� � � � 年第 � 期 热 带 农 业 工 程
变性淀粉及其应用
尹 平
�华南热带农产品加工设计研究所 广东湛江 �� �� �� �
摘要 �
业用途 。
关扭词 �
综述了天然淀粉变性处理的原理 、方法 , 阐述淀粉变性的徽观机理及各种淀粉衍生物的生成方法和工
淀粉 � 变性处理 � 淀粉衍生物 ,变性淀粉
前言
众所周知 , 淀粉 �� ��� �� �是一种来源丰
富的可再生性资源 ,是植物光合作用的产物。
天然淀粉及淀粉衍生物具有的特性使其在生
命活动和工业生产中都有着广泛的用途 。 夭
然淀粉具有许多性质上的不足之处 � 如不溶
于冷水 、淀粉糊易老化脱水 、被膜性差 、缺乏
乳化力 、耐药性和耐机械性差等 �而通过使用
化学或物理方法处理天然淀粉后 , 能改善其
部分物理特性使之符合某种特定工业用途的
要求 , 这种处理过程称为淀粉的变性 �� 。
自从 � � � � 年首次发现淀粉变性后 , 在很
长一段时间内淀粉变性技术发展相当缓慢 �
二战以后 , 对淀粉变性的研究才迅猛发展 , 变
性淀粉的种类越来越多 �到 目前为止 , 在淀粉
技术最发达的美国 , 变性淀粉产量已占淀粉
产品总产量 �� �以上 , 变性淀粉广泛应用于
各工业部门 ��〕。
� 天然淀粉的组成和化学结构
淀粉是一种多糖物质 �� � ��� � ! �� � ��� � ,
由多个葡萄糖分子失水缩合而成 。根据葡萄糖
失水缩合的方式不同 , 可将淀粉分为两大类 �
直链 淀 粉 �� � ���� �� 和 支链淀 粉 �� � ��
�� �� �� ! ∀ 。 直链淀粉是由葡萄糖单位通过 �一
�� , �� 糖昔键缩合而成 �而支链淀粉中除含有
� 一 �� , � �糖昔键外还含有 ��一 � �的 。一
�� , �� 糖昔键和极少量的 � 一 �� , �� 糖昔键 , 因
此呈现分支结构 �如图 � , 图 � , 图 � , 图 �� ��
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图 � 直链淀粉示意图
热 带 农 业 工 程 � � � � 年第 � 期
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植物中淀粉粒大小不同 , 部分植物淀粉粒大
小如表 � 所示 � �〕。
衰 � 各种核食淀粉箱粒大小 �单位 � 拜� ��’〕
淀粉颗粒来源 颗粒大小
� �� � � �
平均大小
由于化学结构不 同 , 直链淀粉和支链淀
粉性质有较大的差别 � 直链淀粉分子量较小 ,
约 � · � � �少一 �� � � �� ‘ , 易溶于热水 , 溶解后
粘度较低 � 支链淀粉分子量较大 , 约 � � � �
�� ‘� �� � � �� 。 , 只有在加热加压的条件下才
溶于水 ,形成的溶液粘性大 。
一般植物淀粉中都同时含有直链淀粉和
支链淀粉 , 只有极少数植物例外 。在不同植物
淀粉中 , 这两类淀粉含量差别较大 �见表 � � ,
工业上用硫酸镁将这两类不同的淀粉加以分
离 。
马铃挤
大米
小麦
玉米
甘挤
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�一 �� , � �� �� � � � � , �� � � �
图 � 支链淀粉示惫图 �� � �
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天然淀粉粒主要成分是支链淀粉和直链
淀粉 , 此外通常还含有 �� 一 �� 水分 、少
量蛋白质 、脂类 、磷和微量无机物 。
表 � 几种植物淀粉中直链淀粉和支链淀粉含� 闭
直链淀粉 �� � 支链淀粉�� �
� 淀粉的主要性质和用途
淀粉的主要生物学作用是通过氧化而释
放能量供生命活动所需 �它的一些转化产物
如糖脂 、糖蛋白等 ,是构成人体各种组织的重
要物质 , 此外 , 淀粉作为一种重要工业原料 ,
被广泛应用于各工业部门 。 其主要性质及相
关用途可概括为以下几方面 �� 。
� � � 溶解性
原淀粉在冷水中不溶解 , 比重为 � � � , 大
于水的比重 。 工业上利用这一性质从植物中
提取原淀粉 。
� � � 降解
淀粉在酸和淀粉酶作用下可被降解 �降
解沿着 以下路线进行 � 淀粉� 红色糊精� 无
色糊精 � 麦芽糖� 葡萄糖 �淀粉及其转化产
品可用于酿酒 、食品 、医药 、化妆品 、粘接剂 、
