[科普中國]-酸改性淀粉

定義

酸改性淀粉是指用酸處理的改性淀粉，它是一種可溶性淀粉，溶解后仍保留淀粉的顆粒狀態(tài)，溶液的透明性和流動(dòng)性良好，因此又稱為可溶性改性淀粉。酸處理淀粉過程中會(huì)發(fā)生淀粉的解聚，為了控制解聚程度，在控制加酸的前提下，處理溫度一般不超過糊化溫度。在質(zhì)子作用下，糖苷鍵斷裂，并伴隨著低相對(duì)分子質(zhì)量的多聚物片斷的出現(xiàn)。酸的用量取決于所欲達(dá)到的轉(zhuǎn)化程度，在反應(yīng)過程中，首先對(duì)支鏈淀粉部分降解，然后質(zhì)子再進(jìn)攻直鏈淀粉。反應(yīng)初期的水解效率較高。將淀粉懸浮液進(jìn)行酸改性后，產(chǎn)物的堿值、氫氧化鈉臨界吸附值、持水性和糊化溫度增大，熱糊粘度、特性粘數(shù)、碘親合能力降低。1

酸改性淀粉與糊精相比，生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品性質(zhì)均有很大差別。它是一種可溶性淀粉，但仍保留淀粉的顆粒狀態(tài)。事實(shí)上，酸對(duì)淀粉分子的作用效果已了解多年，1874年由Naegeli和1886年Linther分別制備出酸處理淀粉，當(dāng)時(shí)是將淀粉經(jīng)7．5%的鹽酸或15%硫酸在室溫下處理12d時(shí)間，獲得的這種改性淀粉在2%濃度下加熱煮沸，即得完全透明和流動(dòng)性良好的溶液，因此又通常將其稱為可溶性改性淀粉。2

反應(yīng)機(jī)理在酸處理淀粉的過程中也會(huì)發(fā)生淀粉的解聚，為了控制解聚程度，在控制加酸濃度的前提下，處理溫度一般也不超過50℃。在質(zhì)子作用下，糖苷鍵斷裂，并伴隨著低分子質(zhì)量的多聚物片段的出現(xiàn)。盡管常用無機(jī)酸(HCI、H2SO4等)處理淀粉，但有機(jī)酸也可催化多聚物的水解。酸的用量取決于所欲達(dá)到的轉(zhuǎn)化程度。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于HCl而言，常用0．1%～1%的HCl處理淀粉，在反應(yīng)過程中，首先對(duì)支鏈淀粉部分降解，然后質(zhì)子再進(jìn)攻直鏈淀粉。反應(yīng)初期的水解效率比較高。然而每個(gè)淀粉品種均有自己的降解動(dòng)力學(xué)特性，如土豆淀粉的水解速率要比禾谷類淀粉緩慢得多，也就是說對(duì)于同一反應(yīng)時(shí)間，如獲得相同產(chǎn)物的黏度或流度，處理土豆淀粉用酸量要比玉米淀粉多。

總之，將淀粉懸浮液進(jìn)行低于糊化溫度下的酸改性處理，其產(chǎn)物具有與原淀粉顆粒外形相同，雙折射性和冷水中基本不溶相類似的特征，酸處理淀粉具有較低的熱糊黏度、較高的堿值、較高的氫氧化鈉臨霽吸附值、較低的特征黏度、較低碘親合能力、較高的持水性和較高的糊化溫度等特征。2

生產(chǎn)方法濕法將淀粉懸浮于0．5%～10%的無機(jī)酸溶液中，在50℃下攪拌數(shù)小時(shí)，達(dá)到所需的粘度后，經(jīng)堿中和、水洗、干燥、粉碎，即可制得變性淀粉。實(shí)際生產(chǎn)中常用鹽酸或硫酸作改性劑，淀粉乳液的濃度控制在40%左右。

半干法將適量酸加入一定濃度的淀粉漿中，在室溫下攪拌均勻后，過濾除去漿液，將淀粉濕體加熱干燥，淀粉顆粒吸附的酸開始起作用，在達(dá)到所要求的降解程度和產(chǎn)物的水分后即終止加熱，冷卻、粉碎即可獲得酸改性淀粉。Ferrara對(duì)該法進(jìn)行了改進(jìn)，他將酸吸附于惰性載體上，然后將酸化后的載體再與淀粉混合，在一定溫度下反應(yīng)，制備酸改性淀粉。

