课件：改性淀粉.ppt

变性淀粉 新型绿色再生资源,制作：马高兴,目录,变性淀粉的简介,变性淀粉的分类,变性淀粉的应用,变性淀粉的未来,变性淀粉的简介,淀粉是绿色再生资源，是取之不尽，用之不竭的有机原料。 变性淀粉的生产与应用已有150多年的历史，但以近20年的发展最迅速。 目前，发达国家已不再直接使用原淀粉，在造纸、食品、纺织、医药卫生、塑料、水产饲料、油气开采、建筑材料和水处理等领域都使用变性淀粉。我国从80年代中期开始加快变性淀粉的生产，现在我国的变性淀粉已从无到有，从小到大，从少到多已进入高速发展时期。 由于变性淀粉具有优异的性能，在化工生产中，变性淀粉的用量越来越大，现已成为一种重要的化工原料，有广阔的市场前景。,淀粉改性即通过物理或化学或酶法处理后，改变淀粉天然性质，增加其性能或引进新特性，使之符合生产生活需要，经过改性处理的淀粉即为变性淀粉。 变性淀粉的种类繁多，通过不同的途径，可以获得不同的变性淀粉，根据其性质的不同，应用于不同的生产。 按照处理方法的不同，主要分为三类：物理变性淀粉、化学变性淀粉、生物变性淀粉。,变性淀粉的简介,物理变性淀粉: 指通过物理方法处理后得到的淀粉基产品，处理过程没有发生化学变化。 按其具体的处理方法： 颗粒冷水溶胀淀粉 预糊化淀粉 放射线处理淀粉 湿热处理淀粉 油脂复合处理淀粉,变性淀粉的分类,颗粒状冷水可溶淀粉： 由于预糊化淀粉呈现非颗粒状，有光泽度差以及对加工条件可变性小等缺点，复水后糊的状态及性质与用原淀粉制成的糊差异较大，因而影响其应用效果。 颗粒状冷水可溶淀粉能保持原淀粉的颗粒状状态，其复水后的糊与用原淀粉制成的糊性质基本相同。颗粒状冷水可溶淀粉的生产工艺在某种意义上讲是对预糊化淀粉生产工艺的改进。 主要有含水多元醇溶液处理法、酒精碱溶液法、高温高压酒精溶液热处理法、脉冲喷气法和高压喷射喷雾干燥法。,变性淀粉的分类,预糊化淀粉： 天然淀粉的颗粒具有微晶结构，对在冷水中的溶解、溶胀和淀粉酶的作用具有抗性。把淀粉在一定量的水存在下进行加热处理后，淀粉颗粒溶胀成为糊状，规则排列的胶束被破坏，微晶消失，并且容易接受酶的作用。这种状态的淀粉称为预糊化淀粉，也称-淀粉。 预糊化淀粉能在冷水中溶胀、溶解，形成具有一定粘度的糊液，且其凝沉性比原淀粉小，使用方便。 广泛用于食品、石油、铸造、纺织工业等。,变性淀粉的分类,高温高压酒精溶液热处理法：此方法生产颗粒状冷水可溶淀粉既可达到批量生产，又可以实现工业化连续生产。 将1025份(质量比,干基)的未糊化玉米淀粉及5075份(质量比)的乙醇或丙醇，与1330份(质量比) 的水混合配成淀粉乳液，此淀粉乳在密闭容器中加热至149182并保温130 min，其压力大小依靠加热时自动产生的压力，约为2 8004 200 kPa。加热后，淀粉乳冷却至49左右，经过滤或离心从乳液中分离出GCWS（granular-cold-water-soluble ），分离后的GCWS用1 L左右的乙醇洗涤，然后在110温度下干燥4 h。,变性淀粉的分类,化学变性淀粉: 其深加工产品是指处理过程发生了化学变化，淀粉的基本结构发生了变化，甚至完全被破坏。 