饮料 、印染 、造纸等工业部 门 。
� � � 淀粉的吸附作用
许多有机物或无机小分子物质如碘 , 易
被淀粉吸附 , 利用此性质可用来检验淀粉的
存在及其降解程度 , 也可将其作为色素吸附
剂 , 除臭剂等使用 。
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名称
小麦
稻米
播米
玉米
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福玉米
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天然淀粉并非以游离分子状态存在于植
物器官中 , 而是以颗粒形态存在 。每个淀粉粒
包括多个直链淀粉和支链淀粉分子 , 它们之
间通过氢键相互连成胶束状态 。 整个淀粉粒
由内向外分三个部分 � 结晶区 、半结晶区和非
结晶区 �支链淀粉是结晶区的主要成分 , 结合
较紧密 �直链淀粉之间氢键力较弱 , 多存在于
非结晶区 , 容易从整个淀粉中游离出来 。不同
� � � � 年第 � 期 热 带 农 业 工 程
�� � 淀粉的糊化和老化
淀粉粒 中的直链淀粉或支链淀粉之间由
于存在着较强的氢键作用 , 故其在冷水 中不
易溶解 �如果将淀粉粒与水一起加热 , 则氢键
作用被破坏以致吸水膨胀 , 体积可增至原来
的儿十倍甚至上百倍 , 原有的胶束状态部分
被破坏 , 在热水中形成粘性很大的糊状物 , 该
过程被称为淀粉的糊化 �糊化的淀粉称为 �
一淀粉 , 原来的生淀粉称为 俘一淀粉 。 。一淀
粉结构松弛 , 更易被酶或酸水解成葡萄糖 , 并
发出芳香味 , 便于食用 。
糊化的淀粉放置一段时间后 , 由于温度
降低 , 淀粉分子重新排列 ,相互间以轻基形成
氢键 , 析出水分而产生离浆现象 , 该过程称为
淀粉的老化 �老化的淀粉不能复原成生淀粉 ,
不易被淀粉酶作用 。
� 淀粉的变性
天然淀粉具有广泛用途 , 但 尚不能满足
工业上各种特定需要 , 在天然淀粉原有性质
基础上� , 将其经过各种物理或化学方法处理
后 , 就能改良原有的性能甚至增加新的性能 ,
更加广泛地应用于工业生产各部 门 。
� � � 变性淀粉的定义
对于什么是变性淀粉 , 不同的作者有不
同的限定 ,通常所说的变性淀粉是指淀粉 中
经基经受化学反应或糊精内部结构分配的改
变而得到的产物 。淀粉变性的主要产品有 � 淀
粉的各种分解产物 �如各种糊精 、氧化淀粉
等 � 、 �一淀粉 、交联淀粉、淀粉衍生物 �如淀粉
脂 、淀粉醚 �等 � ‘〕。
� � � 淀粉变性的微观机理
如前所述 , 淀粉是由葡萄糖分子失水缩
合而成的 , 其化学性质集中表现在没有发生
反应的经基 �一 � � �和失水缩合形成的葡萄
糖糖昔键上 , 所有变性反应都与这两种基团
的某一种或两种有关 , 如氧化作用是经基被
氧 化成醛基 �一� � � �或梭基 �一 �� � � , 从
而得到氧化淀粉 �解聚作用是使糖昔键断裂 。
� � � 淀粉变性产物的种类及相关反应
淀粉变性所得产物虽然多种多样 , 但可
归纳为三大类 �
第一类 � 淀粉分解产物 , 包括各种酸解 、
酶解 、氧化 、高温降解的产物 , 如各种烘焙糊
精 、 � 一淀粉 、氧化淀粉 。在此重点介绍环状糊
精闭 , 环状糊精最 早于 � � � 年 由维勒斯发
现 , 是一种由六个以上葡萄糖分子通过相互
间以 � 一 �� , �� 糖昔键联结而成的环状低聚
糖 � 环状糊精分为 � 、 �、 丫三种 , 分别含有六
个 、七个 、八个葡萄糖分子 , 它们是淀粉在细
菌分泌的环状糊精酶作用下产生的 , 具有特
殊的环状结构 , 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 , 形
成极为稳定的包接化合物 , 因此在工业上具
有很大的用途 �如在医药上使用的激素 、前列
腺素等在 自然状态下不稳定 , 但经环状糊精
包接后就变得非常稳定 , 能长期贮存 , 这种性
质也可被用来掩盖食品中的臭味、苦味、使香
料色素稳定 、在农药上用来稳定那些易被分
解的物质等 。
第二类 �交联淀粉 , 淀粉分解反应使其分
子量变小 , 经过交联反应的淀粉分子量却 比
交联以前更大 。例如 , 利用甲醛与木薯淀粉反
应 , 可制得交联木薯淀粉 , 反应式可简单表示
如下 �
