改性淀粉的研究及应用

改性淀粉的研究及应用刘兴孝（西北民族大学化工学院，兰州，730124）摘要本文主要总结了改性淀粉的特点，阐述了改性淀粉的研究及应用，展望了改性淀粉的发展前景。

关键词改性淀粉；研究应用；发展前景the characteristics and adhibitions of modified starchXingxiao Liu(Chemical Engineering Institute , Northwest University For Nationalities, Lanzhou,730124) Abstract This paper summarizes the characteristics of modified starch, elaborates modified starch’s research and it’s prospects.Keywords modified starch; research and application; prospects前言淀粉是天然高分子化合物，多糖类化合物，也是目前广泛使用的一类可降解的不会对环境造成污染的可再生的物质。

天然淀粉经过适当化学处理，引入某些化学基团使分子结构及理化性质发生变化，生成淀粉衍生物。

未改性的淀粉结构通常有两种：直链淀粉和支链淀粉，是聚合的多糖类物质。

通常因为水溶性差，故往往是采用改性淀粉，即水溶性淀粉。

可溶性淀粉是经不同方法处理得到的一类改性淀粉衍生物，不溶于冷水、乙醇和乙醚，溶于或分散于沸水中，形成胶体溶液或乳状液体。

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, 被广泛应用于食品、医药、皮革、铸造、造纸、纺织、水处理等行业。

改性淀粉的特点变性淀粉的品种、规格达两千多种，变性淀粉的分类一般是根据处理方式来进行。

加工精白淀粉，必须选用淀粉含量高的白薯品种。

经加工后的淀粉虽选用了天然原料,但经人为加工,改性淀粉也就不可能算是天然的了。

食用类的专用变性淀粉是不会对身体有副作用的。

淀粉改性的分类目前，改性淀粉的品种、规格达两千多种，改性淀粉的分类一般是根据处理方式来进行，处理方法有物理改性、化学改性、生物改性、复合改性等。

1)物理改性糊化法首先要破坏淀粉团粒结构，导致团粒润涨，使淀粉分子进行水合和溶解。

糊化方式有以下几种：间接加热法、通电加热法、高压糊化法。

其中，间接加热法是最基本的淀粉糊化方式，往往需要加入大量的水，并经过蒸煮烘烤等传统加热处理实现糊化。

通电加热法的特点是升温速率快，加热均匀，无传热面，也没有传热面的污染问题，热效率高（90%以上），易于连续操作，能够在较短时间内实现淀粉完全糊化。

但通电加热技术目前在我国仍处于探索阶段。

高压糊化的优点在于节省能源。

它是指淀粉-水悬浮液在较高的压力下发生糊化。

但由于体积较庞大，不适于实验室进行淀粉糊化。

[1]2)化学改性用各种化学试剂处理得到的改性淀粉。

其中有两大类：一类是使淀粉分子量下降，如酸解淀粉、氧化淀粉、焙烤糊精等；另一类是使淀粉分子量增加，如交联淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、接枝淀粉等。

[1]3）生物改性（酶法改性）：各种酶处理淀粉。

如α、β、γ-环状糊精、麦芽糊精、直链淀粉等。

4）复合改性采用两种以上处理方法得到的改性淀粉。

如氧化交联淀粉、交联酯化淀粉等。

采用复合改性得到的改性淀粉具有两种改性淀粉的各自优点。

另外，改性淀粉还可按生产工艺路线进行分类，有干法（如磷酸酯淀粉、酸解淀粉、阳离子淀粉、羧甲基淀粉等）、湿法、有机溶剂法（如羧基淀粉制备一般采用乙醇作溶剂）、挤压法和滚筒干燥法（如天然淀粉或改性淀粉为原料生产预糊化淀粉）等。

