变性淀粉近年来发展很快,有农作物原料制造的原淀粉经加工制成变性淀粉,供有关食品和非食品工业应用。淀粉为何需要变性?
由不同农作物制造的淀粉统称为原淀粉,因为其结构和性质仍与原来相同,在制造过程中基本没受到影响。不同品种来源的原淀粉在链与支淀粉组成和性质上存在差别,一般加用农作物品种名称进行区别,如玉米淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、木薯淀粉等。淀粉的用途广泛,并在不断发展,所需要的性质不全相同,从前是选择具有适用性质的原淀粉品种应用,现在变性淀粉发展了,对不同应用都有适用产品具有要求的性质,比原淀粉效果好。在淀粉工业发达国家,几乎原淀粉全部被加工成变性淀粉,发展快而大。
淀粉是颗粒存在,不溶于水,难被酶解。这是一个好性质,有利于储存,难被破坏。但是淀粉颗粒的直接应用少,一般是加热糊化,破坏颗粒的结晶结构,吸水膨胀,变成水溶胶体糊,应用淀粉糊。所以糊的性质至关重要,变性的目的便是改善其性质,使更适于应用的要求,效果更好。
组成淀粉分子的脱水葡萄糖单位在C2,C3和C6碳原子都有游离羟基,经很低程度的酸化,酯化、氧化、交联和其它化学反应能改变许多糊的性质,如糊化性、稳定性、凝抗性、成膜性和其它等。化学变性技术便是利用淀粉粒的这种性质,为普通应用方法,另外还有物理法和酶法。淀粉的制造是在淀粉乳中进行,利用颗粒不溶于水的性质,变性技术也是在淀粉乳中进行。加反应试剂于淀粉乳中在低于糊化温度搅拌进行变性反应,达到要求程度,过滤,水洗,干燥得产品,淀粉一直保持颗粒状,回收容易。变性反应的取代度一般0.2或以下。组成淀粉的葡萄糖单位,C2,C3和C6有3个羟基,10个葡萄糖单位共有30个羟基,其中只有2个或更少个起反应,反应程度是很低的,但却能改善淀粉糊性质,达到应用的要求。
工业生产技术和设备在不断发展,原淀粉的许多性质已不适用,有些要求的性质又不具有,所以需要变性。例如,淀粉的一种重要用途为食品增稠剂、稳定剂,要求糊粘度稳定。新式的糊化淀粉设备使用喷射液化器,蒸汽直接喷向淀粉乳,湖化快而均匀,成本低,但影响糊粘度降低。若干种食品的高温杀菌,酸性,强烈搅拌和管道输送都引起剪力影响,粘度降低。交联变性用具有二个或以上它能团的试剂将不同淀粉分子间联结起来,增强颗粒强度,提高热、酸、剪力影响抵抗性,减少或避免粘度降低。
普通品种淀粉是链和支淀粉二类高分子组成,如玉米淀粉合键淀粉27%,其余为支淀粉。淀粉糊中的传淀粉间趋向结合成结晶性结构,不溶于水,严重的会有沉淀和水析出,破坏食品的胶体性质。这种性质称为凝沉,分子间凝结又沉淀。玉米淀粉的这种性质严重影响其应用,特别在冷冻食品中。变性引入乙酰基,羟烷基、一磷硬塞能阻碍链淀粉分子间结合,减弱凝沉性,增加稳定性和冻融稳定性,适于低温倩存和冷冻食品中应用。现在冷冻食品很普遍,冷冻储存,融化后食用,需要所用淀粉具有高稳定性,冷冻,融化几次仍保持食品结构不受影响.
有些情况下,先后进行二次变性,得复合变性淀粉,具有更好的性质。交联常与氧化、酯化、醚化复合变性。例如,交联与氧化的复合变性淀粉糊的冷和热粘度稳定,使用过程中不会下降,停工,冷却,其冷粘度也是如此,再开工时加热,糊粘度仍与原来相同。
用次氯酸钠氧化,引入羧基得氧化淀粉的颜色洁白,糊化容易,糊化温度降低,粘度低而稳定,胶粘力强,成膜性好,透明度高,在造纸、纺织、食品等工业应用广泛。氧化淀粉的粘度低,胶粘力强,能在高浓度应用,干燥容易,用为胶粘剂是个优点。
用胶类化合物变性,引入氨基和铵基,氮原子带有正电荷,得阳离子淀粉,用于造纸和纺织上浆,效果好。纤维素具有阴电荷,阳离子淀粉浆料的吸收率强,成膜性好,效率高,能减少浆料用量。上浆吸收率高,浆料废水中含淀粉量低,污染少。阳离子淀粉是好絮凝剂,具有阴电荷的无机和有机物沉淀,适于处理工业废水。
一氯醋酸在氢氧化钠存在的条件下与淀粉分子中的羟基生成醚键,得羧甲基变性淀粉,为具有阴离子的高分子,结构和性质与羧甲基纤维素相似,用途也相似。食品工业用为增稠剂、稳定剂、粘合剂,能代替价格高的植物胶。纺织工业用为上浆剂,成膜性好,渗透性强,织布效率高,退浆容易。
淀粉的应用是加热糊化,应用其糊。为了省去加热麻烦,有预糊化变性淀粉生产,在淀粉工厂先用转辊加热淀粉乳薄层,干燥,磨细,成预糊化淀粉,应用时无须加热,用冷水调成糊应用,很方便。如用为鱼虾饲料粘合剂,铸造工业砂蕊粘合剂、石油井钻泥增调剂等。
淀粉具有亲水性羟基,但不具亲油性,经用取代的丁二酸酐起反应,引入烷基,使具有亲油性,成为双性变性淀粉,特别适用为油和水体系稳定剂,又是香料的好载体。淀粉的亲油性与香料有机物结合,亲水性与水结合。
由上述提到的几个例子就能够了解淀粉需要变性的目的。改善原淀粉性质,使更适合应用的要求,效果更好,并能增加新性质,开辟新用途。变性技术已经发展到很高水平,任何应用几乎都能生产出适用产品,大大促进了淀粉工业和有关应用工业的发展。