粮食加工/2006年第1期GrainProcessing/2006,No.1
2氧化淀粉的干法制备
2.1氧化淀粉的干法制备工艺设计如下:
NaOH粉末30%H
2
O
2
和少量蒸馏水
↓↓
原淀粉—→活化—→混合均匀—→氧化反应—
→过筛—→包装—→成品。
2.2操作要点:
(1)活化:NaOH粉末加入质量为原淀粉(绝干)
的0.02%～0.04%,活化目的是NaOH粉末渗入淀粉
颗粒的无定型区和晶格之间,破坏淀粉分子间的氢
键,使晶格间距增大、变形或者发生破坏,淀粉颗粒
膨化、结构松弛,有利于随后加入的氧化试剂渗透到
淀粉颗粒中,活化时间需要20min左右。
的环间苷键上(见图)。氧化结果除苷键断裂外,有限
地引入醛基和羧基,使淀粉分子官能团发生变化,部
分解聚。氧化剂不同,淀粉的氧化机理不同,高锰酸
钾主要发生在淀粉无定形区的C
6
原子上,把伯羟基
氧化为醛基,而仲羟基不受影响,碳链不断开。高碘
酸只发生在C
2
—C
3
上,C
2
—C
3
键断裂,产生-CHO,
得到双醛淀粉。次氯酸钠主要发生在C
2
、C
3
原子上,
不但发生在无定形区,而且渗透到分子内部,并有少
量的断链。H
2
O
2
在碱性条件下使C
6
上的伯羟基氧化
成羧基。通常情况下,酸性条件下醛基因为生成缩
醛、半缩醛,含量比碱性条件下高。碱性条件下羧基
含量比酸性条件下高。
收稿日期:2005-09-07
作者简介:刘冠军(1981-),男,在读硕士,专业:农产品加工与储藏。
氧化淀粉(OxidizedStarch)是淀粉在酸、碱、中性
介质中与氧化剂作用,氧化所得的产品。关于氧化
淀粉的报道要追溯到1829年,当时Liebig
[4]
报道过
淀粉在氯气或亚氯酸中暴露时的变化。1875年
Lieben和Reichart
[5]
研究过溴对淀粉的氧化作用。
1892年Hermite
[6]
获得淀粉溶解在含氯离子的电解
质中的专利,溶液受到电流作用后,可降低淀粉的粘
度。1902年由Kindscher报道使用氧气对淀粉氧化。
Hartwig
[8]
也曾报道过,并在1895年获得德国专利及
1905年获得美国专利。我国对氧化淀粉的研究开始
于20世纪80年代。氧化淀粉具有胶液透明度好,
含固量高,粘度低,粘结力强,流动性好,不易凝胶等
氧化淀粉新工艺制备和应用
刘冠军
1
,董海洲
1
,刘文
2
(1.山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安271018;2.山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安271018)
摘要:氧化淀粉是一种具有特殊用途的变性淀粉。目前,制备氧化淀粉大都采用湿法工艺,干法工艺报道较
少,干法与湿法相比有流程短、能耗低、设备简单、对环境无污染等优点。简要介绍了氧化淀粉干法制备的生产工艺,
并对氧化淀粉的氧化机理、性质及应用作了阐述,对其发展进行了展望。
关键词:氧化淀粉;干法;性质;应用
中图分类号:TS201.1文献标识码:A文章编号:1007-6395(2006)01-0044-03
优点,已被广泛应用于造纸、纺织、食
品、建筑材料、包装等行业
[1]
。
目前,制备氧化淀粉大都采用湿
法工艺,其缺点是生产流程长,生产中
造成环境的污染等。干法与湿法相
比,可避免生产中过滤、洗涤、干燥等
图1淀粉结构式和C原子编号
工序,而且具有流程短、能耗低、设备简便等优点
[2]
。
因此采用干法工艺成为制备氧化淀粉的重要研究方
向。
1淀粉氧化机理
[1~6]
淀粉(C
6
H
10
O
5
)n是α-D-葡萄糖缩聚物,主要由
直链和支链淀粉组成,分别约占27%和73%。支链
