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河北省晉州市光明纖維素有限公司

甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、可再分散性乳膠粉

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羥丙基淀粉醚在工業生產中各行業的應用研究
發布時間:2015-08-18        瀏覽次數:616        返回列表
  淀粉是綠色植物果實、種子、塊莖、塊根的主要成分,屬于可再生資源。原淀粉因水溶性差,乳化能力和凝膠能力低,糊液在熱、酸、剪切作用下不穩定等缺點,限制了其工業應用。人們根據淀粉的結構和理化性質開發了淀粉的變性技術,所得產品稱為變性淀粉。變性淀粉具有許多卓越的性質,經過一個多世紀的發展,目前已廣泛應用于食品、造紙、紡織等各個方面,羥丙基淀粉便是這一領域的代表性產品之一。

    羥丙基淀粉醚最早在1952年由日本京都大學工學部櫻田教授研制成功,他的產品主要用于纖維上漿。隨后,各國學者進行了大量的研究,20世紀60年代以來,美國和日本已廣泛將其應用于食品、紡織、造紙、日化和醫藥等工業領域。羥丙基淀粉在國內起步較晚,20世紀80年代初才有了專門的淀粉技術研究所,目前有關羥丙基淀粉的基礎研究已相當廣泛。由于羥丙基淀粉具有非離子性、糊化溫度低、透明度高、凍融穩定性好等特點,在工業上的應用潛力相當大,尤其是在食品工業中的應用價值更高,本文對近年來有關羥丙基淀粉的應用研究進行了綜述。
 
    一、羥丙基淀粉醚的制備原理及方法
    羥丙基淀粉醚是在強堿性條件下,由淀粉與環氧丙烷起醚化反應制得,堿起溶脹淀粉和催化環氧丙烷開環的作用,堿化時可以使淀粉顆粒完全溶脹,氫氧化鈉與淀粉中葡萄糖單元上的羥基鍵合形成活性中心。
    在羥丙基化階段,活性中心與滲入的環氧丙烷發生反應,其反應歷程為SN2型雙分子親核取代反應。
    除主反應外,還有副反應發生,生成的羥丙基淀粉可能與過量的環氧丙烷進一步發生醚化反應,結果是多個環氧丙烷取代同一個羥基,生成聚醚鏈。同時,在堿性條件下部分環氧丙烷會發生水解開環。
    羥丙基淀粉醚因制備工藝條件不同,有多種制備方法,目前有文獻報道的主要有干法、水分散法、非水溶劑法和微乳化法,其中水分散法工藝簡單,后處理方便,且所得產品純度高,是制備羥丙基淀粉的基本方法。
    二、羥丙基淀粉醚的特性
    1、糊化溫度低。
    原淀粉經羥丙基化后,糊化溫度明顯降低。C. Perera等人認為其糊化溫度降低的原因在于羥丙基的引入破壞了淀粉鏈間的氫鍵,促進了鏈的移動,從而降低了淀粉微晶體的融化溫度。由此可以認為,羥丙基化后淀粉顆粒結構發生了變化,表面凹凸不平,出現洞穴,甚至裂縫,使水分子容易深入淀粉顆粒內部被淀粉吸收,這與溫其標等掃描電鏡所觀察到的事實一致。
    2、凍融穩定性良好。
    羥丙基淀粉醚凍融穩定性高,重復多次,仍保持原來膠體結構。主要是羥丙基的親水作用大大改善了淀粉的持水性,而且羥丙基基團的空間位阻較大,阻礙了淀粉分子相互間生成氫鍵,使淀粉糊在水中的分散體系穩定,冷凍不易破壞其結構。因此,羥丙基淀粉適用于受溫度波動影響較大的冷凍及冷藏食品。
    3、透明度高。
    淀粉經羥丙基化后透光率有明顯提高,糊液放置不泛白。孫慧敏等研究認為,淀粉分子中引入的羥丙基基團增加了淀粉顆粒的親水性和膨脹率,使糊化后淀粉更容易和水分子結合形成均勻、穩定的糊液,因此羥丙基化可以提高淀粉的透明度。
    4、凝沉性弱。
    淀粉經羥丙基化后,破壞了淀粉分子間的氫鍵作用,與水的結合能力增強。與原淀粉相比較,抗凝沉作用增強,有利于其在食品增稠劑、穩定劑方面的應用。
    5、糊黏度穩定,成膜性好。
