淀粉在食品工业中的应用.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流淀粉在食品工业中的应用.精品文档.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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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，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

7、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，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

8、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

9、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(Polye

10、ster)等。其中低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚乙烯醇添加淀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

11、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，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。

12、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

13、50 % ，缺口冲击强度分别提高了51.4 %和79 %。利用土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

14、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。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

15、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

16、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

17、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，因此在工业生产中应用史为广泛。以双螺杆挤压机为例，干物料和水从加料斗均匀地进入机筒后，沿转动螺杆上螺槽轴向运动的方向向前输送，此后山于受到机头阻力和螺杆压缩比结构的作用，物料被逐渐压实二因吸收了来自机筒加热器的热量和螺杆与机筒间强烈的摩擦、搅拌和剪切等机械能所转化的热量而升温，直到全部熔融。随着轴向运动的螺槽逐渐变浅，熔融的物料被继续加压加热形成了蒸煮过程，其间将发生脂肪和蛋白质变性、淀粉糊化及化学变性、微生物

18、被悉数杀灭、酶被抑制或失活等一系列复杂的生化反应。熔融的物料组织被进一步均化，最终从机头末端的模头被定量、定压地挤出，山于温度和压力突然降至常温、常压状态，致使物料内水分急剧汽化蒸发，体积迅速膨胀，再经冷却成型。挤压过程中淀粉的降解主要是山于挤压过程中的高温、高压、高摩擦和高剪切所引起的。挤压过程中的膨化现象产生主要是山于物料从高温高压的机筒中挤出模具后，骤然降到常温常压，水分闪蒸所引起的，温度越高，压力越大，膨化度也越大o螺旋形。3.3湿热处理技术在淀粉改性中的应用湿热处理可以使淀粉的物理性能得到改善而开发了多种用途，最主要的应用是作为制备抗性淀粉的重要工艺。在抗性淀粉制备中，日本的食品化工

19、公司利用高直链玉米淀粉为原料，经过湿热处理后，制成食物纤维高达60%的功能性食品材料，该产品添加在而包中，作为主食己经在市场上销售。抗性淀粉作为主要填充料添加于食品中，可改善食品质地，延长食品保质期，具有热量少、防止结肠癌、降血脂、预防胆结石、促进人体对矿物质的吸收等保健作用。此外，日木二和淀粉工业株式会社经过近十年的基础，利用减压蒸汽处理，己成功地生产出不同性质的湿热处理淀粉商品。3.4挤压技术在淀粉改性中的应用挤压技术应用于淀粉的物理和化学改性有着广泛的应用前景，是近些年来新兴的一种淀粉改性技术。以挤压生产预糊化淀粉为例，将淀粉调到一定的含水量在挤压机套筒中，螺杆运离子、电子、或不饱和基团

20、;高聚物空间结构发生改变。基于这些变化，微粒中内能的聚集和大量新表而的形成使其处于化学活跃状态，易于发生化学反应;物料因高度的表而活性而极易分散，吸附和溶解。11式中:V为沉降速度;de为微粒有效径;d1为分散相的密度;dZ为分散介质的密度;g为重力加速度;为分散介质的粘度。由上式可看出，固体微粒直径越小，其溶液的稳定性越好。超微粉具有较小的颗粒半径，故其速溶的稳定性较好。4.淀粉改性制备高吸水性树脂的合成淀粉与MA配比的影响 淀粉中含有大量的经基可直接与顺配进行酷化反应形成顺丁烯二酸单酷(形成双醋且需加催化剂)即通过醋化反映直接在淀粉上引人不饱和键使其很容易和丙烯酸和交联剂进行共聚。 从12

21、 13可知，淀粉与顺醉的醋化率对吸水树脂的性能有很大的影响.当顺醉与淀粉的质量比太低时，其醋化率很低，即大部分淀粉链上未引人不饱和键，丙烯酸难于与淀粉形成高的共聚物，使得大部分高分子未形成三维网络结构，树脂可溶于水;反之，当MA与淀粉的混合比太高时，淀粉链上的经基大部分被醋化，形成的共聚物的交联度过大，反而使形成的三维网络结构的空间变小，致使产品的吸水能力变差.经实验得知，当MA与淀粉的质量比为0.4时，所得产品的吸水率最高.交联剂的选择及其浓度的影响。从14 15 16可知，可用着高吸水性树脂交联剂的单体很多.例如，二乙二醇二甲基丙烯酸醋、N,N一二亚甲基一二甲基丙烯酸酞胺、甲基丙烯酸一2一

