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变性淀粉 2019 12 27 1 定义 变性淀粉 亦称改性淀粉 它是指利用物理 化学或酶的手段来改变天然淀粉的性质 通过分子切断 重排 氧化或在淀粉分子中引入取代基可制得性质发生变化 加强或具有新的性质的淀粉衍生物 2019 12 27 2 变性淀粉的分类与制备 按照变性的处理方法 物理变性淀粉包括 糊化淀粉 超高频辐射处理淀粉 烟熏淀粉等 化学变性淀粉包括 糊精 酶变性淀粉 氧化淀粉 酯化淀粉 醚化淀粉 交联淀粉 接枝淀粉等 酶法变性淀粉包括 直链淀粉 糊精 兰鲁布等 其中 化学方法生产的变性淀粉种类最多 用途最广 2019 12 27 3 变性淀粉的生产方法生产方法的选择选择变性淀粉的生产方法应该依据生产品种及品种的多少 生产规模 装备水平等因素综合考虑 随着变性淀粉生产技术水平的不断提高和应用技术的不断改善 同一品种的变性淀粉可以应用于不同领域 不同品种的变性淀粉也可以用于同一领域 这使得选择什么样的生产方法去面向市场就更加复杂化和具体化 原则上讲多品种 大规模生产应当以湿法为主 单一品种 大规模生产应以干法为主 投资不大的小规模装置则十分灵活 一般来说 生产品种和品种的多少是选择何种生产方法的先决条件 2019 12 27 4 干法生产变性淀粉干法是在 干 的状态下完成变性反应的 所以称为干法 所说的 干 的状态并不是没有水 因为没有水 或有机溶剂 存在 变性反应是无法进行的 干法用了很少量的水 通常在20 左右 含水20 以下的淀粉 几乎看不出有水分存在 也正因为反应系统中含水量很少 所以干法生产中一个最大的困难是淀粉与化学试剂的均匀混合问题 工业上除采用专门的混合设备以外 还采用在湿的状态下混合 干的状态下反应 分二步完成变性淀粉的生产 采用干法生产的变性淀粉的类别比较少 其中产量最大 应用最普遍的是白糊精 黄糊精及其他酸降解的变性淀粉 由于干法生产的黄 白糊精及酸解淀粉等产量大 应用范围广 加之干法生产产品收率高 无污染等原因 所以干法是一种很有前途的方法 特别是随着干法生产的不同深度的酸降解淀粉的广泛应用和干法生产变性淀粉品种的增加 干法生产将越来越引起人们的重视 2019 12 27 5 湿法生产变性淀粉湿法也称为浆法 是将淀粉分散在水其他液体介质中 配成一定浓度的悬浮液 在中等温度条件下与化学试剂进行氧化 酸化 酯化 醚化 交联等改性反应 生成变性淀粉 由于在湿的条件下进行反应 所以称湿法 如果采用的分散介质不是水 而是有机溶剂 或含水的混合溶剂时 为了区别水又称为溶剂法 其实质与湿法相同 由于有机溶剂的价格昂贵 多数又有易燃易爆的危险 回收起来又很麻烦 所以只有生产高取代度 高附加值产品时才采用 2019 12 27 6 干法与湿法的比较干法和湿法是变性淀粉生产中最常采用的方法 各有其优缺点 1 湿法应用普遍 几乎任何品种的变性淀粉都可以采用湿法生产 干法则仅仅适用于生产少数几个品种 如糊精 酸降解淀粉 磷酸酯淀粉等 尽管产量不小 但品种不多 2 湿法生产的反应条件温和 反应温度不高于60 压力为常压 干法反应温度高 通常为140 180 有的要在真空条件下进行反应 3 湿法反应时间长 一般为24 48小时 干法反应时间短 一般为1 4小时 4 湿法生产流程长 要经洗涤 脱水 干燥等几个工序 干法流程短 无需进行洗涤 脱水 干燥等工序 因此干法生产成本低 5 湿法收率低 一般为90 95 干法几乎没有损失 收率多在98 以上 6 湿法耗水 有污染 通常每生产1吨变性淀粉可产生3 5 3污水 而干法则不使用水 也没有污水排放 7 湿法反应器结构简单 可采用搪瓷 玻璃钢和钢衬玻璃钢 反应器可以做成较大的 最大可达70 3 干法反应器结构比较复杂 需用特殊材料制造 反应器的体积不能太大 最大不超过10 3 