改性淀粉的研究进展国外研究进展在国外改性淀粉的开发应用已有近200年历史，工业化较早的是欧美国家，改性淀粉产品种类2000多种。

美国作为玉米产量大国和淀粉深加工大国，淀粉年产量约为2000万t，占世界总产量的55%~60%。

除淀粉糖和发酵酒精外，改性淀粉消耗淀粉总量居第 3 位，占淀粉总量的10%以上，美国改性淀粉年产量为300万t 左右，主要应用领域为造纸行业。

全世界生产改性淀粉较大的公司有CPC 国际公司，拥有41 家工厂。

美国国家淀粉和化学公司（NSCC）是美国最大的改性淀粉加工厂。

日本CPC-NSK 技术株式会社在日本玉米湿磨工业领域中有很高的技术水平，是最大规模CPC国际公司。

法国的Lille 玉米淀粉工厂是CPC 集团在欧洲的第二大工厂，每年产生5万吨改性淀粉。

荷兰的AyEBE 公司、联邦德国的汉高公司、丹麦曲DDS－克罗耶公司均生产各种改性淀粉。

改性淀粉的开发应用不但有助于改进加工过程、提高产品质量、降低环境污染，还能解决农产品出路，提高附加值。

目前，欧美等西方发达国家改性淀粉年产量近600万t。

亚洲的日本、泰国和中国也是改性淀粉的主要生产国。

随着中国经济增长，工业产品规模不断扩大，改性淀粉的需求量也将不断增加。

同时，它也是很多石油化工产品的替代品，石油的逐渐减少势必给改性淀粉带来发展空间。

国内研究进展中国淀粉年产量位居世界第二，仅次于美国，但由于技术水平不高，导致国内淀粉产品过剩，销路不畅；而且从国外进口的高质量淀粉及改性淀粉产品已满足不了各种工业生产的需求，国内淀粉科技工作者必须重视对这方面技术的研究，尽量缩小国内淀粉加工业与世界先进水平的差距。

“十五”期间，中国淀粉行业发展取得很大成绩，淀粉产量持续快速增长，产品结构得到调整，新产品琳琅满目，淀粉品种增加了葛根和荞麦淀粉。

淀粉糖由6 个品种发展到26 个，改性淀粉由几个常用品种发展到复合改性、两性淀粉、多孔淀粉和抗消化淀粉等百余个。

由于改性淀粉具有许多卓越的性质，而且生产工艺简单，设备投资少，改性淀粉的生产和应用得到了迅速发展。

欧美发达国家改性淀粉的应用和发展有近200 年的历史，而中国仅有20 年的发展历程。

在一些国家，改性淀粉的生产占原淀粉的近1/3，而中国不到1/20。

改性淀粉的应用食品行业改性淀粉由于耐热、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。

Hung, P. V. 和Morita, N.(2004)研究表明[2]:交联键能加强淀粉颗粒之间的结合作用,使之较稳定存在，而糊液有较好的流动性。

李文钊等[3]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[4]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。

医药行业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。

Marques等[5]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。

污水处理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。

S．Pa l等[6] 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[7]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。

造纸工业改性淀粉已是造纸工业的重要化学品.我国造纸业直到八十年代初才开始批量采用淀粉添加剂，二十多年来，造纸用淀粉的数量虽然逐年增加很快。

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[8]。

油田化学品除了提高改性淀粉的抗温性能以作钻井液处理剂外，还应注重多性能淀粉油田化学品研究，开发淀粉化学品在驱油剂、破乳剂、降粘剂、堵水剂、解堵剂、水泥浆处理剂等油田生产各领域的应用[9]。

铸造业在砂型铸造生产中，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[10]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[11]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。

改性淀粉种类很多，通过不同的途径可得到不同性能的淀粉。

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。

未来改性淀粉的研发应合理利用超声、等离子束和微波反应器等新技术、新成果，并将多种改性手段有效结合，开发新型改性淀粉，丰富改性淀粉种类，增强改性淀粉的质量和功能，降低生产成本，避免和减少污染，从而整体提高改性淀粉整个领域的水平。

随着经济发展，工业生产不断壮大，改性淀粉的发展前景也将因此而变得十分广阔致谢该文得到…基金的支持，特此感谢。

参考文献[1] 戈进杰，生物降解高分子材料及其应用，2003.[2] Hung, P. V.,Morita, N. Thermal and rheological properties of dough and breadas affected by various cross- linked corn starch substitutions[J].Starch/Staerke , 2005,(57):540-546.[3] 李文钊,张坤峰,高静.T0098 变性淀粉在面包中应用效果研究[J].粮食与饲料工业，2005，(8):16-17.[4] 王玉田，薛剑.改性淀粉在灌肠制品中的应用效果研究[J].研究与探讨食品工业科技，2004（5）：79—80.[5] Marques AP, Reis RL, Hunt JA. The biocompatibility of novel starch-based polymers and composites: in vitro studies [J].Biomaterials,2002,23:1471-1478.[6] Pal S, Mal D, Singh R P，Cationic starch: an effective flocculating agent[J].Carbohydr Polym, 2005, 59(4): 417- 423.[7] 裘兆蓉, 裴峻峰, 花震言. 阳离子高分子絮凝剂F2合成及表征[J].江苏工业学院学报, 2003, 15(1): 17- 19.[8] 郑丽萍，姚献平纸用改性淀粉的新发展[J].国际造纸，2002，18（4）：4-6.[9] Christoph A, Wolfgang A, Roswiiha J K, et al. Locoregional cancer treatment with magnetic drug targeting[J].Cancer Research, 2000,60:6641-6648.[10] 周霞，杨锦宗，曲国辉.改性淀粉粘结剂在铸造中的应用[J].高分子材料科学与工程，2006，22（6）：177-180.[11] 古德.改性淀粉及其在铸造生产中的应用[J].铸造工程.造型材料，2002，3：26-28.。