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变性淀粉在造纸食品工业中的应用论文
随着现代经济和工业技术的不断发展，我国变性淀粉的研制开发与应用近１０多年来呈现快速发展的良好态势，特别我国自加入ＷＴＯ以来，随着市场的进一步开放，变性淀粉在造纸、食品、纺织、医药、环保等诸多领域得到更加广泛的应用。市场的多样化要求也促使变性淀粉开发出现多种新趋势，其中各种变性淀粉的生产工艺与应用开发是值得推广的，更是符合我国新型工业化形势要求的，为提高农产品深加工的附加值、解决“三农”问题作出了一定的贡献。变性淀粉作为比较重要的一种常见工业添加剂，可广泛应用于造纸工业、食品工业中，本文介绍了交联淀粉在造纸工业及食品工业中的应用研究进展，旨在为变性淀粉的开发和综合利用提供理论指导。
１淀粉及变性淀粉概述
１．１淀粉及交联淀粉简介
淀粉是一种多糖，分子式（Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）ｎ，广泛存在于各种植物的组织中。我国的淀粉价廉易得，无毒且易降解，可分为直链淀粉和支链淀粉。而且资源丰富，产量居世界前列［１］，但由于淀粉的许多固有性质如冷水不溶性，在酸、热、剪切作用下的不稳定性等限制，很难在工业领域发挥重大作用。因此，研究变性淀粉对淀粉资源的合理应用意义深远。如果将淀粉进行适当的改性，如采用物理方法、化学方法、生物法［２］等对其进行处理，即制备改性淀粉，可大大拓宽其应用领域。淀粉能与很多化学试剂发生反应，根据取代度的不同生成不同的变性淀粉产品，其醇羟基与具有两个或多个官能团的试剂反应，引发淀粉分子之间桥连或形成交联，使不同淀粉分子的羟基间形成二醚键或酯键，得到的衍生物称为交联淀粉［３，４］。
１．２变性淀粉的生产方法
变性淀粉的种类虽然很多，但其主要生产方法不外乎干法、湿法和滚筒法等几种。除此之外的其他方法如接枝共聚法、微波法、挤压法等在工业生产上应用的并不多。
１．２．１湿法
湿法也称浆法，是将淀粉分散在水或其他液体介质中，配成一定浓度的悬浮液（也叫淀粉乳），在特定的温度条件下，与化学试剂进行氧化、醚化、交联、酯化等反应，生成改性淀粉。如果采用的分散介质不是水，而是有机溶剂或含水的混合溶剂时，为了区别这两种方法，将这种方法称为溶剂法。研究表明：大多数改性淀粉都可以通过湿法来生产，但是由于湿法所用到的有机溶剂价格昂贵且易燃易爆，回收起来又麻烦，所以只有制备高取代度的改性淀粉才采用湿法。
１．２．２干法
干法，是在“干”的状态下完成反应的，所以称为“干法”，但是并不是说一点水也没有，而是相对而言含水量相对较少，即淀粉在含少量水（通常为２０％左右）或者少量有机溶剂的情况下，与化学试剂发生反应生成变性淀粉的一种生产方法。干法反应体系由于含水量小，所以干法生产中的一个最大的困难就是淀粉与化学试剂的均匀混合问题。工业上除采用专门的混合设备外，还采用在湿的状态下混合，在干的状态下反应，也就是分两步完成改性淀粉的生产。干法生产的品种虽然不如湿法生产的品种多，但是干法生产工艺简单、收率高、无污染，是一种很有发展前途的生产方法，越来越受到研究人员的关注。
１．２．３滚筒法
滚筒法是工业上生产预糊化淀粉的一种重要方法，由于采用的关键设备是滚筒干燥机而得名，滚筒法通常只生产物理改性的预糊化淀粉，也可以在调浆时加入化学试剂，因其受设备及工艺条件的限制，所以滚筒法生产的产品品种较少。
２变性淀粉在工业中的应用
２．１变性淀粉在造纸工业中的应用
近年来，多种变性方法相结合的新技术不断被研发出来和得到应用，许多研究者尝试采用多种变性方法，开发出新型的变性淀粉。
２．１．１造纸湿部添加剂