主要有 淀粉水解物 糊精 氧化淀粉 淀粉酯 淀粉醚 接支共聚淀粉,变性淀粉的分类,淀粉糖： 淀粉经酸水解完全糖化的最终产物是葡萄糖，而经不完全糖化的产物，其糖分组成为葡萄糖、麦芽糖、低聚糖、糊精等，统称为淀粉糖。有效的控制水解程度可得到饴糖、葡萄糖、麦芽糖和异构化糖。 葡萄糖甜味纯正，在食品工业中可作为甜味剂代替蔗糖； 麦芽糖和蔗糖大致相同，甜度较低，只有蔗糖的40%，所以可作为低甜味的糖品代替蔗糖。 麦芽糖的衍生物如麦芽醇糖是一种低热值甜味剂，甜味和蔗糖相似。麦芽醇糖是一种双歧因子，可促进肠道菌双歧杆菌的生长。,变性淀粉的分类,酸变性淀粉： 酸解淀粉，酸处理淀粉。是用酸来处理淀粉，改变淀粉团粒形状的一类变性淀粉。生产酸变性淀粉的主要目的是降低淀粉糊的粘度。降低粘度通过酸解断链，降低分子量完成。 酸变性淀粉基本保持原淀粉颗粒的形状，但在水中受热时就不同了，原淀粉受热后膨胀系数很大，而酸变性淀粉受热后破裂程度加剧，最后裂成碎片，流度越大，裂解程度亦越大。酸变性淀粉中直链淀粉含量增加，导致其凝沉作用增强，在热糊时酸变性淀粉是较透明的流体，一旦冷却由于老化，失去透明度，形成浑浊的坚实凝胶。,变性淀粉的分类,纺织工业中由于酸变性淀粉粘度低，能配制高浓度的浆料，渗透力强，成膜性好，水溶性高，被广泛应用于棉、合成纤维或混纺制品的上浆和整理。 造纸工业中利用其特性作为特种纸张表面涂胶剂，改善纸张的耐磨性、耐油性，并可提高印刷质量。 食品工业中主要用来制糖果及果冻食品，酸变性淀粉制作的糖果，质地紧凑，外形柔软，富有弹性，耐咀嚼，不粘纸，高温下不收缩，不起砂，提高了食品的稳定性。,变性淀粉的分类,氧化淀粉： 淀粉在酸、碱、中性介质中与氧化剂作用，使淀粉氧化。氧化淀粉具有低粘度、高固体分散性、极小的凝胶化作用等特点。 反应过程中淀粉分子链上引入了羰基和羧基，使直链淀粉的凝沉作用降到最低，大大提高了糊液的稳定性、成膜性、粘合性和透明度。氧化程度主要取决于氧化剂的种类和介质的pH值。 所用的氧化剂一般可分为三类： 酸性氧化剂 碱性氧化剂 中性氧化剂 研究较多的是次氯酸盐、高锰酸盐、双氧水和高碘酸。,变性淀粉的分类,次氯酸钠氧化淀粉： 当氧化淀粉羧基较少时(0.1%)，氧化主要发生在C1碳原子上，有少部分发生在C6碳原子上，C2和C3碳原子上没有发生氧化。随着氧化淀粉重羧基含量的增加(0.62.5%)，C1、C2、C3、C6碳原子都发生氧化，而且主要在C1、C2、C3碳原子上。 在酸性、碱性条件下反应很慢，而在中性或微酸、微碱环境下,反应最快。在酸性条件下，淀粉被质子化或水解，次氯酸钠以HOCl或Cl2形式存在。在碱性介质中，淀粉和碱形成钠盐，次氯酸钠主要以ClO-的形式存在。而在中性、微酸、微碱性介质中，次氯酸钠主要呈非离解状态，淀粉呈中性。非离解的次氯酸盐能产生淀粉次氯酸酯和水，酯分解产生氧化产物和氯化氢。,变性淀粉的分类,高锰酸钾氧化淀粉: 选择性差，可在不同部位氧化多种基团。 在酸性介质中，淀粉中颗粒不易溶胀活化，以致影响反应速度，且高锰酸钾在酸性介质中不稳定，易分解。