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1、淀粉在食品工业中的应用淀粉在食品工业中的应用高分子092 陈冰 200911024206前言淀粉是一种来源丰富的可再生资源。近年石油价格一路上扬，使得以石油为原料的高分子类产品价格也随之上涨。淀粉作为一种来源丰富的可再生资源，其改性产品在某些方而可以替代普通塑料，而有着优良的生物降解性，可以有效地解决白色污染问题。改性淀粉以人然淀粉为原料，在其原有性质基础上，经过特定的化学物理处理改良其原有性能被广泛应用于皮革、造纸、石汕、纺织、食品、医药等行业，并且有望以改性淀粉制备纤维，从而大大地扩大了改性淀粉的应用范围。【摘要】：本文通过介绍淀粉的改性方法及应用，进一步讲述了当今淀粉改性在食品工业及食品
2、包装上的应用。【Abstract】：This paper introduces the method for modification of starch and its application, further describes the modified starch in food industry and food packaging applications.【关键词】：淀粉 改性 食品 环保 【Key words】: starch modified food environmental protection天然淀粉资源十分丰富，如土豆、玉米、木薯、菱角、小麦等均有高含量的淀粉，据统
3、计，自然界中含淀粉的天然碳水化合物年产量达5000亿，是人类可以取用的最丰富的有机资源。淀粉及其衍生物是一种多功能的天然高分子化合物，具有无毒、可生活降解等优点。它是一种六元环状天然高分子，含有许多羟基，通过这些羟基的化学反应生产改性淀粉，另外，淀粉还能与乙烯类单体如丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等通过接枝共聚反应生成共聚物。 这些共聚物可用作絮凝剂、增稠剂、黏合剂、造纸助留剂等。80年代初期，我国学者已开始对淀粉改性研制新型絮凝剂，近年来，又有人将木薯粉与烯类单体在催化剂作用下发生反应，制得了一种CS-1型离子絮凝剂。将这种网状长链高分子絮凝剂用于污水处理厂二级污水的处理，可缩短泥水分离的絮凝沉降
4、过程，提高出水水质。专利产品CRS高级阳离子淀粉，是用工业盐酸、三甲、环氧氯丙烷合成R型阳离子，再以CN作复合催化剂、氯化铵作保护剂与玉米淀粉反应而制得的。这种产品用于污水处理时凝絮性能好，且生产成本低。1近年来淀粉的接枝共聚制新型絮凝剂在国内也取得长足进展，有人用淀粉与二甲基二烯丙基氯化铵接枝共聚值得阳离子淀粉，实验对炼油废水、生活废水有较好的处理效果，COD去除率可达70%以上，色度残留率低于20%，是一种较好的絮凝剂。淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物作为有机高分子絮凝剂的研究早已受到人们的重视，并有不少成果问世。我国易华等以淀粉 为基本原料，假如丙烯酰胺、三乙胺、甲醛和适量的盐酸进行接枝共聚反
5、应，合成出一种阳离子型高分子絮凝剂FNQE，改药剂具有独特的分子结构和较高的相对分子质量分布。FNQE对高岭土悬浊液有良好的絮凝除浊效果，对城市污水在投药量为10mg/L时即能达到理想的净化效果，浊度、色度的去除率均在90%以上。21.淀粉改性淀粉的物理改性是指通过热、机械力、物理场等物理手段对淀粉进行改性。淀粉的物理改性主要有热液处理、微波处理、电离放射线处理、超声波处理、球磨处理、挤压处理等。通过物理改性，大然淀粉的很多物化性质都得到明显的改善，产品应用范围得到扩大。山于物理改性没有添加任何有害物质，所以通过物理改性的淀粉作为食品添加剂越来越受到消费者的关注。近年来，各种现代高新技术的应用
