變性淀粉在造紙食品工業(yè)中的應(yīng)用

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隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國變性淀粉的研制開發(fā)與應(yīng)用近10多年來呈現(xiàn)快速發(fā)展的良好態(tài)勢(shì)，特別我國自加入WTO以來，隨著市場的進(jìn)一步開放，變性淀粉在造紙、食品、紡織、醫(yī)藥、環(huán)保等諸多領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。市場的多樣化要求也促使變性淀粉開發(fā)出現(xiàn)多種新趨勢(shì)，其中各種變性淀粉的生產(chǎn)工藝與應(yīng)用開發(fā)是值得推廣的，更是符合我國新型工業(yè)化形勢(shì)要求的，為提高農(nóng)產(chǎn)品深加工的附加值、解決“三農(nóng)”問題作出了一定的貢獻(xiàn)。變性淀粉作為比較重要的一種常見工業(yè)添加劑，可廣泛應(yīng)用于造紙工業(yè)、食品工業(yè)中，本文介紹了交聯(lián)淀粉在造紙工業(yè)及食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展，旨在為變性淀粉的開發(fā)和綜合利用提供理論指導(dǎo)。

1淀粉及變性淀粉概述

1．1淀粉及交聯(lián)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(jià)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(chǎn)量居世界前列［1］，但由于淀粉的許多固有性質(zhì)如冷水不溶性，在酸、熱、剪切作用下的不穩(wěn)定性等限制，很難在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。因此，研究變性淀粉對(duì)淀粉資源的合理應(yīng)用意義深遠(yuǎn)。如果將淀粉進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男?，如采用物理方法、化學(xué)方法、生物法［2］等對(duì)其進(jìn)行處理，即制備改性淀粉，可大大拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。淀粉能與很多化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)，根據(jù)取代度的不同生成不同的變性淀粉產(chǎn)品，其醇羥基與具有兩個(gè)或多個(gè)官能團(tuán)的試劑反應(yīng)，引發(fā)淀粉分子之間橋連或形成交聯(lián)，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(lián)淀粉［3，4］。

1．2變性淀粉的生產(chǎn)方法

變性淀粉的種類雖然很多，但其主要生產(chǎn)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(yè)生產(chǎn)上應(yīng)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(zhì)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(xué)試劑進(jìn)行氧化、醚化、交聯(lián)、酯化等反應(yīng)，生成改性淀粉。如果采用的分散介質(zhì)不是水，而是有機(jī)溶劑或含水的混合溶劑時(shí)，為了區(qū)別這兩種方法，將這種方法稱為溶劑法。研究表明：大多數(shù)改性淀粉都可以通過濕法來生產(chǎn)，但是由于濕法所用到的有機(jī)溶劑價(jià)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(tài)下完成反應(yīng)的，所以稱為“干法”，但是并不是說一點(diǎn)水也沒有，而是相對(duì)而言含水量相對(duì)較少，即淀粉在含少量水（通常為20％左右）或者少量有機(jī)溶劑的情況下，與化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)生成變性淀粉的一種生產(chǎn)方法。干法反應(yīng)體系由于含水量小，所以干法生產(chǎn)中的一個(gè)最大的困難就是淀粉與化學(xué)試劑的均勻混合問題。工業(yè)上除采用專門的混合設(shè)備外，還采用在濕的狀態(tài)下混合，在干的狀態(tài)下反應(yīng)，也就是分兩步完成改性淀粉的生產(chǎn)。干法生產(chǎn)的品種雖然不如濕法生產(chǎn)的品種多，但是干法生產(chǎn)工藝簡單、收率高、無污染，是一種很有發(fā)展前途的生產(chǎn)方法，越來越受到研究人員的關(guān)注。

1．2．3滾筒法

滾筒法是工業(yè)上生產(chǎn)預(yù)糊化淀粉的一種重要方法，由于采用的關(guān)鍵設(shè)備是滾筒干燥機(jī)而得名，滾筒法通常只生產(chǎn)物理改性的預(yù)糊化淀粉，也可以在調(diào)漿時(shí)加入化學(xué)試劑，因其受設(shè)備及工藝條件的限制，所以滾筒法生產(chǎn)的產(chǎn)品品種較少。