变性淀粉中的阳离子淀粉是用于纸张生产的湿部主要变性淀粉之一，具有增强剂的作用，可提高纸页强度，同时也具有助留、助滤剂的作用；可显著提高细小组分在纸页中的留着率，进而对纸页的强度方面也产生了影响。在造纸工业中，由于纤维、填料、松香胶都带有负电荷，阳离子淀粉能与浆料中带负电荷的物质发生相互吸附，其自身留着率高。淀粉自身的羟基和阳离子作用使得纤维之间、纤维与填料之间接触面积增大，结合力增加，从而起到了增强纸张强度的作用。
２．１．２表面施胶剂
傅朝亮［５］等发明了一种同时醚化氧化半干法生产表面施胶淀粉的制备方法，所制产品能克服表面施胶淀粉的的黏度高、留着率低的弊病，使产品能在车速为１０００ｍ／ｍｉｎ以上的新型高速纸机上施胶；与同类工艺相比，具有生产时间短、生产效率高、能耗低等优点。
２．１．３造纸增强剂
如果将交联淀粉或复合交联淀粉与其他变性淀粉结合或复配使用，也能大大改善变性淀粉的应用效果。常万英［６］等采用丙烯酰胺单体、阳离子淀粉与改性壳聚糖对玉米淀粉进行变性，在一定条件下接枝共聚成一种共聚物ＨＹ－３６，在提高纸张的强度方面，ＨＹ－３６作为造纸增强剂的增强效果比阳离子淀粉好。采用不同变性方式可制备性能不同的多重复合交联淀粉，不仅克服了复合交联淀粉性能的局限，而且扩展了新的性能。李宁［７］将淀粉活化后与酰胺基接枝并引入环氧氯丙烷进行交联，研制出适用于木材加工及人造板工业的环保型无醛胶黏剂［８］。多重复合交联淀粉的性能更优异，应用更为广泛，将是今后复合交联淀粉最具发展潜力的领域。
２．１．４处理造纸白水
造纸行业也是废水产生的一大行业，造纸废水的处理越来越受到科技工作的重视，造纸白水即抄纸工段所产生的废水，来源于纸张抄造过程。白水当中主要含有细小纤维、涂料、填料和溶解了的木材成分，以及其他的添加剂，如胶料、湿强剂、防腐剂等。造纸白水所产生的废水量大，且悬浮物含量高，其计算所得的有机污染负荷远远低于蒸煮黑液和中段废水的有机污染负荷，因此，造纸白水所引起的污染令人不由得重视。用变性淀粉尤其是阳离子淀粉作为絮凝剂处理造纸白水具有很多优点，如投资少、工期短、处理系统运行管理简单、操作灵活、处理效果好等特点。
２．２变性淀粉在食品工业中的应用
２．２．１在肉类制品中的应用
多年来，肉制食品中一直用天然淀粉作增稠稳定剂来改善肉制食品的组织结构外观和产率。但一些产品加工中，天然淀粉却不能满足某些工艺要求。在火腿、肉肠和某些肉类罐头等的加工过程中常需要添加变性淀粉来改善产品的质量与风味。交联淀粉糊化温度高，在加热初期仍具有良好的流动性，有利于热的传导，传热效率高，杀菌升温快，不仅可以缩短加热时间，还可以减少营养损失。并且交联淀粉糊化温度较肉蛋白变性温度高，当交联淀粉糊化时，肌肉蛋白早已完成凝胶过程，形成网络结构。交联淀粉会将网络中的水分子固定并促进肉块间的黏合，填充孔洞赋予产品以细腻的组织结构。另外，高交联的预凝胶淀粉有助于防止水果馅在焙烤时的沸溢。使用含有轻度交联的玉米淀粉的奶油酱涂布在焙烤或油炸过的肉或鱼上会大大改善黏附性［９－１１］。
２．２．２在方便食品中的应用
在方便面中添加一类糊化温度低、成膜性好、保水性好、黏度高的变性淀粉，可使面条口感爽滑而且色泽鲜亮，进而可以提高面条的复水性。变性淀粉的吸水性强，加入到面粉中能提高面粉的吸水量，在和面形成面筋的过程中，淀粉吸水后膨胀充满面筋骨架，使面团具有延展性和韧性，从而改善了面团的加工性能；变性淀粉糊化温度低，加入适量后能提高面饼在蒸箱中的糊化度，并且缩短了蒸煮的时间；淀粉糊化后，黏度非常高，吸收大量的水，可以最大限度地将水分保持在面饼中，再经过高温油炸时水分迅速逸出，造成面条内部疏松多孔，能显著缩短面饼的复水时间；良好的成膜性使面条表面光滑，口感爽滑筋道，不浑汤；优良的保水性和亲水性能降低面饼的吸油率，既降低生产成本，又能减少酸败，降低面饼的酸价和过氧化值［１２］。