6、，为淀粉的物理法改性开拓了新的发展方向。3化学改性：淀粉分子上带有大量的轻基和糖苷键是化学反应的活性中心。淀粉的化学改性主要有酸改性、氧化改性、糊精化、交联改性和引入稳定取代基法。4酸改性淀粉是在低于糊化温度时，用无机酸处理淀粉浆液而得到。使用这种改性方法时，A-葡聚糖的水解可以被很好地调控，可以得到比原淀粉:,.度史低的淀粉。因此也称之为/酸变稀淀粉，有着很好的流动性，随着处理程度的加深流动性加大。常见的酸处理方法有湿法、半干法和非水溶剂法。山于酸处理淀粉有相对低的孰度和分子质量等性质，因此可用于软糖、淀粉果冻等食品工业，造纸工业中的表而施胶、改善适应性等。5氧化改性是淀粉分子在氧化剂作用下
7、，葡萄糖单位上的C。位上的伯轻基，C2, C。上的仲轻基被氧化成醛基或羚基。常用氧化剂有次氯酸钠、过氧化物、高锰酸钾等。羚基的引入，使得分子之间的距离加大，阻止了分子中的氢键形成，从而使之有易糊化、黏度低、凝沉性弱、成膜性好、膜的透明度及强度高等特点。6氧化淀粉用途广泛，可用作食品工业中的低孰度增稠剂、代替植物胶用于果胶、软糖、酱类制品生产加工中，在造纸工业中，可用作施胶剂和胶粘剂，改善印刷适应性、提高纸张强度和纸张生产效率。2.淀粉改性传统包装用高分子材料淀粉是从玉米、粮食谷物、稻米和土豆获得的多糖类，来源丰富。淀粉实质上是直链淀粉，其几乎是线性无水葡萄糖聚合物，以及支链淀粉，其几乎是支链无
8、水葡萄糖聚合物混和物。采用的淀粉种类不同，两者的比例也不同，其结构如下图。填充型淀粉塑料是在一定条件下将淀粉与塑料中的羟基进行活化，或采用合适的增容技术形成高聚物共混体系。全淀粉热塑性塑料属于天然聚合物，其淀粉含量在90%以上，添加其他组分也是可降解的。其制备原理是使淀粉分子无序化，形成具有热塑性能的热塑性淀粉（TPS） 。降解淀粉基塑料有三种方式：光、生物、光-生物降解。光降解是使大分子链断裂成小分子，然后微生物吞噬；生物降解是淀粉首先被微生物吞噬，塑料比表面积大大增加，同时微生物分泌出酶，酶进入聚合物的活性位置并发生作用，导致聚合物强度下降，另一方面添加的自氧化剂与土壤中的金属盐反应成过氧
9、化物，其切断聚合物的分子链，增大的比表面积增加了链段断裂速度，低分子被微生物进一步降解为二氧化碳和水；光-生物降解塑料是指淀粉等生物降解剂首先被生物降解，这一过程削弱了高聚物基质，使高聚物母体变得疏松，增大了表面/体积比。同时，日光、热、氧、引发光敏剂、促氧剂等物质的光氧化和自氧化作用，导致高聚物的链被氧化断裂，分子量下降并被微生物消化。能与淀粉共混的合成树脂有:高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙(LLDPE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚(Polyester)等。其中低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚乙烯醇添加淀
10、粉的降解塑料为主要的研究对象，常用的食品包装材料有聚乙烯和聚丙烯。72.1淀粉改性聚乙烯（PE）聚乙烯为非极性聚合物，而淀粉是一种富含羟基的强极性天然高分子化合物。且两者链结构差异也较大，混溶性极差机械共混物降会形成完全相分离的体系，过去十几年寻找合适的增容技术提高聚乙烯和淀粉的相容性。一般采用接枝增容剂的添加增加增容性，当聚乙烯-接枝-1-烯-1-醇和聚乙烯-接枝-1-十一烯-1-醇作为增容剂，1当其含量到达3-5%时候，低密度聚乙烯（LDPE）和淀粉共混物拉伸强度和弹性模量得到了很大的提高，同时LDPE熔点也得到了提高。聚乙烯接枝马来酸酐增容低密度聚乙烯/西米淀粉热塑性增强红麻纤维复合材料
11、，2结果表明提高了共混物的相容性，拉伸强度和杨氏模量得到了提高，水分吸收表明聚乙烯接枝马来酸酐的添加降低了体系的吸水性。也有对淀粉进行处理增加增容性，玉米淀粉采用环氧氯乙烷和增塑剂甘油作为交联剂改性，淀粉的酯化和醚化，偶联剂处理淀粉都能很好的解决相容性的问题。早期，直接在LDPE中加入淀粉，通过熔融挤出制得部分可降解包装材料，但需要淀粉的含量超过10%，最好达到30%以上，但是极大影响了力学性能、气体阻隔性。4，5同时淀粉改性聚乙烯作为包装材料一般储存条件较苛刻，同时价格较贵，降解也不完全，因此目前不适合大规模降解高分子包装材料。2.2淀粉改性聚丙烯（PP）8改性过的淀粉聚丙烯官能团具有很好的