而在碱性介质中，高锰酸钾加入后由紫色变为棕色过程很快，从棕色退至白色过程很慢。因而，整个氧化过程的大部分可以认为是MnO2对淀粉的氧化过程，气体物质的产生也基本都在前一过程。由此可以采用碱-酸两步氧化工艺，即将前期反应在碱性介质中进行，既保持前一过程的反应能以较快速度进行，又能避免前述不希望的副反应的发生；而反应的后期在酸性介质中进行，让高锰酸钾尽可能的发挥氧化能力，这样反应始终在较佳的条件下专一的进行。,变性淀粉的分类,双醛淀粉（DAS）： 通常以价格较为便宜的高碘酸钠作氧化剂，而且氧化淀粉后被还原为碘酸，再通过电解氧化成高碘酸，重复使用。最初使用一步法生产，即淀粉的氧化和碘酸的氧化在同一反应釜中进行。目前采用两步法：淀粉氧化和碘酸氧化过程分别进行。高碘酸与淀粉的反应具有高度的专一性，它只在葡萄糖残基(AGU)中的C2、C3上的羟基生成羰基，并拆开C2、C3之间的键形成双醛淀粉。,变性淀粉的分类,2019/4/19,17,可编辑,在反应过程中，所产生的游离醛基很少，主要的结构为半缩醛和半醛醇。这些键容易断裂而释放出醛基。因此双醛淀粉活性很强，可以与含羟基的纤维素反应。 在造纸工业中，双醛淀粉主要应用于造纸工业湿强增加剂,以增大卫生纸、面巾纸、地图纸和类似纸的湿强度。 在建筑材料方面，双醛淀粉作为水泥缓凝剂，其缓凝时间随缓凝剂加入量的增加而增加。 在纺织行业中可作为棉花纤维的交联剂，以提高其防收缩和防皱性能，同时可增加耐磨性。 用于照相工业，作为照相工业中感光板上胶质体的不溶剂和硬化剂。,变性淀粉的分类,双氧水氧化淀粉： 近年来有文献报道在水法工艺中用双氧水也能得到氧化淀粉。淀粉和双氧水在Fe2+的催化下属于游离基反应。 反应机理：,变性淀粉的分类,因为链的引发及传递均容易进行，所以反应阻力主要在于淀粉链上的羟基之间的氢键作用，只要破坏了氢键，使羟基获得了自由，反应便可顺利进行。 适当地控制反应的pH值是控制淀粉氧化程度的关键所在。,淀粉酯： 淀粉分子中含有丰富的羟基，羟基的存在就可以和酸发生酯化，生成淀粉酯。在淀粉分子中有三个游离的羟基，因此可以形成单酯、双酯和三酯化合物。淀粉酯分为无机酸酯和有机酸酯两类。其中用途最大的淀粉无机酸酯是淀粉磷酸酯和淀粉黄原酸酯；淀粉有机酸酯最主要的是淀粉醋酸酯。,变性淀粉的分类,淀粉磷酸酯： 淀粉与磷酸盐反应制得磷酸酯淀粉，即使很低的取代度也能明显地改变原淀粉的性质。磷酸为三价酸，能与淀粉分子中的三个羟基起反应。因此，淀粉磷酸酯通常分为两类：磷酸单酯(即磷酸的三个酸性官能团中只有一个酸性官能团能与淀粉上的羟基酯化)和磷酸单酯、双酯和三酯的混合物(即磷酸分子中有一个以上的酸性官能团被酯化)。 用在食品工业中,是一种良好的乳化剂。此外，淀粉磷酸酯在纺织工业中用作上浆、印染和织物整理。废水处理中用作絮凝剂。在医药上，它可作为药物的填充剂。,变性淀粉的分类,淀粉黄原酸酯： 在碱性条件下，二硫化碳(CS2)与淀粉分子中的羟基起酯化反应得淀粉黄原酸酯。淀粉黄原酸钠的稳定性差，溶液在储存的过程中发生氧化、水解等反应，从而引起含硫量降低。