与直链淀粉的不同之处在于:除了共有的α-1,4苷
键外,支链淀粉每隔20～25个葡萄糖单元有一个以
α-1,6苷键相连的支链。每个葡萄糖单元2,3,6位置
上各有一醇羟基(-OH),是淀粉分子中活性基团。氧
化反应主要发生在葡萄糖的2,3,6位C上及1,4位
44
刘冠军,等:氧化淀粉新工艺制备和应用/粮食加工/2006年第1期
(2)混合:30%H
2
O
2
加入质量为原淀粉(绝干)的
0.12%～0.14%,体系含水量为20%～22%,反应的各
种材料混合均匀。自动混合搅拌装置,山东农大食品
学院自制。
(3)氧化:反应温度50～60℃,时间3～4h。氧化
反应装置,山东农大食品学院自制。
(4)过筛:筛去一些块状物,筛下物作为成品去
包装。
3氧化淀粉的性质
[1~3]
(1)由于氧化剂对淀粉有漂白作用,氧化淀粉的
色泽较原淀粉颗粒为白,而且氧化处理的程度越高,
淀粉越白。
(2)氧化淀粉的颗粒也不同于原淀粉,颗粒中径
向裂纹随氧化程度增加而增加。当在水中加热时,颗
粒会随着这些裂纹裂成碎片。这与原淀粉的膨胀现
象不一样。
(3)氧化后的淀粉颗粒对甲基蓝及其他阳离子
染料的敏感性增强,这主要是经氧化的淀粉已带了
弱阴离子性,容易吸附带阳电荷的染料。
(4)氧化淀粉随着氧化程度增加,分子量与黏度
降低,羧基或羰基含量增加。
(5)由于淀粉分子经氧化切成碎片,氧化淀粉的
胶化温度下降,糊液清晰度、稳定性增加。糊液经干
燥能形成强韧、清晰、连续的薄膜。
4氧化淀粉的应用
[1~4]
4.1在纺织工业中的应用
纺织工业用氧化淀粉为上浆剂,适合棉、人造
棉、合成纤维和混纺纤维应用。氧化淀粉糊化容易,
能在较低温度上浆,节约热能,并能改善操作条件。
氧化淀粉在高固形物含量的情况下,其高流动性、稳
定的粘稠性和流动性能及渗透性,可使棉纤维及合
成纤维上浆均匀,减少浆斑,使之更多地吸附在纱线
上,提高纤维的抗磨性。同时,这些淀粉易溶解,容易
从纺织产品中退浆。与PVA、NaCMC等化学浆料的
共容性好,适于复合浆料中应用。氧化淀粉可用于背
填工艺中。将氧化淀粉的糊剂和白土或其他填料的
混合物施用在纺织物背面,可填平织物的缝隙,使之
不透气,以加强织物的挺度。低粘度氧化淀粉穿透织
物的程度大于高粘度淀粉,能提高浆料浓度,增高纤
维吸着量,适应高车速操作。用以上光,可以增加织
物重量,改善手感和悬垂性能,同时补偿因加工氧化
而增加的费用。
4.2在造纸工业中的应用
氧化淀粉有80%~85%,用于造纸工业。其主要
用途为作造纸湿部添加剂,纸页表面施胶剂,涂布纸
胶粘剂。
氧化淀粉作造纸湿部添加剂的优点为:①能增
强纤维之间的结合力,提高纸页的物理强度、耐折
度、裂断长、挺度及纸页的表面强度;②有明显的助
留作用,能改善松香胶的施胶效果,降低白水浓度,
减少细小纤维及填料的流失,可降低消耗和降低成
本;③能改善纸页匀度、平整度,提高平滑度,有利于
工艺系统防腐,改善工艺操作情况,减少刷洗时间。
造纸工业主要用氧化淀粉为涂布纸胶粘剂,特
别是在采用机械涂布技术以后。这种机械涂布操作
速度快,需要涂布胶料浓度高,流动性好,胶粘力强,
氧化淀粉糊性质符合这种要求,效果好。大量氧化淀
粉也用于纸的表面施胶,如辊施胶和光机施胶。成膜
性好,凝沉性弱。表面施胶是将施胶剂涂施于纸页表
面,使纸页表面形成一层连续均匀的薄膜,从而改进
纸页的耐油、耐擦性能;提高纸页二向强度、平滑度
和光泽度;纸面细密匀整,减少印刷中的掉粉掉毛现
象;增强纸的印刷性能,使印递清晰、层次分明、色泽
艳丽。
氧化淀粉也用于内施胶,加到打浆机的浆粕中,
增强纸张强度和抗墨水渗入性。氧化淀粉的分散性
好,流动性高,易被纤维吸收。渗入纤维内部,施胶效
果好。也常与树脂胶料混合,能更好地提高纸张的抗
水性和抗墨水性。还能将干氧化淀粉直接加入打浆