2019 12 27 7 变性淀粉的应用变性淀粉在食品工业的应用 变性淀粉大多具有糊化温度低 糊透明度高 淀粉糊黏度大而且稳定性好 凝沉性小 抗冻性能好 成膜性好以及耐酸 耐碱和机械性强等许多优良特性 因此变性淀粉在近几十年间得到了高速发展 广泛地应用于食品工业 变性淀粉在食品中应用特性可概括为如下五个方面 2019 12 27 8 1 变性淀粉的增稠稳定作用由于变性淀粉分子中含有许多醇羟基 或羧基 等亲水性基团 能与水发生水化作用 羧甲基 2 羟丙基 2 2 2 和醋酸根 3 等基团的引入 削弱了原淀粉分子间的氢键作用 使水化作用增强 因而使其具有良好的增稠性和稳定性 因此 大多数的变性淀粉在水中甚至冷水中都能膨胀并形成均匀透明且稳定性好的高黏度糊液 因而具有良好的增稠性能 另外 酸性基团的引入和强的化学键合作用 使得变性淀粉在高温 高剪切力和低 值条件下能保持较高的黏度稳定性 2019 12 27 9 2 变性淀粉的乳化作用用于食品工业具有乳化作用的变性淀粉主要包括 淀粉磷酸酯钠 羧甲基淀粉 辛烯基琥珀酸淀粉酯及 环状糊精等 其中淀粉磷酸酯钠和羧甲基淀粉是高分子电解质 具有一定表面活性 可作为特低脂质冰淇淋增稠乳化剂使用 辛烯基琥珀酸淀粉酯具有亲水和亲油基团 是一种表面活性剂 可以用作香料 维生素 香精和油脂的乳化剂 提高它们在饮料中的稳定性 便于饮料色和味道的稳定 环状糊精作为食品乳化剂不同于常用的食品表面活性剂 由于它内部空腔疏水 外部空腔亲水 且有很强的黏性 故可用于制造掼奶油 又称搅打稀奶油 调味油 奶醋和冰淇淋以增强稳定性 2019 12 27 10 3 变性淀粉的胶凝作用食品工业中主要有酸解淀粉 氧化淀粉和交联淀粉等变性淀粉用作胶凝剂 用酸解淀粉和氧化淀粉生产牛皮糖等糖果 制得的软糖具有强度高 可口性好等特点 而用酸变性淀粉生产的奶糖则具有不黏纸 不黏牙 耐口嚼等特性 用氧化淀粉代替阿拉伯胶生产胶姆糖等糖果 可大大延长产品的存放期 另外 用淀粉磷酸双酯代替明胶生产的果冻 其凝胶结构 质地口感与明胶产品没有差别 放置较长时间后也不产生老化现象 淀粉磷酸双酯用于冰淇淋的生产 制得的冰淇淋膨胀率与用明胶时相当 且其他感官性质也相似 2019 12 27 11 4 变性淀粉的脂肪替代物作用变性淀粉类脂肪替代品可广泛用于色拉调味料 人造奶油 夹心酱 涂抹制品 香肠肉馅 冷冻甜品等食品中 但不太适用于低水分的食品 如曲奇等饼干 人们一方面怀有对肥胖和其他与脂肪摄过量有关疾病的恐惧 另一方面对油脂带来的美味难以割舍 微孔淀粉粉碎后 能作为脂肪替代物以减少食品中热量 成为其应用又一种要方面 对微孔淀粉进行处理 如用双功能团试剂如三偏磷酸钠 二羧酸衍生物进行交联 或者吸附甲基纤维素 聚乙烯乙醚等表面活性剂 或者酯化 醚化等化学键共价联接以改变其流变学性质和感官性质 然后粉碎形成0 1 1 小粒 用于食品中部分或完全替代其中脂肪以减少热量摄入 2019 12 27 12 2019 12 27 13 变性淀粉的载体作用食品工业中变性淀粉作为载体作用主要可分为如下三种作用 微胶囊化壁材的成膜作用 环状糊精的包接络合作用 微孔淀粉的吸附作用 2019 12 27 14 变性淀粉在造纸工业的应用纸制品的基本成分是纤维素 纸张的生产过程中 含有较多水的纤维浆液经压榨去水 使纤维素紧密相连以达到最佳结合 为此 必须将纤维素精磨成微纤维 增大交织面积 但过分精磨会使纸失去固有的特性 如透气性 柔韧性和白度 如果在纤维浆液中加入某种变性淀粉 不仅可以保持纸张固有的特性 还可给纸张增添一些特殊性能 主要的造纸工业用变性淀粉有阴离子淀粉 氧化淀粉 磷酸酯淀粉 羧甲基淀粉 阳离子淀粉 两性多元变性淀粉 其他变性淀粉 接枝淀粉 复合变性淀粉 2019 12 27 15 纸用变性淀粉在造纸上添加只有2 左右 但对造纸产品的质量影响很大 造纸工业中变性淀粉的功用主要是作为湿部添加剂 