变性淀粉的基础知识
一、变性淀粉的概念
为改善淀粉的性能、扩大其应用范围，利用物理、化学或酶法处理，在淀粉分子上引入新的官能团或改变淀粉分子大小和淀粉颗粒性质，从而改变淀粉的天然特性（如：糊化温度、热粘度及其稳定性、冻融稳定性、凝胶力、成膜性、透明性等），使其更适合于一定应用的要求。这种经过二次加工，改变性质的淀粉统称为变性淀粉。
变性的目的：一是为了适应各种工业应用的要求。如：高温技术（罐头杀菌）要求淀粉高温粘度稳定性好，冷冻食品要求淀粉冻融稳定性好，果冻食品要求透明性好、成膜性好等。二是为了开辟淀粉的新用途，扩大应用范围。如：纺织上使用淀粉；羟乙基淀粉、羟丙基淀粉代替血浆；高交联淀粉代替外科手套用滑石粉等。
二、变性淀粉的分类
按处理方式，变性淀粉分为以下几类：
（1）物理变性 预糊化淀粉，γ射线、超高频辐射处理淀粉，机械研磨处理淀粉，湿热处理淀粉 ，挤压变性淀粉，油脂变性淀粉
（2）化学变性 用各种化学试剂处理得到的变性淀粉，其中有两大类：一类是使淀粉分子量下降，如酸解淀粉、氧化淀粉、焙烤糊精等；另一类是使淀粉分子量增加，如交联淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、接枝共聚淀粉等
（3）酶法变性 各种酶处理淀粉，如α、β、γ-环状糊精、麦芽糊精、抗消化淀粉等
（4）复合变性 采用两种以上处理方法得到的变性淀粉，如氧化交联淀粉、交联酯化淀粉等。
三、变性淀粉的生产方法
（一） 湿法：即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，在一定温度条件下与化学试剂进行氧化、酸化、酯化、醚化、交联等反应，生成变性淀粉。生产工艺如下：
（二）干法：即淀粉在含少量水（通常在20%左右）或少量有机溶剂的情况下与化学试剂反应生成变性淀粉的一种生产方法。生产工艺如下：
（三）滚筒干燥法：是工业上生产预糊化淀粉的一种主要方法，由于采用的关键设备是滚筒干燥机而得名。生产工艺如下：
四、变性程度的衡量
各种变性淀粉的工艺、性质和应用
一、酸变性淀粉
（一） 生产工艺及反应条件
1、 淀粉乳浓度一般为36%～40%。
2、 酸作为催化剂而不参与反应。不同的酸催化作用不同，盐酸最强，其次为硫酸和硝酸。酸的催化作用与酸的用量有关，酸用量大，则反应激烈。
3、 当温度在40～55℃时，粘度变化趋于稳定，因此反应温度一般选在40～55℃范围。
（二）性质
a)酸变性淀粉具有较低的热糊粘度，既有较高的热糊流度。冷热糊粘度比值大于原淀粉，易发生凝沉。
b)酸变性淀粉组分的相对分子质量随流度升高而降低。
c)随着酸处理程度的增高，淀粉分子减小，碱值逐渐升高。酸解淀粉的特性粘度随流度增加而降低。
d)酸解反应在颗粒的表面和无定形区，颗粒仍处于晶体结构，具有偏光十字。
（三）应用
1、 纺织工业用作经纱浆料。
2、 建筑工业用于制造无灰浆墙壁结构用的石膏板。
3、 食品工业用于制造胶姆糖。
4、 造纸工业用作表面施胶剂。
二、氧化淀粉
（一）常用氧化淀粉
1、次氯酸钠氧化淀粉
2、过氧化氢氧化淀粉
3、高锰酸钾氧化淀粉
4、高碘酸氧化淀粉
