天然淀粉的改性及应用.ppt

天然淀粉的改性及应用 高分子11219号黄贤鹏 一 天然淀粉的改性 淀粉是天然高分子聚合物 是自然界来源最丰富的一种可再生物质 可降解 不会对环境造成污染 由直链淀粉和支链淀粉两部分组成 其水解的终产物为葡萄糖 改性淀粉以天然淀粉为原料经过特定的化学方法 物理方法 酶处理法 改良其原有性能的淀粉 1 改性淀粉的分类 1 1 物理变性类 天然淀粉用高温 辐射 烟熏等物理方法处理 可得到多种变性淀粉 这里以预糊化淀粉为例说明其改性过程及其工业应用 预糊化淀粉也称 2淀粉 是将完全糊化的天然淀粉在高温下迅速干燥而得到的一种多孔 无明显结晶现象的淀粉颗粒 其特点是糖苷链之间的氢键断开 具有快速溶于冷水 成糊后粘度高 吸水性强的特性 在食品工业中预糊化淀粉可用于增稠 保型 稳定冷冻食品内部组织结构等方面 在饲料工业中用作饲料的粘合剂 在制药工业中用作西药片的平衡物质兼粘合剂 在化妆品行业中用来制作爽身粉 护肤粉 此外 预糊化淀粉还广泛应用于金属铸造 造纸 建筑 纺织等工业部门 1 2 降解 氧化类 这是改性淀粉中的一大类 包括各种酸解 水解 高温降解 酶解 氧化产物 此处着重介绍环状糊精 淀粉在芽孢杆菌分泌的环状糊精生成酶作用下降解可产生具有特殊环状结构的环状糊精 它是由六个以上葡萄糖残基通过 2 1 4 糖苷键联结而成的环状低聚糖 环状糊精分为 三种 分别含有六 七 八个葡萄糖分子 环内侧为疏水区 外侧为亲水区 能吸附一些有机物质或小分子无机物 自1931年维勒斯发现环状糊精以来 其应用日益扩大 其中由七个葡萄糖残基组成的 2环状糊精效果最好 其作用有以下几个方面 作为香气物质和食用色素的稳定剂 使香气物质减缓挥发 食用色素减缓氧化 改善食品风味 除却异杂味 苦味 腥味 形成包接复合物 保护食品营养成分 保护药品中的有效成分 作乳化剂和起泡助进剂 另外 有报道指出 用 2环状糊精对蔬菜作预处理 可显著提高脱水蔬菜质量 1 3 淀粉衍生物 这类改性淀粉是在不引起解聚的情况下导入某种官能团 包括 1 酯化淀粉 即淀粉分子羟基被有机酸或无机酸酯化 如淀粉醋酸酯 淀粉顺丁烯二酸酯 淀粉磷酸酯 淀粉硝酸酯等 2 醚化淀粉 是淀粉分子羟基被反应活性物质反应而成淀粉取代基醚 它们又可以细分为A 烷基淀粉醚如甲基淀粉 乙基淀粉 B 羟烷基淀粉醚如羟乙基淀粉 羟丙基淀粉 C 取代烷基淀粉醚如阳离子淀粉 D 不饱和烷基淀粉醚 3 其它取代基淀粉 如羧甲基淀粉 淀粉衍生作用能改变淀粉的糊化和蒸煮特性 减弱直链淀粉凝沉和胶凝倾向 增加淀粉低温分散系的持水性 此外取代羟基的基团具一定特性 使变性产品在胶凝 增稠 粘合及成膜方面得到改善 如淀粉与三聚磷酸纳 STP 通过干热反应可制得淀粉磷酸单脂 它是一种阴离子衍生物 与原淀粉相比 它具有较高粘度 较清晰稳定的分散体系 其分散液对冻结的作用非常稳定 由于其离子化性质 可作为一种良好的乳化剂 在食品工业中淀粉磷酸单脂除作为增稠剂使用外 还具有耐老化性 保水性和保型稳定性 特别适用于需要冷冻贮藏的食品 在造纸工业上 它常被用作添加剂 用以改善纸张强度 提高填料的保持能力 1 4 