變性淀粉在造紙食品工業中的應用

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隨著現代經濟和工業技術的不斷發展，我國變性淀粉的研制開發與應用近10多年來呈現快速發展的良好態勢，特別我國自加入WTO以來，隨著市場的進一步開放，變性淀粉在造紙、食品、紡織、醫藥、環保等諸多領域得到更加廣泛的應用。市場的多樣化要求也促使變性淀粉開發出現多種新趨勢，其中各種變性淀粉的生產工藝與應用開發是值得推廣的，更是符合我國新型工業化形勢要求的，為提高農產品深加工的附加值、解決“三農”問題作出了一定的貢獻。變性淀粉作為比較重要的一種常見工業添加劑，可廣泛應用于造紙工業、食品工業中，本文介紹了交聯淀粉在造紙工業及食品工業中的應用研究進展，旨在為變性淀粉的開發和綜合利用提供理論指導。

1淀粉及變性淀粉概述

1．1淀粉及交聯淀粉簡介

淀粉是一種多糖，分子式（C6H10O5）n，廣泛存在于各種植物的組織中。我國的淀粉價廉易得，無毒且易降解，可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。而且資源豐富，產量居世界前列［1］，但由于淀粉的許多固有性質如冷水不溶性，在酸、熱、剪切作用下的不穩定性等限制，很難在工業領域發揮重大作用。因此，研究變性淀粉對淀粉資源的合理應用意義深遠。如果將淀粉進行適當的改性，如采用物理方法、化學方法、生物法［2］等對其進行處理，即制備改性淀粉，可大大拓寬其應用領域。淀粉能與很多化學試劑發生反應，根據取代度的不同生成不同的變性淀粉產品，其醇羥基與具有兩個或多個官能團的試劑反應，引發淀粉分子之間橋連或形成交聯，使不同淀粉分子的羥基間形成二醚鍵或酯鍵，得到的衍生物稱為交聯淀粉［3，4］。

1．2變性淀粉的生產方法

變性淀粉的種類雖然很多，但其主要生產方法不外乎干法、濕法和滾筒法等幾種。除此之外的其他方法如接枝共聚法、微波法、擠壓法等在工業生產上應用的并不多。

1．2．1濕法

濕法也稱漿法，是將淀粉分散在水或其他液體介質中，配成一定濃度的懸浮液（也叫淀粉乳），在特定的溫度條件下，與化學試劑進行氧化、醚化、交聯、酯化等反應，生成改性淀粉。如果采用的分散介質不是水，而是有機溶劑或含水的混合溶劑時，為了區別這兩種方法，將這種方法稱為溶劑法。研究表明：大多數改性淀粉都可以通過濕法來生產，但是由于濕法所用到的有機溶劑價格昂貴且易燃易爆，回收起來又麻煩，所以只有制備高取代度的改性淀粉才采用濕法。

1．2．2干法

干法，是在“干”的狀態下完成反應的，所以稱為“干法”，但是并不是說一點水也沒有，而是相對而言含水量相對較少，即淀粉在含少量水（通常為20％左右）或者少量有機溶劑的情況下，與化學試劑發生反應生成變性淀粉的一種生產方法。干法反應體系由于含水量小，所以干法生產中的一個最大的困難就是淀粉與化學試劑的均勻混合問題。工業上除采用專門的混合設備外，還采用在濕的狀態下混合，在干的狀態下反應，也就是分兩步完成改性淀粉的生產。干法生產的品種雖然不如濕法生產的品種多，但是干法生產工藝簡單、收率高、無污染，是一種很有發展前途的生產方法，越來越受到研究人員的關注。

1．2．3滾筒法

滾筒法是工業上生產預糊化淀粉的一種重要方法，由于采用的關鍵設備是滾筒干燥機而得名，滾筒法通常只生產物理改性的預糊化淀粉，也可以在調漿時加入化學試劑，因其受設備及工藝條件的限制，所以滾筒法生產的產品品種較少。

2變性淀粉在工業中的應用

2．1變性淀粉在造紙工業中的應用

近年來，多種變性方法相結合的新技術不斷被研發出來和得到應用，許多研究者嘗試采用多種變性方法，開發出新型的變性淀粉。

2．1．1造紙濕部添加劑

變性淀粉中的陽離子淀粉是用于紙張生產的濕部主要變性淀粉之一，具有增強劑的作用，可提高紙頁強度，同時也具有助留、助濾劑的作用；可顯著提高細小組分在紙頁中的留著率，進而對紙頁的強度方面也產生了影響。在造紙工業中，由于纖維、填料、松香膠都帶有負電荷，陽離子淀粉能與漿料中帶負電荷的物質發生相互吸附，其自身留著率高。淀粉自身的羥基和陽離子作用使得纖維之間、纖維與填料之間接觸面積增大，結合力增加，從而起到了增強紙張強度的作用。