（二）氧化淀粉的生产工艺及反应条件
1、次氯酸钠氧化淀粉
（1）淀粉乳浓度控制在33%～44%。
（2）反应温度控制在30～50℃。
（3）反应PH值一般控制在8～9。在反应过程中不时地滴加碱使PH值保持一定值。
（4）次氯酸钠用量直接影响氧化淀粉的羧基和羰基含量。
2、过氧化氢氧化淀粉
（1）淀粉乳浓度一般为25%～30%。
（2）碱性条件下氧化用2%的氢氧化钠调PH值；反应温度维持在50℃，过氧化氢用量为淀粉干基量的1.5%。
3、高锰酸钾氧化淀粉
（1）淀粉乳浓度控制在30%～35%。
（2）反应温度升高，反应速度加快。
（3）硫酸加入量的增加，氧化淀粉的羧基含量增加。
（4）高锰酸钾的用量增加，氧化淀粉的羧基含量增加。
4、高碘酸氧化淀粉（双醛淀粉）
（1）工业上一般高碘酸与淀粉的摩尔比在1.05～1.20之间。
（2）PH值一般在1～1.5之间。
（3）不被金属离子污染的高碘酸对生产高碱溶性的双醛淀粉最有效。
（三）氧化淀粉的性质
1、 粘度下降，冷热糊粘度比值小于原淀粉，不易回生。
2、 反应在颗粒的表面和无定形区，颗粒仍处于晶体结构，具有偏光十字。
3、 糊化温度下降，溶解度上升，成膜速度慢但膜柔软且保水性好。
4、 透明度和白度上升。
（四）氧化淀粉的应用
1、 造纸工业用作表面施胶剂、涂布胶粘剂、湿布添加、瓦楞纸粘合剂。
2、 纺织工业用作经纱上浆剂。
3、 食品工业可作冷菜乳剂、淀粉果子冻。在制备胶姆糖合软果糖时，代替阿拉伯胶。
4、 皮革工业是皮革的良好鞣料；医药工业中用于治疗尿毒症。
三、糊精
（一）糊精的分类
1、 干法糊精：白糊精、黄糊精和英国胶。
2、 酶法糊精：麦芽糊精
（二）干法糊精的生产工艺
淀粉预处理→干燥→热处理→冷却→成品
（1）白糊精的反应温度较低，PH值较低，有色产物较少。
（2）黄糊精是低PH值及高温下高度转化产品。
（3）英国胶是在较高温度及较高PH值下的转化产品，色泽较深。
（三）干法糊精的性质
1、白糊精有一个很宽的粘度范围，随着转化度的提高，粘度逐渐下降。黄糊精当转化作用使溶解度达到100%时，粘度降低，速度减慢，最后降到一定值。英国胶随着转化度提高，开始粘度有所下降，然后逐渐上升。
2、随着转化作用的进行，糊精在冷水中的溶解度逐渐增加。
（四） 干法糊精的应用
1、被广泛用作医药、食品、造纸、铸造、壁纸、标签、邮票、胶带纸等的粘合剂。
2、在纺织印染中可作为印花糊料。
四、醚化淀粉
（一）常用醚化淀粉
1、 羟烷基淀粉
2、 羧甲基淀粉
3、 阳离子淀粉
（二）醚化淀粉的生产工艺
1、 羟烷基淀粉
有机溶剂法（高取代度）：
湿法（低取代度）
干法
2、羧甲基淀粉
3、阳离子淀粉
（三）醚化淀粉的性质
1、 羟烷基淀粉随着取代度的增高，糊化温度降低，糊液粘度稳定，透明度好，胶粘力强，凝沉性弱，冻融稳定性高，贮存稳定性高。
2、 羧甲基淀粉具有较高的粘度，且随着取代度的提高而增加。羧甲基淀粉能直接溶解于冷水中。
3、 阳离子淀粉糊化温度低，糊液清澈，流动性好，糊粘度稳定，凝沉性弱，具有较高分散性、溶解性，阳离子淀粉对带有负电荷的纤维等具有亲和力。
（四）醚化淀粉的应用
1、 羟乙基淀粉作为代血浆，羟丙基淀粉在造纸中用作层向粘结剂。