如果在空气中的氧化或其它氧化剂存在的条件下，淀粉黄原酸酯钠氧化反应生成交联淀粉黄原酸双酯，大大提高了稳定性。 在废水处理中，淀粉黄原酸酯用来除去重金属离子；在造纸工业中，它可作为造纸添加剂与纤维共沉淀，提高纸的干湿强度、抗破裂强度和耐折度。,变性淀粉的分类,淀粉醋酸酯： 淀粉醋酸酯又称乙酰化淀粉或乙酸淀粉，淀粉醋酸酯是在淀粉分子中引入少量的酯基团，因而阻碍或减少了直链淀粉分子间的氢键缔合，使淀粉醋酸酯的许多性质优于天然淀粉。如糊化温度降低，糊化容易。乙酰化程度越高，糊化温度越低，糊稳定性增加，凝成性减弱，透明度好，成膜性好，膜柔软光亮，又较易溶于水，适用于纺织和造纸工业。,变性淀粉的分类,淀粉醚： 醚化淀粉是淀粉分子中的羟基与反应活性物质反应生成的淀粉取代基醚，包括羟烷基淀粉、羧甲基淀粉、阳离子淀粉等。由于淀粉的醚化作用提高了粘度稳定性，且在强碱性条件下醚键不易发生水解，因此，醚化淀粉在许多工业领域中得以应用。 羧甲基淀粉(CMS)是阴离子型的天然产物的变性体，是能溶于冷水的天然高分子聚电解质醚。在食品工业中，CMS对人体无毒无害，可作为品质改良剂用于面包和糕点加工，制成品具有优异的形状、色泽和味道，用于果酱、沙司、肉汁等食品中，可使其平滑、稠浓、透明；CMS还可作食品保鲜剂。,变性淀粉的分类,交联淀粉: 交联淀粉是淀粉与具有两个或多个官能团的化学试剂反应，淀粉分子的羟基间形成醚化或酯化键而交联起来的一种衍生物。凡是具有两个或多个官能团，能与淀粉分子中两个或多个羟基起反应的化学试剂都可以作为交联剂。 工业生产上普遍应用的为数不多，主要有三偏磷酸钠和三氯氧磷，前者具有两个官能团，后者具有三个官能团，这两种交联剂无毒，制成的交联淀粉可应用于食品工业。,变性淀粉的分类,交联淀粉提高了糊化温度和粘度，抗剪切力比原淀粉糊稳定程度有很大提高，原淀粉糊粘度受剪切力影响降低很多，而经低度交联便能提高稳定性，交联淀粉的抗酸、碱稳定性也大大优于原淀粉。 在食品工业中，利用交联淀粉具有较高的冷冻稳定性和冻融稳定性，特别适用于冷冻食品，在低温下较长时间冷冻或冷冻融化多次，食品仍能保持原来的结构不发生变化。交联淀粉可用于色拉调味汁的增稠剂。 在医药方面，国外医用外科手术手套、乳胶套等乳胶制品的润滑剂使用的就是交联淀粉。,变性淀粉的分类,生物变性淀粉： 生物变性淀粉是指利用生物或生物化学的手段改变天然淀粉的性质，通过微生物发酵或酶催化制得的具有特定性能和用途的产品，是生物技术与化学工程的结合，故又称为生物化工产品。 利用淀粉为原料，通过微生物发酵的方法可制得许多淀粉化工产品，如酒精、甘油、各类有机酸、氨基酸和生物色素等。通过酶催化可制得果糖、糖浆及葡萄糖等酶降解淀粉和环糊精。,变性淀粉的分类,环糊精： 是以淀粉为原料经环糊精葡萄糖基转移酶作用发生葡萄糖基转移反应，生成由612个葡萄糖分子通过-1，4糖苷键连接而成的具有特殊环状空腔结构的环状非还原性低聚糖的总称。环糊精中研究和应用最多的是分别由6、7和8个脱水葡萄糖单位组成的-、-和-环状糊精。 在医药工业中，利用-环糊精与药物形成包接物，可以起到稳定、缓释、乳化、提