机浆粕中,因为易于糊化,当混纸经过烘缸时受热能
完全糊化,于纤维表面形成光滑的薄膜。
4.3在包装行业中的应用
瓦楞纸箱粘合剂,除出口包装箱外,国内大多数
厂家使用水玻璃,即泡花碱。由于水玻璃含碱量大,
其固形物易泛碱,易吸潮,脆性大,不仅受潮后容易
塌楞,使包装箱失去抗冲击性,严重时甚至散架,而
且污染纸面,使包装箱上的印刷文字模糊,色彩灰
暗,陈旧不堪。而使用氧化淀粉粘合剂则能克服这些
弊病,同时又能保证小型纸箱厂快干的要求。这类粘
合剂作者经过潜心的研究,已能达到快干、不跑楞,
且成本低于水玻璃的要求。此外,其更可贵的性质
是:贮存稳定性好,糊液放置18个月未见凝沉,不
霉、不臭,-8℃、24h不冻,粘接性不变。经数十家工
厂使用,均获良好效果。其改进的粘合剂用于纸筒、
纸管和瓶签,也已获得成功。而原材料成本仅为相应
产品的1/3~1/2。
4.4在食品工业中的应用
在食品工业中,氧化淀粉用以代替阿拉伯树胶
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粮食加工/2006年第1期GrainProcessing/2006,No.1
·信息·
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农业部部长杜青林谈粮食连年增产既有喜悦更有压力
粮食两年增产累计超过500亿公斤,历史上并不多见。
2005年的粮食生产在去年粮食大幅增产的基础上,又是一个丰收年。粮食总产预计4800亿公斤以上,增产145.5亿公斤,
两年共计增产超过500亿公斤。
2000年~2003年,受价格下降、耕地减少等多种因素影响,粮食产量逐年下降。2003年全国粮食产量只有4307亿公斤,年
度产需缺口达500亿公斤以上,供求关系趋紧。在政策、价格、气候等多种有利因素综合作用下,2004年粮食生产出现重要转
机,总产量达到4694.5亿公斤,增产粮食387.5亿公斤。今年又增产145.5亿公斤,连续两年共计增产超过500亿公斤。可以
说,这在历史上并不多见。而且单产在上年创历史最好水平的基础上,再创新高,2005年达到309.5公斤,也是前所未有。
这个成绩来之不易,从总体上说,主要是政策好、市场旺、人努力、天帮忙。一是中央一系列“多予少取放活”的政策调动了农
民种粮积极性。两年粮食播种面积恢复增加7000万亩,因此增产粮食215亿公斤左右。13个粮食主产区对全国粮食增产的贡
献率仍高达85%以上。二是各项增产措施发挥了关键作用。这两年,各级农业部门大力开展主导品种、主推技术和主体培训工
作,2005年又在全国范围内组织实施科技入户工程和测土配方施肥行动,促进了粮食单产大幅提高,单产提高成为总产增加
的主要支撑因素。三是近两年的气象条件对粮食生产影响较轻,粮食因灾损失比常年少。
实现连续三年增产压力很大。1984年以来,我国粮食连续两年增产500亿公斤已有两次,1990年比1988年增521.5亿公
斤,1996年比1994年增594.5亿公斤。但第三年都是减产的情况。2006年要打破“两年增一年减”的“小周期”,实现连续三年
增产的压力很大。(www.agri.gov.cn)
TheNewPreparationandApplicationofOxidizedStarch
LIUGuan-jun
1
,DONGHai-zhou
1
,LIUWen
2
(1.CollegeofFoodScienceandEngineering,ShandongAgricultureUniversity,TaianShandong271018;
2.CollegeofHorticultureScienceandEngineering,ShandongAgricultureUniversity,TaianShandong271018)