2、 羧甲基淀粉在食品中作为增稠剂。
3、 阳离子淀粉主要在造纸中用于湿部添加，废水处理中的絮凝剂。阳离子淀粉不能用于食品中
五、预糊化淀粉
（一）预糊化淀粉的生产工艺
预糊化淀粉淀粉的生产工艺包括加热原淀粉乳使淀粉颗粒糊化、干燥、磨细、过筛、包装等工序。根据所用设备的不同，其生产方法分为喷雾法、挤压膨化法、微波法、脉冲喷气法和热滚法等数种。其中最常用的是热滚法。
（二）预糊化淀粉的性质
1、 由于生产方法不同，其颗粒形状及视密度有差别。
2、 共同特点是能够在冷水中溶胀溶解，形成具有一定粘度的糊液，且其凝沉性比原淀粉小，使用方便。
（三）预糊化淀粉的应用
1、 广泛应用于各种方便食品中。在食用时省去蒸煮加热，并且还起到增稠、改善口感等功效。
2、 用于养殖业，主要是配用在鳗鱼、甲鱼饲料中。
3、 医药工业中作为药片粘合剂，具有成型后强度大，服后易消化，易溶解及无副作用的特点。
4、 在铸造工业中作型砂粘合剂。在浇铸过程中，不会产生气泡，因而制品不含砂眼，表面光滑，且强度高。
5、 在石油钻井中作泥浆降滤失剂，能降低泥饼的渗透性，可稳定井壁，预防粘卡和不堵塞油气层。
六、酯化淀粉
（一）醋酸酯淀粉
1．生产工艺
2．醋酸酯淀粉性质
（1）低取代度醋酸酯淀粉，糊化温度降低，乙酰化程度越高，糊化温度越低，糊稳定性增加，凝沉性减弱，透明度好，膜柔软光亮。
（2）高取代度醋酸酯淀粉，熔点随淀粉中直链淀粉含量降低而降低，在水中的溶解度随乙酰基含量增加而降低，乙酰基含量大于40%，不溶于水、乙酸、脂肪醇及脂肪烃中，可溶于丙酮、乙二醚、苯等溶剂中。
3．醋酸酯淀粉应用
（1）纺织工业主要用于纯棉、涤棉或合成纤维的经纱施胶。
（2）造纸工业主要用表面施胶。
（3）食品工业主要用于增稠剂。
（二）淀粉黄原酸酯
1、 淀粉黄原酸酯制备工艺
在碱性条件下,二硫化碳易与淀粉起反应生成黄原酸酯可用挤压法生产。
2、淀粉黄原酸酯性质
淀粉黄原酸酯溶液呈深黄色带浓重硫味的粘滞性溶液，溶液不稳定。
3、淀粉黄原酸酯应用
（1）清除工业废水中的重金属离子。
（2）造纸工业中作添加剂，提高纸的干、湿强度、破裂强度和耐折度。
（3）橡胶工业中代替碳黑作橡胶的增强剂，用于生产粉末状橡胶。
（三）磷酸酯淀粉
1、 磷酸酯淀粉的生产工艺
2、 磷酸酯淀粉的性质
(1)磷酸酯淀粉是一种良好的乳化剂。
(2)磷酸酯淀粉的糊液具有较高的透明度，较高的粘度，较强的胶粘性，糊的稳定性高，凝沉性弱。
3、 磷酸酯淀粉的应用
(1)在造纸工业中用作湿布添加剂，表面涂布，瓦楞纸粘合剂。
(2)在食品工业中作添加剂，提高稳定性，改善稠度。
(3)纺织工业中作经纱浆料，印花糊料。
七、交联淀粉
（一）交联淀粉的生产工艺
交联剂在一定的条件下与淀粉进行反应，完成后，中和淀粉悬浮液，过滤洗涤，干燥即得成品。
（二） 交联淀粉的性质
1、当交联程度是二酯或三酯时，糊化温度上升，粘度下降，易凝沉。
2、糊的透明度下降，耐热性增加，耐酸性、抗剪切能力提高。
（三）交联淀粉的应用
1、在食品工业中作为食品增稠剂。
2、在外科手套中代替滑石粉。
3、造纸工业中用作打浆施胶剂，瓦楞纸和纸箱纸的胶粘剂。