大分子化或高分子化型 这类淀粉分子量比改性前增大 当用双官能团或多官能团试剂处理淀粉时就产生交联反应而成交联淀粉 交联作用可降低烧煮时淀粉的膨胀度 提高膜强度 且其分散液抗剪切性增大 当要求淀粉糊在高温 搅拌剪切作用或低pH值条件下应用时 一般都使用交联淀粉 当原淀粉与引发剂 单体作用时可产生接枝共聚物 不同单体产生的共聚物性质不同 如淀粉与丙烯腈共聚物经皂化成一种无毒无刺激性的强吸水剂 该产品可大量用于婴儿尿布 妇女卫生巾的制造 二 改性淀粉在不同领域中的应用 1 在食品行业中的应用 2 在水处理中的应用 3 在造纸工业中的应用 4 在医药方面中的应用 5 在制革工业中的应用 6 在铸造业中的应用 7 在其它领域的应用 在食品行业中的应用 改性淀粉由于耐热 耐酸 具有良好的黏着性 稳定性 凝胶性和淀粉糊的透明度 较好的弥补和改善普通淀粉的不足 在食品行业有着广泛的用途 交联淀粉广泛应用于食品的增稠剂中 尤其是需要粘度稳定性很好的浓溶液中 低交联度的淀粉可以在水果馅饼中用作填充料 加入罐头中可使其耐灭菌处理 酸法变性淀粉则大大提高了淀粉的凝胶性 用于果冻 夹心饼 软糖的生产 淀粉衍生物醋酸淀粉酯在食品工业中用作耐酸粘合剂 Hung P V 和Morita N 2004 研究还表明 交联键能加强淀粉颗粒之间的结合作用 使之较稳定存在 从而糊液有较好的流动性 李文钊等将一种T0098预糊化淀粉应用在面包中 可延缓老化 使烘焙制品保持柔软蓬松 延长保存期 王玉田等人将玉米改性淀粉应用于灌肠制品中 发现灌肠制品在弹性 气味 滋味和组织状态及贮藏方面均有很大改善 并具有较高的成品率和经济效益 在水处理中的应用 改性淀粉作为一种很有发展前途的新型水处理剂 已经得到越来越多的重视 尽管作为絮凝剂直接投加于天然原水中效果并不佳 但作为助凝剂与聚合氯化铝配合使用 它们在处理低温低浊水方面体现了很好的助凝性能 而环状糊精则多用于对水中有机杂质的吸附去除 Tiravanti等报道利用不溶性淀粉原酸酯作为金属回收的沉降剂 去除工业废水中含有的银 铜 铬 镉 铝等离子 D Sableviciene等 以N 2 3 环氧丙基 三甲基氯化铵为醚化剂 合成高取代度马铃薯阳离子淀粉 处理50g L的高岭土的浊水 试验取得了成功 S Pal等合成了一系列阳离子淀粉 对硅土悬浮物具有良好的絮凝效果 裘兆蓉等合成了一种高密度阳离子高分子絮凝剂 该絮凝剂相对分子质量为66万时 对石油污水的澄清效果比相对分子质量为800万的聚丙烯酰胺絮凝剂效果好 在造纸工业中的应用 淀粉作为一种来源广泛 价格低廉的天然植物产品 由于其分子结构与造纸纤维原料中纤维分子的结构极其相似而被广泛应用于造纸工业 在造纸工业中占有重要地位 造纸工业中改性淀粉的应用最早是用作表面涂布胶料 后来在湿布加工过程中大量用做各种增强剂和助留助滤剂等 改性淀粉主要应用在制剂的四个部位 湿布 网布 压榨施胶部和涂布部 美国 日本 英国等发达国家早在20世纪70年代就开发了作为助留 增强 助滤及涂布用的两性淀粉 其应用效果明显高于普通阴 阳离子淀粉 但价格较贵 1990年 我国成功开发了适用于草 木浆增强的多元改性淀粉HC 