Abstract:Theoxidizedstarchisakindofmodifiedstarchwithspecialuse.Atpresent,themethodsofoxi-
dizedstarcharemostlywetpreparation,butthereportsondrypreparationarerelativelyless.Comparedwithwet
preparation,thedrymethodissuperiorwithshortflow,lowconsume,simpleequipmentsandnopollutiononour
environment,etal.Inthispaper,thepreparationofdrymethodisgenerallypresented,andsimultaneously,the
mechanism,characterandapplicationofoxidizationarediscussed,thenthefuturedevelopmentofoxidizedstarch
isgiven.
Keywords:Oxidizedstarch;Drypreparation;Property;Application
和琼脂,以制造胶冻和软搪食品。用以制造软糖,储
存稳定性好。
4.5在建筑材料工业中的应用
氧化淀粉的糊状物可作糊墙纸、绝缘材料、墙板
材料及音响贴纸的胶浆料、粘合剂、胶粘材料。由于
它们带有负电荷,具有强烈的粘附性,所以应根据纸
张制造工艺,选择合乎要求的氧化淀粉为粘接剂和
涂胶料。
5氧化淀粉的研发展望
传统生产氧化淀粉的方法为湿法工艺。其缺点
是生产流程长,生产中造成环境的污染,等。干法工
艺可避免传统方法生产中的缺点,是一种节能、绿色
的工艺。
因此,开展干法氧化淀粉的合成及应用研究,不
仅对革新变性淀粉生产方法,减轻环境污染,降低生
产成本和能源消耗具有重要意义,而且对促进我国
玉米淀粉的产业化开发和食用变性淀粉的生产应用
都具有重要的现实意义。
[参考文献]
[1]张力田.变性淀粉[M].广州:华南理工大学出版社,1999.
[2]张燕萍.变性淀粉制造与应用[M].北京:化学工业出版社,
2001.
[3]张友松.变性淀粉生产与应用手册[M].北京:中国轻工业出
版社,1999.
[4]Liebig,J.UbereinigeProdukte,welchedurchdieZerset-
zungmehhrererSalzevermittelstchlorerhaalenwerden[J].
Ann.Phys.Chem.15,541,1829.
[5]Lieben,A.andReichardt,E.,UbeerdieWirkungvirschied-
enerOxydationsmittel-aufloslicheStarck(Auszug),Dtsch
[J].Chem.Ges.8,1020,1875.
[6]Hermite,F..U.K.Patent[P].1,061,1892.
[7]Schmerber,O..Notesurloxydationdesmatièresamylacées,
Soc.Ind..MulhouseBull[J].66,238,1896.
[8]Hartwig,R..GermanPatant.88,447,1895;U.S.Patent[J].
798,509,1905.
粮食加工/2006年第1期GrainProcessing/2006,No.1
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