2．1．2表面施膠劑

傅朝亮［5］等發明了一種同時醚化氧化半干法生產表面施膠淀粉的制備方法，所制產品能克服表面施膠淀粉的的黏度高、留著率低的弊病，使產品能在車速為1000m／min以上的新型高速紙機上施膠；與同類工藝相比，具有生產時間短、生產效率高、能耗低等優點。

2．1．3造紙增強劑

如果將交聯淀粉或復合交聯淀粉與其他變性淀粉結合或復配使用，也能大大改善變性淀粉的應用效果。常萬英［6］等采用丙烯酰胺單體、陽離子淀粉與改性殼聚糖對玉米淀粉進行變性，在一定條件下接枝共聚成一種共聚物HY－36，在提高紙張的強度方面，HY－36作為造紙增強劑的增強效果比陽離子淀粉好。采用不同變性方式可制備性能不同的多重復合交聯淀粉，不僅克服了復合交聯淀粉性能的局限，而且擴展了新的性能。李寧［7］將淀粉活化后與酰胺基接枝并引入環氧氯丙烷進行交聯，研制出適用于木材加工及人造板工業的環保型無醛膠黏劑［8］。多重復合交聯淀粉的性能更優異，應用更為廣泛，將是今后復合交聯淀粉最具發展潛力的領域。

2．1．4處理造紙白水

造紙行業也是廢水產生的一大行業，造紙廢水的處理越來越受到科技工作的重視，造紙白水即抄紙工段所產生的廢水，來源于紙張抄造過程。白水當中主要含有細小纖維、涂料、填料和溶解了的木材成分，以及其他的添加劑，如膠料、濕強劑、防腐劑等。造紙白水所產生的廢水量大，且懸浮物含量高，其計算所得的有機污染負荷遠遠低于蒸煮黑液和中段廢水的有機污染負荷，因此，造紙白水所引起的污染令人不由得重視。用變性淀粉尤其是陽離子淀粉作為絮凝劑處理造紙白水具有很多優點，如投資少、工期短、處理系統運行管理簡單、操作靈活、處理效果好等特點。

2．2變性淀粉在食品工業中的應用

2．2．1在肉類制品中的應用

多年來，肉制食品中一直用天然淀粉作增稠穩定劑來改善肉制食品的組織結構外觀和產率。但一些產品加工中，天然淀粉卻不能滿足某些工藝要求。在火腿、肉腸和某些肉類罐頭等的加工過程中常需要添加變性淀粉來改善產品的質量與風味。交聯淀粉糊化溫度高，在加熱初期仍具有良好的流動性，有利于熱的傳導，傳熱效率高，殺菌升溫快，不僅可以縮短加熱時間，還可以減少營養損失。并且交聯淀粉糊化溫度較肉蛋白變性溫度高，當交聯淀粉糊化時，肌肉蛋白早已完成凝膠過程，形成網絡結構。交聯淀粉會將網絡中的水分子固定并促進肉塊間的黏合，填充孔洞賦予產品以細膩的組織結構。另外，高交聯的預凝膠淀粉有助于防止水果餡在焙烤時的沸溢。使用含有輕度交聯的玉米淀粉的奶油醬涂布在焙烤或油炸過的肉或魚上會大大改善黏附性［9－11］。

2．2．2在方便食品中的應用

在方便面中添加一類糊化溫度低、成膜性好、保水性好、黏度高的變性淀粉，可使面條口感爽滑而且色澤鮮亮，進而可以提高面條的復水性。變性淀粉的吸水性強，加入到面粉中能提高面粉的吸水量，在和面形成面筋的過程中，淀粉吸水后膨脹充滿面筋骨架，使面團具有延展性和韌性，從而改善了面團的加工性能；變性淀粉糊化溫度低，加入適量后能提高面餅在蒸箱中的糊化度，并且縮短了蒸煮的時間；淀粉糊化后，黏度非常高，吸收大量的水，可以最大限度地將水分保持在面餅中，再經過高溫油炸時水分迅速逸出，造成面條內部疏松多孔，能顯著縮短面餅的復水時間；良好的成膜性使面條表面光滑，口感爽滑筋道，不渾湯；優良的保水性和親水性能降低面餅的吸油率，既降低生產成本，又能減少酸敗，降低面餅的酸價和過氧化值［12］。