层间或表面喷雾剂 表面施胶剂以及涂布黏合剂 它能提高纸张的物理强度 在加工中起到助留 助滤 改善施胶效果 改善表面性能等效果 从而提高纸的档次 节约优质纤维 节约原材料 提高施胶剂的留着率及其用量 提高表面强度 改善印刷适性等 2019 12 27 16 变性淀粉在纺织工业的应用目前纺织应用的变性淀粉品种很多 大致上可分为下列几种类型 第一类是以切断淀粉大分子上的甙键 以降低聚合度和黏度 使能增加使用浓度和水分散性为主要目的的如酸解淀粉 酶分解淀粉 以及利用氧化剂使甙键断裂 在大分子上产生部分羧酸 酮基基团 提高对疏水性纤维的黏着性 这类变性淀粉价格比较低廉 生产的工厂比较多 在纺织厂使用历史较长 应用面较广 是纺织厂使用变性淀粉的主要品种 2019 12 27 17 第二类为引进某些化学基团以提高浆液的水分散性 抗凝胶性及黏着力为主要目的的淀粉衍生物 如醚化 酯化淀粉 这类变性淀粉在与疏水性纤维的黏着力以及抗凝冻性能上较之第一类有着一定程度的改善 这类变性淀粉浆料今年来发展较快 目前进口的变性淀粉浆料也大多属于这一类 此外还有利用催化剂的作用 以醛 酸酐 环氧化合物或烯烃类化合物与淀粉大分子的羟基反应 形成分子间的交联 交联淀粉热黏度稳定 但在大分子柔顺性进一步恶化 浆膜脆硬 强度大而伸度小 除了上述之外 尚有复合变性 双变性 淀粉 上述几类产品 国内都有生产而且在纺织厂得到应用 这些变性淀粉在降低黏度 提高黏度的热稳定性和对涤棉纱线的黏着力以及浆液的流动性等都有不同程度的改善 2019 12 27 18 变性淀粉在医药工业的应用现代的医药工业几乎有一半需要淀粉 抗菌素多以葡萄糖为碳源 也有直接以淀粉为原料 片剂生产大部分采用淀粉 淀粉无毒性 资源丰富和价廉 是很好的辅料 变性淀粉在医药工业主要作为片剂的赋形剂 外科手套的润滑剂及医用撒粉辅料 代血浆 药物载体 淀粉微球 另外在湿布药用基材的增粘剂 治疗尿毒症 降低血液中胆固醇和防止动脉硬化等产品中也用到变性淀粉 2019 12 27 19 变性淀粉在塑料工业的应用塑料工业的迅速发展使 白色污染 日趋严重 为保护人类安全的生存环境 研究开发可快速降解塑料以取代现行塑料制品已势在必行 降解塑料是指在特定环境中化学结构发生重大改变并导致在确定时间内出现特定性能损失的塑料 利用淀粉的变性淀粉生产可降解塑料不仅是淀粉深加工所面临的前所未有的机遇 而且是治理白色污染 保护环境和生态平衡的有效途径之一 具有巨大的经济效益 社会效益和生态效益 现在有报道主要从两方面入手 一是用淀粉和其他聚合物 尤其是生物降解材料 制成塑料薄膜或注塑料成各种制品 二是合成含热塑性侧链的淀粉 进行制膜和注塑成各种制品 2019 12 27 20 石油工业用变性淀粉淀粉具有增稠 凝胶 粘结与成膜等性能 通过改变淀粉的特性 可人为提高或抑制原有的某些性能 或赋予它以新的特性 因而是具有多种功能的水溶性聚合物之一 又因原料来源丰富 且价格便宜 在石油工业应用中占有油田化学剂中水溶性聚合物的一定比例 它一般被作为降失水剂 料浆流变改性 滤失控制等功能 主要用到的变性淀粉有预糊化淀粉 醚化淀粉和接枝共聚淀粉等 2019 12 27 21 变性淀粉是十九世纪末开始出现的 至今已有一百多年的历史 用途越来越广 用量越来越大 我国化学改性淀粉的研究始于二十世纪八十年代 现已取得了长足的发展 但与欧美国家相比还有不小的差距 如产品品种少且多为单一改性 工艺落后 特别是基础理论研究偏少 经过10余年的发展 国内各种原淀粉及以淀粉为原料的产品的竞争越来越激烈 各生产企业都想尽办法来降低生产成本 提高产品质量 开发新产品 使自已的产品具有竞争力 具有卓越性能的各种变性淀粉以其特有的魅力得到各生产厂家的青睐 因此变性淀粉具有巨大的发展潜力是毋庸置疑的 2019 12 27 22 变性淀粉是十九世纪末开始出现的 至今已有一百多年