非水溶劑法將有機(jī)溶劑如丙酮等調(diào)整到一定酸度，然后再與淀粉混合，反應(yīng)結(jié)束后過濾、中和、干燥，即獲得酸改性淀粉。1

質(zhì)量檢測(cè)測(cè)定酸改性淀粉改性程度的指標(biāo)有黏度、流動(dòng)值、堿值和鐵氰酸鹽指數(shù)等指標(biāo)，目前工業(yè)上應(yīng)用比較多的是流動(dòng)值測(cè)定法。流動(dòng)值就是同體積的液體和同體積的水，在同一時(shí)間內(nèi)流出容量的比值，它是反映物質(zhì)黏度指標(biāo)的一個(gè)單位，流動(dòng)值越大，則流體流動(dòng)性好，流動(dòng)值越小，則流體流動(dòng)性就差。

流動(dòng)測(cè)定方法是取59改性淀粉(干基)置于150mL燒杯中，加入10mL蒸餾水，待膨脹后加入1%氫氧化鈉溶液90mL，攪拌3min，于25℃下靜置27min，待其變?yōu)榫鶆虻耐该骱隣钜汉?，再把它傾入流量杯中，流量杯為銅制的圓錐體，其容量為100mL。100mL的水在標(biāo)準(zhǔn)流量杯中流出的時(shí)間為70～75s，將水在該時(shí)間內(nèi)的流動(dòng)度作為100，而其它物質(zhì)的溶液(改性淀粉)，在同一時(shí)間內(nèi)流出量為40ml，它的流動(dòng)度就為40。若流出量為60mL，它的流動(dòng)度就為60。一般酸改性淀粉的流動(dòng)度控制在45～65范圍內(nèi)。2

性質(zhì)與應(yīng)用酸改性淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)緊密程度減弱，分子鏈長(zhǎng)度降低，分散容易，因此稍微加熱，便會(huì)溶解，流動(dòng)性增加，黏度降低，比原淀粉特性黏度降低了約5倍。由于反應(yīng)過程中伴隨著分子碎片的出現(xiàn)，所以其淀粉溶液易老化，濃度高時(shí)，在加熱過程中黏度上升，冷卻后，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的凝膠化過程，可形成強(qiáng)凝膠，是酸改性淀粉特

性之一。利用這一特性，可將酸改性淀粉應(yīng)用于軟糖、淀粉果凍等食品工業(yè)中，如在淀粉糖、砂糖、香料中添加10%的酸改性淀粉，用高壓釜在130℃連續(xù)蒸煮使其溶解后，注入淀粉鑄模內(nèi)室溫放置，即可凝固成適當(dāng)?shù)男螤?。如果將酸改性淀粉與砂糖、淀粉糖漿和水一起蒸煮，水分蒸發(fā)冷卻后可形成凝膠，將該熱凝膠放于模型中冷卻和熟化，即可制成一定組織結(jié)構(gòu)的膠皮糖果。

在造紙工業(yè)中，酸改性淀粉常用于某些優(yōu)質(zhì)紙張的輥法表面施膠，保持使用溫度66～71℃和pH7．5～8．0可獲得良好操作效果，還能增加硫酸鹽掛面紙板強(qiáng)度及改善紙板的適印性，用于壓光輥組上能改善紙板表面強(qiáng)度和印刷用紙的著墨性能。酸改性的糯性淀粉可用于瓦楞紙板的制造業(yè)中，代替泡花堿作為無毒、防潮黏結(jié)劑。

酸改性淀粉可用于需要成膜性及黏附性的工藝中，如經(jīng)紗上漿，可增加紗的強(qiáng)度和降低編織過程中的摩擦阻力，還可用于織物精整，主要應(yīng)用于全棉紡品中，能夠增加產(chǎn)品的挺度。但由于酸改性過程主要是一水解過程，淀粉分子上沒有接入外來官能團(tuán)，只是在淀粉分子末端增加了醛基而已，即在淀粉分子上沒有增加與纖維素親和力強(qiáng)的官能團(tuán)，因此，常采用進(jìn)一步酯化或醚化反應(yīng)的復(fù)合變性手段來改善酸變性淀粉的作業(yè)性能。2