2．2．3在乳制品中的應用

變性淀粉在乳制品中的應用也是相當的廣泛，變性淀粉在乳制品加工過程中提供奶油狀結構和貨架穩定的功能。例如在酸奶制作時通常添加交聯變性淀粉，交聯淀粉分子的交聯酯鍵強度遠高于淀粉分子的氫鍵，且分子量較原淀粉大，增強并保持了原氫鍵的效能，其作用象分子間的橋梁，使淀粉在水中被加熱時，其顆粒仍保持不同程度的完整性，抑制了顆粒的破裂和黏度下降，具有獨特的加工耐受性。淀粉糊化后形成黏度，賦予酸奶光滑細膩的組織結構。在乳飲料制作中添加具有獨特流變特性的變性淀粉能夠增進口感，提供清淡風味［13］。

2．2．4在糖果制品中的應用

淀粉（包括變性淀粉）在糖果中主要用作填充劑，利用豆類或黏高粱淀粉制作柔糯性極佳的高粱飴類軟性糖果，利用淀粉的凝膠特性制造淀粉軟糖。淀粉加入焦香糖或砂質軟糖中，可增加糖果的體積和產品的咀嚼性，淀粉在棉花糖或膠姆糖的生產中，可作為擠壓成型糖果的撒粉，防止糖果的粘連，加速表面干燥，淀粉在軟糖成型時，可制成淀粉成型模，吸收糖果中的水分。淀粉的黏度、水溶性、色澤、流動性、凝膠性等性能對糖果的影響較大。黏度高不利于熬糖和成型，因為黏度高導致傳熱速率低，熬糖時不利于水分蒸發，流動性差，澆模成型時容易拖尾。因此，需要根據具體的糖果加工工藝要求引入變性淀粉，變性的目的是賦予淀粉低黏度、高溶解性以及分散性和抗脹性等應用優勢。此外，變性淀粉還可應用于充氣糖果中可以補充糖體中可溶性固形物的量，降低由于蔗糖過多或過少引起的品質變化，軟化糖果的硬度，使口感疏松、不黏牙，增加糖果的咀嚼性。變性淀粉除了應用在凝膠糖果、硬性糖果、焦香糖果、充氣糖果中外，其他應用還有待進一步研發［14］。

2．2．5在奶片中的應用

［15］早在20世紀60年代初，奶片的生產技術就已在工業發達的西方資本主義國家有了研究。我國最早于20世紀80年代初引進了該項技術，并形成了成熟的生產工藝和完全配套的生產設備，產品質量達到了國際水平。雖然奶片的加工技術有了長足的發展，但是由于奶片生產工藝的特點及其主要配料奶粉的特性造成了奶片制品本身的一些缺陷。這些缺陷可以通過變性淀粉的特殊性能得以解決。淀粉經過適宜的變性處理可以使其具有許多特殊的性能。通過對淀粉的糊化溫度、顆粒大小、分子鏈長短等性質的調節，就可以使其在奶片中產生積極的作用，例如：淀粉可作為填充物從而有效降低奶片的原料成本；通過對糊化溫度的調整，使淀粉只在達到特定的溫度下吸水，可以緩解奶片在口腔中的黏附現象，保障了奶片的優良口感，并降低了齲齒的危險；通過對淀粉細度的控制，可以使淀粉顆粒自由進入奶粉或植脂末的孔隙中，填平孔隙，從而使制品表面更光滑，結構更為細膩；通過稀釋奶粉等成分帶來的黏度，提供了崩解效果，使奶片在人體中用最短的時間就能溶解完全，使其中的營養成分釋放得更徹底。

3變性淀粉的發展前景

天然淀粉已廣泛應用于工業生產、食品制造工業等領域。隨著新技術和新產品的不斷推出，產品性能的不斷提高，新工藝的不斷開發，淀粉的深加工———變性淀粉的研究、開發、應用得到了有利的推動。追溯變性淀粉的歷史可以至19世紀初，然而我國變性淀粉的生產卻是在20世紀60年代，到了80年代后才有了很大發展，應用面也越來越廣：從紡織、造紙，到食品、飼料、醫藥、建筑、鉆井等方面，現如今，變性淀粉正朝著多元型、多重復合型、系列化的方向發展，預測以后的變性淀粉的領域將會越來越廣泛。

作者：劉彩芬 單位：陜西理工學院生物科學與工程學院