22、经基乙酷等.本实验采用N. N一二亚甲基一二甲基丙烯酸酞胺作交联剂，其在单体中的浓度对树脂吸水率的影响见下表。由上表可知，随着交联剂用量的增加树脂的吸盐水能力会逐渐增加，最后趋于恒定.而吸收去离子水的能力呈先增加后略下降的趋势.这是由于随着交联剂的浓度的增加，共聚物的交联度也增加，其中形成的网络结构的空间变小，故吸水率变小.实验发现交联剂的浓度以单体总量的0.3%为宜。引发剂的选择与浓度的影响。 由于该实验在溶剂中聚合，故应运用油溶性自由基作引发剂，常见的有过氧化苯甲酞( BPO )，偶氮二异丁睛( AIBN)两类.一般，引发剂的类型对树脂的性能影响不大，但它们的活性在不同的温度下有很大的差别

23、.在90时，AIBN分解成自由基的速度非常快，仅几分种的时间，使得单体很容易发生暴聚。 从17 18可知，膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的勃土，它的化学式A1z0,4Si0znHzO(n通常大于2)，它是一种三层结构的硅酸盐矿物，每个晶层的两端都是硅氧四面体，中同夹看一层铝氧八面体，晶层之间的氧原子联系力很小，水很容易进人晶层中间，引起膨胀，因此膨润土有很强的吸水性;而且晶格中的Al和S14+常易被M犷、Fe ZnZ等离子置换，吸附离子后，使得晶层之间的距离增加，更易吸收水.因此，膨润土是一很好的无机吸水性材料，其耐盐水性也很好.通过实验可知，当膨润土占体系总重量的12%时，吸水率最好，保水性

24、能也很好，能够满足我们的应用要求。19氢氧化钠的加人量对树脂的吸水性也有较大的影响.氢氧化钠的量太少时，树脂中还含有较多的拨酸，在水中形成足够多的三维网状结构，吸水性差;但氢氧化钠的加人量过多，树脂中的梭基大部分被中和，使得树脂的水溶性增加，吸水与保水能力变差.当加人氢氧化钠的物质的量为体系中总梭基的物质的量的一半时，树脂的吸水与保水性均较好。5.环保塑料袋生产技术的成熟目前，国际上可以用作环保型的塑料袋大致有光降解型、完全生物降解型、水降解型和淀粉改性型等4种。我国可降解塑料的技术发始于20世纪70年代，基木与世界同步。我国环保塑料袋技术较为成熟的是生物降解型和淀粉改性型两种。用这两种技术生

25、产的可降解塑料袋产品己经出口美国、日木及欧洲发达国家。 据了解，可生物降解型的塑料袋是以聚乙烯塑料为主料，掺混淀粉等生物降解剂制成的。这种塑料袋丢弃在野外后，降解塑料袋中所含的淀粉，在短期内被上壤或垃圾中的微生物分泌的酶迅速降解而生成空洞，泞致制品力学性能卜降。伴随着空洞的生成，表而积扩大，增大了它与上壤的接触而，加快了塑料袋的降解速度。20 目前，在市而上使用的大多数可降解塑料袋的化学成分是锭粉改性聚烯烃聚乙烯”，淀粉含量在90%以上。这种塑料袋在结束其正常使用寿命后，再经过半年到1年的时间就可以完成所有降解过程。全淀粉塑料的生产原理是使淀粉分子变构而无序化，形成具有热塑性能的淀粉树脂，淀粉

26、在各种环境中都具备完全的生物降解能力，塑料中的淀粉分子降解或灰化后，形成一氧化碳气体，不对上壤或空气产生毒害。同时，淀粉又是可再生资源，取之不竭，对节约资源也有很大的帮助。据了解，目前我国大大小小规模不等的塑料包装企业共有6力一多家，其中一半以上的企业都处于亏损的困境。造成这种现象的原因是多方而的，如政策、标准、技术、市场等等。目前国家己经计划投资2亿元人民币，对可降解产业尤其是生物可降解产业给子资金上的扶持。这对经营困难、濒临破产的环保塑料企业来说，无疑是一个好消息。217.结论我国幅员辽阔，淀粉作物品种多，产量大。山于淀粉改性技术落后，一方而国内淀粉产品过剩，销路不畅，另一方而又须从国外进

27、口高质量的变性淀粉。这种矛盾只有通过提高淀粉改性技术才能解决。今后的发展趋势将趋于品种多样化、功能复合化，两性淀粉和多元改性淀粉具有比中一改性产品史优越的使用性能，将受到青睐。相信我国的淀粉改性技术将有巨大的发展新的变性淀粉产品将不断涌现。参考文献1张丽娜.天然高分子改性材料及应用M.北京：化学工业出版社，20062CN:1043135A3何照范，熊绿芸，工绍美1植物淀粉及其利用M 1贵阳贵州人民出版社，19904易春，卫华，沙谷淀粉基可生物降解纤维的研究进展，7月材料导报，20015 Biliaderis C G1 Stnzchires and phase transitions of st

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