酸性 � 一� �� � � � � � �� 一� � � � ‘一�� � ��� � � 三三争� � � � � � � � ��较高温 � ‘一� �一 “
淀粉 淀粉 甲醛 交联淀粉
这种交联淀粉具有脆性 , 能耐受各种酸
性 、碱性或盐介质 , 因此被广泛应用于食品工
业 、添加剂工业等 。
第三类 � 淀粉衍生物 , 淀粉分子中轻基能
被各种官能团取代 , 形成各种淀粉衍生物如
梭甲基淀粉 、轻 甲基淀粉 、阳离子淀粉 、淀粉
脂 、淀粉醚等 �淡 甲基淀粉的生成可表示如
下 �
� �� �淀粉� � � �� � � ��� � �一淀粉 �� 一� � ��� � � � � � � � � � � � �
热 带 农 业 工 程 � � � � 年第 � 期
梭甲基淀粉可溶于冷水 , 溶液有水果香味 , 粘
度高 , 而且成膜性 、化学稳定性都比较好 , 这
些性质使它获得了广泛应用 。
由此可见 , 淀粉变性是以原淀粉自身结
构为基础 , 结合某种特定变性 目的而设计出
各种变性工艺 , 最终得到能满足某种特定需
要的变性产品 。
� 变性淀粉的应用
变性淀粉种类繁多 , 用途各异 �现就前述
三大类淀粉变性产物举例说明其用途 �� 。
淀粉的分解产物糊精可用于医药工业作
为胶囊的包衣 , 也用于抗生素发醇的营养源 ,
还可在翻砂制模时用作粘结料 � 在纺织印染
中可以增稠染料 �在造纸中作涂层用等 。黄糊
精在合成粘合剂出现前已广泛用于胶粘剂方
面 , 目前黄糊精仍用作复合胶粘剂 , 它与硼砂
合用可以提高粘合质量 。
交联淀粉的用途是由其颖粒溶胀性决定
的 � 低交联度的淀粉可在水果馅饼中用作填
充料 , 加入雄头 中可使其耐灭菌处理 �这种淀
粉胶可耐机械剪力 ,能耐受各种酸性 、碱性或
盐介质 , 可用于波纹纸板制造 , 用作纺织染色
浆料的添加剂 , 也可用于粘结剂 。高交联的淀
粉在碱性电池中用作电介质粘结料 , 在外科
橡胶手套灭菌时作抗粘剂 。
在淀粉衍生物 中 , 目前销量较大的有醋
酸淀粉 、顺丁烯二酸醋淀粉 、经丙基淀粉 、 阳
离子淀粉等 。醋酸淀粉在造纸 、纺织上用作浆
料 、粘结剂 , 在食品工业用作耐酸粘合剂 �顺
丁烯二酸醋淀粉由于有较低的糊化温度和很
好的保水性 , 可在铸造砂型中使用 �经丙基淀
粉有很好的成膜性 ,可在纸张 、纺织和食品工
业中应用 , 经丙基淀粉有较高的 � � , 所以可
作为血浆的代用品 �阳离子淀粉主要在造纸
工业上用作助剂 , 另外可作纺织工业用的浆
料和絮凝剂 。
� 淀粉工业的发展现状和前景
据估计 , 全 世 界 每年加 工 的淀粉在
� �� � 万吨以上 , 兼之淀粉产品品种繁多 , 用
途极广 , 涉及许多工业部 门 , 故在国民经济
中具有举足轻重的地位 。 近年来 , 由于石油
价格 不断上涨 , 使很 多原属石 油工业产品
�如 乙醉等碳水化合物 �将改 为以淀粉为原
料进行生产 , 这为淀粉工业开辟了广阔的市
场 。 此外 , 淀粉科技工作者正在试图用淀粉
产品解决一些社会生活 中的难题 �据报导 ,
往塑料制品中添加某类淀粉物质以便于生
物 降解 , 这一方法可望解决 “ 白色污染 ” 问
题 �� 。 所有这些 , 使得一些新的淀粉产品应
运而生 。
我 国每年加工生产的淀粉量排在世界
第二位 ,仅次于美国 , 但由于技术水平不高 ,
一方面 国内淀粉产品过剩 , 销路不畅 � 另一
方面又得从国外进 口高质量的淀粉及变性
淀粉产品以满足各种工业生产需求 �这种极
为矛盾的现象已经引起了我国淀粉科技工
作者的高度重视阁 , 缩小我国淀粉加工业与
世界先进水平的差距是一个紧迫而艰 巨的
任务 。
参 考 文 献
刘春浦等 � 淀粉和变性淀粉 � 商业部科技情报
研究所 , � � � �
盛国华等 � 玉米综合利用 � 科学技术文献出版
社 � � � ��
陈 敬译 � 淀粉转化工艺 � 中国淀粉工业协会 ,
� � �
顾尧臣等 � 粮食深加工及综合利用 � 北京 �科学
出版社 � � � �
张力田等 � 淀粉深加工技术专集 � 中国淀粉协
会 , � � ��
张力田等 � 淀粉精 � 轻工业出版社 , ����
【日〕植村定治郎等 � 发醉与徽生物 � 科学出版
社 , � � � �
zhaoxinfeng
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zhaoxinfeng
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