12、化学结合，6增强了共混物的物理力学性能，改善了体系结构和吸水性。取向和非取向混和物的强度是PP的1.5-2.0倍，改型淀粉的引入提供了生产高强度新的安全生态材料。在引发剂过氧化二异丙苯(DCP) 作用下，以甲基丙烯酸缩水甘油酯( GMA) 为相容剂，通过双螺杆挤出“一步法”实现了淀粉( ST) 的热塑及其与聚丙烯( PP) 共混增容，制备了PP/ ST 共混材料，7其含量为1 %(质量分数) 时力学性能最佳,对于相容剂，GMA/St 体系GMA 含量2 %(质量分数) 时达到最佳，相比于未加相容剂体系拉伸强度分别提高了约40 %和50 % ，缺口冲击强度分别提高了51.4 %和79 %。利用土
13、壤包埋测试聚丙烯和淀粉生物降解材料的降解性，8利用热重分析包埋前后PP基材和其混和物的热稳定性，不同环境中（含氮气或者含氧气不同条件）降解性也不一样，利用UV光辐射生物可降解塑料发现，9淀粉改性PP塑料在生物降解前先光氧化，热分析PP结晶度降低，材料热稳定性也发生了改变，生物降解趋势是增加淀粉单元的热稳定性但不影响PP，光氧化虽然可能是淀粉更加稳定但趋势是降低混和物的热稳定性。这些分析得出了相关的降解速度理论公式，为实际生产可控生物降解包装材料提供了很好的依据。93.淀粉三大物理改性技术研究10随着人们对健康、环保和食品安全的日益重视，开发绿色食品和绿色食品加工工艺已成为目前国内外的研究热点。
14、淀粉是可再生和生物降解的绿色资源，对淀粉进一步加工可以得到许多性质优良的改性淀粉产品，在食品中有着广泛的应用。淀粉的物理改性是指借助热机、物理械力、场等物理手段对淀粉进行改性，通过这些方法处理的淀粉，且加工工艺及其产品的理化性不含化学试剂的残留，产品应用范围和附加值也大大提质得到明显改善，因此淀粉的物理改性备受人们的关注，研究也异常活跃。3.1湿热处理技术 将一定水分(14%27%)的淀粉在100%相对湿度的条件下，于100或史高温度下加热较长时间(5 h18 h)，可以使淀粉的物理性质发生很大改变而不发生化学变化。湿热处理淀粉的晶形发生变化而泞致凝胶性质、糊化行为、膨胀行为、糊液透明度等性质
15、变化。 湿热处理能保持淀粉颗粒的大小和形状。在湿热处理玉米、小麦、燕麦、小扁显和马铃薯淀粉后，外部形态、颗粒大小没有改变Hoover等人研究了马铃薯、山药和扁显淀粉湿热处理后糊化温度的变化情况，结果发现糊化温度分别提高了约16和24。Perera等人考察湿热处理的淀粉发现95糊化的粘度一般比原淀粉低，但95保温30 min后糊的粘度变化较原淀粉小，说明其热糊稳定性高于原淀粉。 剧烈条件处理使淀粉凝胶的刚性变小，溶解性增大，可能是因为膨胀性减小及部分淀粉发生了降解，且处理的剧烈程度越大，冷藏时淀粉的老化越严重;而温和的湿热处理条件使马铃薯淀粉的刚性增强。 淀粉物理性质的这些变化与淀粉颗粒内分子旋
16、转使分子间的联接增加有关。X-射线衍射分析表明:湿热处理使马铃薯淀粉的结晶度增加，且晶形由原来的B形转变成A+C形，与玉米原淀粉相似，Banks等认为湿热处理产生两个效应:(1)脱水，使晶形山B形变成A形;(2)无定形的直链淀粉转化成2挤压技术3.2挤压技术的原理 挤压技术是指物料经预处理(粉碎、调湿、混合)后，经机械作用强使其通过一个专门设计的孔口(模具)，以形成一定形状和组织状态的产品。该技术的优点有:可以把几个化学过程操作放在中一的设备中进行，时空产量高;化学反应在一个相对干的环境卜，短时间内与淀粉的糊化同时发生;设备配套简单、占地小、操作方便、适应性强;可大量连续生产;无污水产生。 挤压技术的主要设备是螺杆挤压机，一般分中-螺杆和双螺杆2种类型。双螺杆挤压机具有史高的混合效率、过程控制好、产品均一等优点，因此在工
