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挤压蒸煮技术在淀粉改性中的应用

张诗川李希宁杨庆余*

（齐齐哈尔大学食品与生物工程学院,黑龙江齐齐哈尔161006）

摘要：阐述了挤压蒸煮技术在淀粉改性中的原理,例如,接枝共聚物、阳离子淀粉或氧化淀粉等.挤压蒸煮作为生物聚合反应器具有高效和安全等特点,值得特别关注.

关键词：挤压蒸煮；淀粉；聚合物；改性

基金项目：2015 年国家大学生创新创业训练计划项目（201510221013）；齐齐哈尔市农业攻关计划项目（NYGG-201408）.

作者简介：杨庆余（1982-）,男,黑龙大庆人,讲师,博士.

改性淀粉（modified starches）,亦称为修饰淀粉或变性淀粉,是指通过物理方法或利用化学反应引入某些官能基团,改变淀粉的原有结构而得到具有不同性质的淀粉.为了精确揭示挤压蒸煮技术在淀粉改性中的应用,本文从挤压蒸煮改性的分类和应用范围进行系统阐述.

1 挤压蒸煮改性技术对淀粉改性机理

传统的淀粉改性反应是在搅拌釜反应器中进行的.原淀粉在室温条件下水溶解性较低,低支链淀粉在高于60℃条件下发生凝胶化反应,传统的淀粉改性通常是在较低的反应温度（小于60°C）条件下进行的.淀粉在挤压机内的化学改性过程主要包括：（1 ）淀粉的接枝聚合.（2）淀粉作为独立接枝单元的反应.（3）接枝聚合物的链到淀粉上.（4）环氧氯丙烷交联淀粉或者磷酸化淀粉[1].

1.1 机械断键作用

淀粉的结构经过挤压蒸煮后发生分解,淀粉的α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键发生断裂,淀粉在挤压蒸煮过程中降解分为至少5个水平.（1 ）线性的葡萄糖单元形成的α-1,4-糖苷键键.（2）淀粉的α-1,4糖苷键的分支点通过α-1,6-糖苷键连接形成完全分支独立分子（主要为直连和支链分子）.（3）9~10nm交替的结晶和无定型片晶重复距离.（4）半结晶增长环.（5）淀粉颗粒.

1.2 羟自由基反应

挤压蒸煮引起的空化作用使水分子或反应试剂进入空穴及其周围进行热降解反应,生成氢氧自由基或其它活性自由基,并由此引起自由基增殖反应,从而促进大分子物质自由基的氧化还原等多种反应.

2 改性淀粉的分类

2.1 羟丙基淀粉

羟丙基淀粉的优点是淀粉糊的稳定性和非离子特性,在工业上的应用潜力较大,尤其在食品工业中具有较高的应用价值.碱催化的氧化丙烯与马铃薯淀粉的羟丙烯化反应在双螺杆挤压内发生反应,取代度（DS）小于0.25,氧化丙烯的完全转化率大于50%.

2.2 阳离子淀粉

阳离子淀粉是一种淀粉醚的衍生物,因在氮原子上带有正电荷而得名.含卤基或环氧基的有机胺类化合物可以与羟基发生反应,淀粉可以与之发生反应而成为阳离子淀粉.因此,阳离子淀粉也称作醚化淀粉,制备得到的阳离子淀粉中含有一定量的氨基.

2.3 交联淀粉

交联反应指的就是交联剂与淀粉分子反应后,一定数量的淀粉分子由二醚键或二酯键形成空间网络结构,由于淀粉分子骨架上存在醇羟基,交联剂得以和与其官能团数量对应的淀粉分子发生反应.交联后淀粉的各方面性能得以改善,冻融稳定性提高显著,对于热和酸进攻的抵御能力增强,同时形成的表面膜强度较大.Seker 等人采用三偏磷酸钠作为交联剂,NaOH作为催化剂,单螺杆挤压机作为反应器,研究了挤压反应的参数对于淀粉性质的影响.

2.4 磷酸化淀粉

磷酸水平的高低对淀粉的凝胶化反应有明显作用.磷酸化淀粉可以提高淀粉的冻融稳定性、降低回生程度、提高淀粉的水结合能力.许多研究者对淀粉在挤压机内发生的磷酸化反应进行了研究.

2.5 氧化淀粉

氧化剂对淀粉乳进行改性后,使得淀粉的性质发生了变化.相较于原淀粉糊化温度高且黏度大、热稳定性差的缺点,氧化淀粉在这些方面的特性都有所改善,且氧化淀粉还有其它方面的优点,例如,透明度较高、抗冻融稳定性强,同时成膜性也较好.

2.6 酯化淀粉

淀粉的醇羟基与催化剂作用后,会解离形成阴离子,而酯化剂的羰基碳带有部分正电荷,于是淀粉解离形成的阴离子会与之发生亲核取代反应,从而形成酯键,通过这种方法制备的淀粉被称为酯化淀粉.酯化作用提高了原淀粉的疏水性和抗老化性,并且在淀粉分子中同时引入了亲水亲油基团,使得酯化淀粉具有一定的乳化性.

3 结论

经过一个多世纪的发展,挤压蒸煮技术广泛用于淀粉合成淀粉基聚合物,加工了多种改性淀粉.挤压蒸煮技术在淀粉改性方面是十分有效的方法,同时可以加工出具有优良性质的改性淀粉产品.

参考文献

1 胡爱军,郑捷,秦志平,杨飞.变性淀粉特性及其在食品工业中应用[J].粮食与油脂,2010（6）

2 钟焕贵,陈中,林伟锋.改性淀粉对月饼豆沙馅料品质影响的研究[J].现代食品科技,2009（10）

（责任编辑王曼）