变性淀粉及其应用

� � � � 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 �� �� �� ��� 图 � 葡萄枯单位 � �为 。 二厂刁’几匕� , 枯� ’ 匕� � �� � � � � �入了�键���‘引。八却� , � 键 图 � ,一飞,一飞匡 ��八�������八与�月月 三种枪普镇 � 亡兰� � � , 亡兰� 、撇必〕脸少仁�� � � 、 � � � 户 图 � 直链淀粉示意图 热 带 农 业 工 程 � � � � 年第 � 期 一娜 。娜。勺�� �� � � � � � � � � � � � � � 苦娜�钟。钾。食 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 �� � �一 �� , � �� �� � � � � , �� � � � 图 � 支链淀粉示惫图 �� � � � �� � � � � �� 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 。 �� !��� 名称 小麦 稻米 播米 玉米 � � � � 福玉米 � � � � � 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 下划线 zhaoxinfeng 下划线