    羥丙基淀粉醚糊黏度穩定,糊液的成膜性好,膜透明、柔韌、平滑、耐折性好。但羥丙基淀粉的黏度因淀粉品種的不同而差異較大。
    6、非離子性。
    羥丙基淀粉醚屬非離子型,醚鍵的穩定性高,受電解質和pH值的影響小,能在較寬的pH值條件下使用。
    三、羥丙基淀粉的應用
    1、食品工業中的應用。
    羥丙基淀粉可用于食品增稠劑、穩定劑和懸浮劑等,是一種非常重要的A(1)類食品添加劑,即無需規定其最大添加量。因此,羥丙基淀粉在食品工業中的應用領域越來越廣泛。
    ① 在冷凍食品和方便食品中的應用。
    羥丙基淀粉醚凍融穩定性好,糊黏度穩定,特別適合用于冷凍食品和方便食品中,使食品在低溫貯藏時具有良好的保水性,在冷凍過程中,羥丙基淀粉能有效控制水分的轉移,避免了因大冰晶的形成和升華所引起的脫水,還可加強食品耐酸、耐熱、抗剪切的性能。在肉汁、沙司、果凍中用作增稠劑可使之平滑、濃稠透明、無顆粒結構,并具有良好耐煮性,口感好。經交聯后的羥丙基淀粉在高溫時黏度高且穩定,適用于做罐頭食品中的增稠劑和膠凝劑。
    ② 在果醬中的應用。
    在一般果醬生產中用果膠作膠凝劑,為此需加40%~60%的糖,控制一定的酸度方能得到理想的凝膠。張燕萍等研究發現,用羥丙基二淀粉磷酸酯和羥丙基淀粉制得的果醬成本大大降低,而其風味、稠度、口感等方面與市售的果醬類似,且它們的膠凝過程不需糖參與。可見,在果醬生產中羥丙基淀粉和羥丙基二淀粉磷酸酯可代替果膠用作凝膠劑。
    ③ 在飲料中的應用。
    在飲料生產特別是濁汁的生產過程中,為穩定體系中的懸浮顆粒,需使用增稠劑來穩定此懸浮體系,一般使用的增稠劑都為食用膠,價格較貴。羥丙基淀粉價廉,增稠效果好,而且羥丙基淀粉醚屬非離子型,其受電解質和不同pH值影響小,尤其適用于酸性飲料中應用。在濃縮橙汁中添加羥丙基淀粉后,放置不分層,流動性好,無沉淀。但有文獻報道,羥丙基淀粉醚較適合在一次灌裝法生產的橙汁中使用,而不適合用于二次灌裝法生產的橙汁之中,灌裝工藝對羥丙基淀粉的使用有一定的影響。
    ④ 在面制品中的應用。
    羥丙基是親水性基團,在面粉中加入一定量的羥丙基淀粉會使面團吸水率增加,這有利于將面筋與淀粉顆粒、淀粉顆粒與淀粉顆粒以及在攪拌中破碎的面筋很好的黏合起來,形成具有較好的黏彈性、延伸性和可塑性的面團。侯漢學等研究表明,在特二粉中添加1%羥丙基磷酸交聯糯玉米淀粉,可明顯改善面團的流變學特性、大幅度降低面條的溶出率、改進面條的感官品質。在面包的生產中,淀粉的凝膠性和老化性對面包的質量會產生很大的影響,王春艷等研究認為,羥丙基淀粉、乙酰化淀粉、交聯淀粉等可以顯著改善面制品的品質,其中羥丙基淀粉是延緩淀粉老化最有效的一種添加劑。因此,在面包生產中加入一定量的羥丙基淀粉,可有效改善面包質量,延緩淀粉老化,延長貨架期。
    ⑤ 在蠔油中的應用。
    蠔油是一種滋味鮮美,黏稠度高的液體調味料。蠔油的體態是一個重要的感官指標,要求濃稠而又容易從包裝容器中傾出,糊體均勻,不結團,口感潤滑,因而各廠家均把體態列為一個重點的質量管理項目,致力于選擇適當的增稠劑。目前,蠔油生產中常用的增稠劑為木薯淀粉和玉米淀粉。羥丙基淀粉糊液的透明度、持水能力、穩定性、黏度均高于原淀粉。袁振華等研究發現,羥丙基淀粉作為增稠劑配制蠔油,可提高蠔油的外觀質量,在室溫下存放三個月,未發現有分層現象,體態如初;而用木薯淀粉做增稠劑配制的蠔油在室溫下存放15天,表面已出現2mm高的色澤較深的水層。
    2、紡織工業中的應用。
    羥丙基淀粉醚具有一定的成糊率和脫糊率,符合漿紗用漿料的技術要求,應用于纖維經紗上漿,可單獨使用,也可以同聚乙烯醇(PVA)混合使用。羥丙基淀粉對大多數纖維具有黏著性,這可改善纖維和纖維間的結合,其黏度穩定性和良好的成膜性保證了上漿均勻性,可提高織物效率。鄭光洪、楊東浩選用羥丙基淀粉做經紗漿料,經研究表明,羥丙基淀粉有利于增加紗漿的耐磨能力,有利于減少紗線的應力形變和斷頭率,對減少漿紗毛羽有顯著功效。
