明显粘黏,这种粘黏大大有利于胶囊的形成。由淀粉和改性淀粉通过自主知识产权技术制得的食用型淀粉空囊、药食两用型淀粉软胶囊和药用型淀粉胶囊表面光滑均匀,X射线衍射结果表明各种淀粉胶囊的晶体结构均消失。

    同时,湖南省药物安全评价研究中心的药理毒理学研究表明:尔康制药开发生产的胶囊用专用改性羟丙基淀粉和预胶化羟丙基淀粉胶囊原料的有非常高的生物安全性。