２．２．３在乳制品中的应用
变性淀粉在乳制品中的应用也是相当的广泛，变性淀粉在乳制品加工过程中提供奶油状结构和货架稳定的功能。例如在酸奶制作时通常添加交联变性淀粉，交联淀粉分子的交联酯键强度远高于淀粉分子的氢键，且分子量较原淀粉大，增强并保持了原氢键的效能，其作用象分子间的桥梁，使淀粉在水中被加热时，其颗粒仍保持不同程度的完整性，抑制了颗粒的破裂和黏度下降，具有独特的加工耐受性。淀粉糊化后形成黏度，赋予酸奶光滑细腻的组织结构。在乳饮料制作中添加具有独特流变特性的变性淀粉能够增进口感，提供清淡风味［１３］。
２．２．４在糖果制品中的应用
淀粉（包括变性淀粉）在糖果中主要用作填充剂，利用豆类或黏高粱淀粉制作柔糯性极佳的高粱饴类软性糖果，利用淀粉的凝胶特性制造淀粉软糖。淀粉加入焦香糖或砂质软糖中，可增加糖果的体积和产品的咀嚼性，淀粉在棉花糖或胶姆糖的生产中，可作为挤压成型糖果的撒粉，防止糖果的粘连，加速表面干燥，淀粉在软糖成型时，可制成淀粉成型模，吸收糖果中的水分。淀粉的黏度、水溶性、色泽、流动性、凝胶性等性能对糖果的影响较大。黏度高不利于熬糖和成型，因为黏度高导致传热速率低，熬糖时不利于水分蒸发，流动性差，浇模成型时容易拖尾。因此，需要根据具体的糖果加工工艺要求引入变性淀粉，变性的目的是赋予淀粉低黏度、高溶解性以及分散性和抗胀性等应用优势。此外，变性淀粉还可应用于充气糖果中可以补充糖体中可溶性固形物的量，降低由于蔗糖过多或过少引起的品质变化，软化糖果的硬度，使口感疏松、不黏牙，增加糖果的咀嚼性。变性淀粉除了应用在凝胶糖果、硬性糖果、焦香糖果、充气糖果中外，其他应用还有待进一步研发［１４］。
２．２．５在奶片中的应用
［１５］早在２０世纪６０年代初，奶片的生产技术就已在工业发达的西方资本主义国家有了研究。我国最早于２０世纪８０年代初引进了该项技术，并形成了成熟的生产工艺和完全配套的生产设备，产品质量达到了国际水平。虽然奶片的加工技术有了长足的发展，但是由于奶片生产工艺的特点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。这些缺陷可以通过变性淀粉的特殊性能得以解决。淀粉经过适宜的变性处理可以使其具有许多特殊的性能。通过对淀粉的糊化温度、颗粒大小、分子链长短等性质的调节，就可以使其在奶片中产生积极的作用，例如：淀粉可作为填充物从而有效降低奶片的原料成本；通过对糊化温度的调整，使淀粉只在达到特定的温度下吸水，可以缓解奶片在口腔中的黏附现象，保障了奶片的优良口感，并降低了龋齿的危险；通过对淀粉细度的控制，可以使淀粉颗粒自由进入奶粉或植脂末的孔隙中，填平孔隙，从而使制品表面更光滑，结构更为细腻；通过稀释奶粉等成分带来的黏度，提供了崩解效果，使奶片在人体中用最短的时间就能溶解完全，使其中的营养成分释放得更彻底。
３变性淀粉的发展前景
天然淀粉已广泛应用于工业生产、食品制造工业等领域。随着新技术和新产品的不断推出，产品性能的不断提高，新工艺的不断开发，淀粉的深加工———变性淀粉的研究、开发、应用得到了有利的推动。追溯变性淀粉的历史可以至１９世纪初，然而我国变性淀粉的生产却是在２０世纪６０年代，到了８０年代后才有了很大发展，应用面也越来越广：从纺织、造纸，到食品、饲料、医药、建筑、钻井等方面，现如今，变性淀粉正朝着多元型、多重复合型、系列化的方向发展，预测以后的变性淀粉的领域将会越来越广泛。
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