    3、造紙工業中的應用。
    羥丙基淀粉醚是一種較優良的紙張表面施膠劑。由于羥丙基淀粉的成膜性較好,可在紙張表面形成致密的膠膜起到保護作用,而且黏度適中、流動性較好,這些都能防止印刷時起毛現象發生。通常油墨的吸收性越小印刷效果越好,印刷后的字體較飽滿,立體感較強。羥丙基淀粉隨著取代度和黏度的增加,其油墨的吸收性越來越小,但是當黏度較大時,流動性降低,影響成膜效果,會使局部油墨滲透到紙張內部從而影響印刷效果。薛紅艷等選用取代度(DS)在0.08~0.1,黏度在200~400mPa•s之間的羥丙基淀粉作為紙張表面施膠劑,能明顯地提高紙張的拉毛速度和改善油墨吸收性能,且對白度和透明度沒有不良影響。
    4、醫藥工業中的應用。
    羥丙基淀粉醚在制藥工業中用作片劑崩解劑。據文獻報道,按膨脹度、片劑酸度及崩解時間,對羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、未改性淀粉和糊精等進行評價,結果表明:羥丙基淀粉雖遜于羧甲基淀粉,但優于糊精和普通淀粉,因而是一種性能優良、價格低廉的崩解劑。
    羥丙基淀粉還用作人造紅血球的抗冷凝劑和血漿增稠劑。利用水解淀粉與環氧丙烷合成的羥丙基淀粉代血漿,有較好的抗酶作用和擴充血容量作用,無毒性,無熱源以及滲血作用小等特點。
    5、油田鉆井液中的應用。
    羥丙基淀粉醚在油田化學品中可代替羥乙基或羥丙基纖維素,是一種新發展起來的鉆井液添加劑,具有降失水,穩定井壁,改善井眼條件,防塌,絮凝鉆屑等作用;能夠顯著地降低飽和鹽水泥漿失水的能力,并具有較好的抗鈣和抗溫能力。由于羥丙基淀粉屬非離子性變性淀粉,尤其適用于飽和鹽水泥漿中作降濾失劑。劉祥、李謙定等研究認為,羥丙基淀粉單獨使用在淡水鉆井液中的降濾失性能較差,且有一定量的泡沫,以羥丙基淀粉為主劑,通過與助劑復配,得到降濾失性能較好的QDF降濾失劑。研究表明QDF降濾失劑對淡水鉆井液、4%鹽水鉆井液和飽和鹽水鉆井液都表現出優良的降濾失性能,且具有良好的抗鈣污染能力。
    6、日用化工中的應用。
    羥丙基淀粉醚在日用化工和化妝品中用作黏合劑、
    懸浮劑和增稠劑。洗滌劑中加入少量能提高污物懸浮性,防止再沉淀于衣服上,洗滌效果好。由于其具有保護膠體的性質,也應用于皮膚洗凈劑中作為懸浮劑。
    四、羥丙基淀粉醚的發展前景
    羥丙基淀粉醚是食品、紡織、造紙、醫藥、石油、日化等眾多工業的原輔料,它不但有助于改進加工過程、提高產品質量、降低環境污染,還能解決農產品的出路,提高附加值,增加就業人口。隨著我國經濟的增長,工業產品規模不斷擴大,羥丙基淀粉的需求量也將不斷增加。目前,國內生產羥丙基淀粉的廠家寥寥無幾,而且規模小、品種規格單一,難以滿足市場需求,高質量的羥丙基淀粉仍主要依賴進口。可見,深入研究羥丙基淀粉變性技術,提高羥丙基淀粉質量,縮小與世界先進水平的差距是開拓我國羥丙基淀粉市場的關鍵。
    進行羥丙基復合變性淀粉研究,進一步細化品種,提升其專用性。將羥丙基淀粉進行二次變性生產復合變性淀粉以獲得性能優良、適用范圍更廣、專用性更強的系列羥丙基淀粉。使特定的羥丙基系列變性淀粉應用于特定的工業產品中,充分發揮其特有的功能特性,是今后開發和應用羥丙基淀粉的主要發展趨勢。
    加大開發力度,挖掘羥丙基淀粉醚最佳功能特性,拓寬其應用領域。羥丙基系列變性淀粉在工業上的廣泛應用主要取決于其特性、工業生產上的需求以及它們的結合程度。只有互相結合取得較理想的效果,才能拓寬其應用領域,提升其競爭優勢。
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