3 近年来又相继开发成功YZ 151 YZ 152 YZ 128等系列多元改性淀粉 由于合成工艺也做了极大的改进 制造成本大幅度下降 因此目前许多大中型纸厂正在使用我国自主研发的多元改性淀粉 在医药方面中的应用 由于淀粉良好的生物降解性和生物相溶性 因此淀粉及其改性物在医疗卫生方面有潜在的应用价值 淀粉的溶胀性能 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都是影响淀粉在医用领域应用的主要原因 Christoph等以磁流体包裹淀粉颗粒制得磁性淀粉微球 并将米托蒽醌抗癌药物直接注入淀粉微球内 注入剂量只有常规用药的50 载药淀粉微球可直接动脉注射给药 体外磁场控制直接达到患处 Marques等分别将淀粉和乙酸纤维素 乙烯 乙烯醇共聚物混合后与羟基磷灰石反应制得一种新型淀粉聚合物 具有高度细胞生物相溶性 低细胞毒性等优点 应用在医学上的骨头支撑物或代替材料 在制革工业中的应用 淀粉是一种性能良好的填充剂 但易发霉 因此 经适当改性且能提高其稳定性 制成的改性淀粉可用于皮革的填充 并赋予皮革良好的品质 吕生华等用经过酶适当降解的淀粉与乙烯基类单体接枝聚合反应 得到了一种性能优异的改性淀粉复鞣剂 对降低制革工业污染具有积极意义 赵军宁等人对乳液接枝共聚改性淀粉的复鞣剂的应用进行了研究 他们发现用改性淀粉的复鞣剂复鞣后的坏革粒面细致 增厚明显 柔软性和丰满性良好 仅染色深时的效果稍差于铬复鞣坏革 郑巨孟等人 15 以淀粉为主要原料 通过淀粉降解 接枝改性等处理方法制的了性能优异的SAB复鞣剂 在铸造业中的应用 在砂型铸造生产中 为得到高强度 高质量以及适合高效率生产的砂型和型蕊 必须选择适宜的型蕊砂粘结剂 周霞等 16 以CMS为粘结剂 添加少量膨润土 石墨粉和磷酸盐的蕊砂 可制得综合性能优良的蕊砂 用这种蕊砂代替呋喃树脂砂蕊浇铸的铸件内腔表面质量好 无气孔缺陷 古德 17 认为改性淀粉在湿型砂中能提高型砂的湿压 湿抗剪强度和热湿拉强度 相对反映出提高型砂的抗热爆性能 更适应及其造型 在其它领域中的应用 淀粉是由葡萄糖构成的天然高分子化合物 在表面活性剂工业中被大量用于制备小分子表面活性剂 如山梨酸醇脂肪酸系列小分子表面活性剂 烷基多苷系列小分子表面活性剂等 淀粉的分解产物糊精在纺织印染中可以增稠燃料 低交联度的淀粉可用作纺织染色浆料的添加剂 也可用作粘结剂 阳离子淀粉在纺织中可作浆料和絮凝剂 氧化淀粉具有粘度低 色泽白 成膜性好 不易吸潮 粘结强度高 弹性大 纸箱不易变形 主要用作胶黏剂 此外 改性淀粉还被用作全淀粉可降解塑料的生产原料 可以被用于油田钻井作为泥浆处理剂 被用于轮胎生产作为胶料补强剂 被用于高性能陶瓷制备作为粘结剂 造孔剂等 三 展望 天然淀粉改性后的种类很多 通过不同的途径 可得到不同用途的改性淀粉 通过改性改变淀粉的天然性质 增加其某些功能性或引进新的特性 使其更适合于一定应用的要求 但我国淀粉研究仍存在许多问题 和国外相比还有很大差距 主要体现在改性淀粉种类少 性能差 改性工艺和技术不先进 成本高 产业化水平低 因此 未来改性淀粉的研发