2變性淀粉在工業(yè)中的應(yīng)用

2．1變性淀粉在造紙工業(yè)中的應(yīng)用

近年來，多種變性方法相結(jié)合的新技術(shù)不斷被研發(fā)出來和得到應(yīng)用，許多研究者嘗試采用多種變性方法，開發(fā)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(chǎn)的濕部主要變性淀粉之一，具有增強(qiáng)劑的作用，可提高紙頁強(qiáng)度，同時(shí)也具有助留、助濾劑的作用；可顯著提高細(xì)小組分在紙頁中的留著率，進(jìn)而對(duì)紙頁的強(qiáng)度方面也產(chǎn)生了影響。在造紙工業(yè)中，由于纖維、填料、松香膠都帶有負(fù)電荷，陽離子淀粉能與漿料中帶負(fù)電荷的物質(zhì)發(fā)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(jié)合力增加，從而起到了增強(qiáng)紙張強(qiáng)度的作用。

2．1．2表面施膠劑

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

2．1．3造紙?jiān)鰪?qiáng)劑

如果將交聯(lián)淀粉或復(fù)合交聯(lián)淀粉與其他變性淀粉結(jié)合或復(fù)配使用，也能大大改善變性淀粉的應(yīng)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(duì)玉米淀粉進(jìn)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(qiáng)度方面，HY－36作為造紙?jiān)鰪?qiáng)劑的增強(qiáng)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(fù)合交聯(lián)淀粉，不僅克服了復(fù)合交聯(lián)淀粉性能的局限，而且擴(kuò)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(huán)氧氯丙烷進(jìn)行交聯(lián)，研制出適用于木材加工及人造板工業(yè)的環(huán)保型無醛膠黏劑［8］。多重復(fù)合交聯(lián)淀粉的性能更優(yōu)異，應(yīng)用更為廣泛，將是今后復(fù)合交聯(lián)淀粉最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。

2．1．4處理造紙白水

造紙行業(yè)也是廢水產(chǎn)生的一大行業(yè)，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(chǎn)生的廢水，來源于紙張抄造過程。白水當(dāng)中主要含有細(xì)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(qiáng)劑、防腐劑等。造紙白水所產(chǎn)生的廢水量大，且懸浮物含量高，其計(jì)算所得的有機(jī)污染負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蒸煮黑液和中段廢水的有機(jī)污染負(fù)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(yōu)點(diǎn)，如投資少、工期短、處理系統(tǒng)運(yùn)行管理簡單、操作靈活、處理效果好等特點(diǎn)。

2．2變性淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用

2．2．1在肉類制品中的應(yīng)用

多年來，肉制食品中一直用天然淀粉作增稠穩(wěn)定劑來改善肉制食品的組織結(jié)構(gòu)外觀和產(chǎn)率。但一些產(chǎn)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(chǎn)品的質(zhì)量與風(fēng)味。交聯(lián)淀粉糊化溫度高，在加熱初期仍具有良好的流動(dòng)性，有利于熱的傳導(dǎo)，傳熱效率高，殺菌升溫快，不僅可以縮短加熱時(shí)間，還可以減少營養(yǎng)損失。并且交聯(lián)淀粉糊化溫度較肉蛋白變性溫度高，當(dāng)交聯(lián)淀粉糊化時(shí)，肌肉蛋白早已完成凝膠過程，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。交聯(lián)淀粉會(huì)將網(wǎng)絡(luò)中的水分子固定并促進(jìn)肉塊間的黏合，填充孔洞賦予產(chǎn)品以細(xì)膩的組織結(jié)構(gòu)。另外，高交聯(lián)的預(yù)凝膠淀粉有助于防止水果餡在焙烤時(shí)的沸溢。使用含有輕度交聯(lián)的玉米淀粉的奶油醬涂布在焙烤或油炸過的肉或魚上會(huì)大大改善黏附性［9－11］。

2．2．2在方便食品中的應(yīng)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(jìn)而可以提高面條的復(fù)水性。變性淀粉的吸水性強(qiáng)，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(tuán)具有延展性和韌性，從而改善了面團(tuán)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(shí)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(jīng)過高溫油炸時(shí)水分迅速逸出，造成面條內(nèi)部疏松多孔，能顯著縮短面餅的復(fù)水時(shí)間；良好的成膜性使面條表面光滑，口感爽滑筋道，不渾湯；優(yōu)良的保水性和親水性能降低面餅的吸油率，既降低生產(chǎn)成本，又能減少酸敗，降低面餅的酸價(jià)和過氧化值［12］。