八、接枝淀粉
（一）接枝淀粉的生产
淀粉经物理或化学方法引发，与丙烯腈、丙烯酰胺、乙酸乙烯等单体进行接枝共聚反应，形成接枝共聚反应。接枝共聚的方法，可分为三类：自由基引发接枝共聚法、离子相互作用法和缩合加成法。
（二）接枝淀粉的性质
接枝共聚淀粉的性质主要取决于所用的单体和接枝百分率，接枝效率、接枝链的平均分子量。例如：单体为丙烯酸的接枝淀粉适合于做吸水剂。
（三）接枝淀粉的应用
1、 用作吸水剂。
2、 制造塑料。
变性淀粉在食品工业中的应用
在许多食品中都添加淀粉或食用胶作为增稠剂、胶凝剂、粘结剂或稳定剂等，随着食品科学技术的不断发展，食品加工工艺有很大的改变，对淀粉性质的要求越来越高。例如：采用高温加热杀菌、激烈的机械搅拌、酸性食品，特别是处于加热条件下或低温冷冻等，都会使淀粉粘度降低和胶体性被破坏。天然淀粉不能适应这些工艺条件，而各种植物胶虽具有较好的性能但价格昂贵，有的还依赖进口。为了满足一些特殊食品的加工产品的要求，通过选择淀粉的类型或改性方法可以得到满足各种特殊用途需要的淀粉制品。这些制品可以代替昂贵的原料，降低食品制造的成本，提高经济效益。
淀粉工业在食品中被广泛用于糖果、饮料、冷食、面制品以及调味品的生产中。在欧美一些发达国家，几乎所有的谷物快餐食品和肉制品中都添加变性淀粉。变性淀粉作为食品添加剂并不是基于它们的营养价值，而是它们方便于食品加工的功能性质和提供食品体系某些所要求的性质，例如：形状或"口味"、增稠性、胶凝性、粘合性和稳定性等。常用的食品加工用变性淀粉有预糊化淀粉、糊精、酸解淀粉、羧甲基淀粉、交联淀粉、羟丙基淀粉等。
(1)酸解淀粉 酸变性淀粉具有较低的热糊粘度，大大提高了淀粉的凝胶性，可用于果冻，夹心饼，软糖的生产。
(2)羟丙基淀粉 淀粉经羟丙基化后，其冻融稳定性、透光率均有明显提高。他最广泛的应用是在食品中用作增稠剂。它良好的冻融稳定性使它在食品工业中独占熬头。羟丙基淀粉在肉汁、沙司、果肉布丁中用作增稠剂，可使之平滑、浓稠透明、无颗粒结构，并具有良好的冻融稳定性和耐煮性，口感好。羟丙基也是良好的悬浮剂，如用于浓缩橙汁中，流动性好，静置也不分层或沉淀。
(3)淀粉磷酸酯 淀粉磷酸酯的水溶性较好，并具有较高的糊粘度、透明度和稳定性，在食品工业可用作增稠剂、稳定剂、乳化剂。经实验，淀粉磷酸酯可以在橙浊生产中作乳化剂，代替价格较高的阿拉伯胶。在面条加工中，淀粉磷酸酯作为增稠剂，由于其具有良好的粘附性能，当加入面粉中和面时，能使面筋与淀粉颗粒、淀粉颗粒与淀粉颗粒以及它们与破碎的面筋片段能很好的粘合起来，形成具有良好粘弹性和延伸性的面团。在蛋糕中添加≤4%的量可提高蛋糕的比容，延长蛋糕的货架寿命，延缓蛋糕的老化，对蛋白发泡体系的持泡性能也有显著改善。
(4)羧甲基淀粉 羧甲基淀粉可直接溶于冷水，溶液粘度高、粘着力大，乳化性、稳定性和透明性好，外观比羧甲基纤维素均匀细腻。在食品工业中，被广泛用作增稠剂、稳定剂、悬浮剂、乳化剂和抗老化剂。羧甲基淀粉用于冰淇淋生产中代替明胶，不但能生产出组织软滑、粘度适中、稳定性良好的产品；用于面食和糕点生产中，可起到调节面团弹性、增加柔韧性、改善成型性、保持水分、分散脂肪等作用。