2．2．3在乳制品中的應(yīng)用

變性淀粉在乳制品中的應(yīng)用也是相當(dāng)?shù)膹V泛，變性淀粉在乳制品加工過程中提供奶油狀結(jié)構(gòu)和貨架穩(wěn)定的功能。例如在酸奶制作時(shí)通常添加交聯(lián)變性淀粉，交聯(lián)淀粉分子的交聯(lián)酯鍵強(qiáng)度遠(yuǎn)高于淀粉分子的氫鍵，且分子量較原淀粉大，增強(qiáng)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(shí)，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(dú)特的加工耐受性。淀粉糊化后形成黏度，賦予酸奶光滑細(xì)膩的組織結(jié)構(gòu)。在乳飲料制作中添加具有獨(dú)特流變特性的變性淀粉能夠增進(jìn)口感，提供清淡風(fēng)味［13］。

2．2．4在糖果制品中的應(yīng)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(zhì)軟糖中，可增加糖果的體積和產(chǎn)品的咀嚼性，淀粉在棉花糖或膠姆糖的生產(chǎn)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(shí)，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(dòng)性、凝膠性等性能對(duì)糖果的影響較大。黏度高不利于熬糖和成型，因?yàn)轲ざ雀邔?dǎo)致傳熱速率低，熬糖時(shí)不利于水分蒸發(fā)，流動(dòng)性差，澆模成型時(shí)容易拖尾。因此，需要根據(jù)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(yīng)用優(yōu)勢(shì)。此外，變性淀粉還可應(yīng)用于充氣糖果中可以補(bǔ)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(zhì)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(yīng)用在凝膠糖果、硬性糖果、焦香糖果、充氣糖果中外，其他應(yīng)用還有待進(jìn)一步研發(fā)［14］。

2．2．5在奶片中的應(yīng)用

［15］早在20世紀(jì)60年代初，奶片的生產(chǎn)技術(shù)就已在工業(yè)發(fā)達(dá)的西方資本主義國家有了研究。我國最早于20世紀(jì)80年代初引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)，并形成了成熟的生產(chǎn)工藝和完全配套的生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了國際水平。雖然奶片的加工技術(shù)有了長足的發(fā)展，但是由于奶片生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)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(jīng)過適宜的變性處理可以使其具有許多特殊的性能。通過對(duì)淀粉的糊化溫度、顆粒大小、分子鏈長短等性質(zhì)的調(diào)節(jié)，就可以使其在奶片中產(chǎn)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(duì)糊化溫度的調(diào)整，使淀粉只在達(dá)到特定的溫度下吸水，可以緩解奶片在口腔中的黏附現(xiàn)象，保障了奶片的優(yōu)良口感，并降低了齲齒的危險(xiǎn)；通過對(duì)淀粉細(xì)度的控制，可以使淀粉顆粒自由進(jìn)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(jié)構(gòu)更為細(xì)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(shí)間就能溶解完全，使其中的營養(yǎng)成分釋放得更徹底。

3變性淀粉的發(fā)展前景

天然淀粉已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、食品制造工業(yè)等領(lǐng)域。隨著新技術(shù)和新產(chǎn)品的不斷推出，產(chǎn)品性能的不斷提高，新工藝的不斷開發(fā)，淀粉的深加工———變性淀粉的研究、開發(fā)、應(yīng)用得到了有利的推動(dòng)。追溯變性淀粉的歷史可以至19世紀(jì)初，然而我國變性淀粉的生產(chǎn)卻是在20世紀(jì)60年代，到了80年代后才有了很大發(fā)展，應(yīng)用面也越來越廣：從紡織、造紙，到食品、飼料、醫(yī)藥、建筑、鉆井等方面，現(xiàn)如今，變性淀粉正朝著多元型、多重復(fù)合型、系列化的方向發(fā)展，預(yù)測(cè)以后的變性淀粉的領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣泛。

作者：劉彩芬 單位：陜西理工學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院