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河北省晋州市光明纤维素有限公司

甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、可再分散性乳胶粉

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羟丙基淀粉醚在工业生产中各行业的应用研究
发布时间:2015-08-18        浏览次数:542        返回列表
  淀粉是绿色植物果实、种子、块茎、块根的主要成分,属于可再生资源。原淀粉因水溶性差,乳化能力和凝胶能力低,糊液在热、酸、剪切作用下不稳定等缺点,限制了其工业应用。人们根据淀粉的结构和理化性质开发了淀粉的变性技术,所得产品称为变性淀粉。变性淀粉具有许多卓越的性质,经过一个多世纪的发展,目前已广泛应用于食品、造纸、纺织等各个方面,羟丙基淀粉便是这一领域的代表性产品之一。

    羟丙基淀粉醚最早在1952年由日本京都大学工学部樱田教授研制成功,他的产品主要用于纤维上浆。随后,各国学者进行了大量的研究,20世纪60年代以来,美国和日本已广泛将其应用于食品、纺织、造纸、日化和医药等工业领域。羟丙基淀粉在国内起步较晚,20世纪80年代初才有了专门的淀粉技术研究所,目前有关羟丙基淀粉的基础研究已相当广泛。由于羟丙基淀粉具有非离子性、糊化温度低、透明度高、冻融稳定性好等特点,在工业上的应用潜力相当大,尤其是在食品工业中的应用价值更高,本文对近年来有关羟丙基淀粉的应用研究进行了综述。
 
    一、羟丙基淀粉醚的制备原理及方法
    羟丙基淀粉醚是在强碱性条件下,由淀粉与环氧丙烷起醚化反应制得,碱起溶胀淀粉和催化环氧丙烷开环的作用,碱化时可以使淀粉颗粒完全溶胀,氢氧化钠与淀粉中葡萄糖单元上的羟基键合形成活性中心。
    在羟丙基化阶段,活性中心与渗入的环氧丙烷发生反应,其反应历程为SN2型双分子亲核取代反应。
    除主反应外,还有副反应发生,生成的羟丙基淀粉可能与过量的环氧丙烷进一步发生醚化反应,结果是多个环氧丙烷取代同一个羟基,生成聚醚链。同时,在碱性条件下部分环氧丙烷会发生水解开环。
    羟丙基淀粉醚因制备工艺条件不同,有多种制备方法,目前有文献报道的主要有干法、水分散法、非水溶剂法和微乳化法,其中水分散法工艺简单,后处理方便,且所得产品纯度高,是制备羟丙基淀粉的基本方法。
    二、羟丙基淀粉醚的特性
    1、糊化温度低。
    原淀粉经羟丙基化后,糊化温度明显降低。C. Perera等人认为其糊化温度降低的原因在于羟丙基的引入破坏了淀粉链间的氢键,促进了链的移动,从而降低了淀粉微晶体的融化温度。由此可以认为,羟丙基化后淀粉颗粒结构发生了变化,表面凹凸不平,出现洞穴,甚至裂缝,使水分子容易深入淀粉颗粒内部被淀粉吸收,这与温其标等扫描电镜所观察到的事实一致。
    2、冻融稳定性良好。
    羟丙基淀粉醚冻融稳定性高,重复多次,仍保持原来胶体结构。主要是羟丙基的亲水作用大大改善了淀粉的持水性,而且羟丙基基团的空间位阻较大,阻碍了淀粉分子相互间生成氢键,使淀粉糊在水中的分散体系稳定,冷冻不易破坏其结构。因此,羟丙基淀粉适用于受温度波动影响较大的冷冻及冷藏食品。
    3、透明度高。
    淀粉经羟丙基化后透光率有明显提高,糊液放置不泛白。孙慧敏等研究认为,淀粉分子中引入的羟丙基基团增加了淀粉颗粒的亲水性和膨胀率,使糊化后淀粉更容易和水分子结合形成均匀、稳定的糊液,因此羟丙基化可以提高淀粉的透明度。
    4、凝沉性弱。
    淀粉经羟丙基化后,破坏了淀粉分子间的氢键作用,与水的结合能力增强。与原淀粉相比较,抗凝沉作用增强,有利于其在食品增稠剂、稳定剂方面的应用。
    5、糊黏度稳定,成膜性好。
    羟丙基淀粉醚糊黏度稳定,糊液的成膜性好,膜透明、柔韧、平滑、耐折性好。但羟丙基淀粉的黏度因淀粉品种的不同而差异较大。
    6、非离子性。
    羟丙基淀粉醚属非离子型,醚键的稳定性高,受电解质和pH值的影响小,能在较宽的pH值条件下使用。
    三、羟丙基淀粉的应用
    1、食品工业中的应用。
    羟丙基淀粉可用于食品增稠剂、稳定剂和悬浮剂等,是一种非常重要的A(1)类食品添加剂,即无需规定其最大添加量。因此,羟丙基淀粉在食品工业中的应用领域越来越广泛。
    ① 在冷冻食品和方便食品中的应用。
    羟丙基淀粉醚冻融稳定性好,糊黏度稳定,特别适合用于冷冻食品和方便食品中,使食品在低温贮藏时具有良好的保水性,在冷冻过程中,羟丙基淀粉能有效控制水分的转移,避免了因大冰晶的形成和升华所引起的脱水,还可加强食品耐酸、耐热、抗剪切的性能。在肉汁、沙司、果冻中用作增稠剂可使之平滑、浓稠透明、无颗粒结构,并具有良好耐煮性,口感好。经交联后的羟丙基淀粉在高温时黏度高且稳定,适用于做罐头食品中的增稠剂和胶凝剂。
    ② 在果酱中的应用。
    在一般果酱生产中用果胶作胶凝剂,为此需加40%~60%的糖,控制一定的酸度方能得到理想的凝胶。张燕萍等研究发现,用羟丙基二淀粉磷酸酯和羟丙基淀粉制得的果酱成本大大降低,而其风味、稠度、口感等方面与市售的果酱类似,且它们的胶凝过程不需糖参与。可见,在果酱生产中羟丙基淀粉和羟丙基二淀粉磷酸酯可代替果胶用作凝胶剂。
    ③ 在饮料中的应用。
    在饮料生产特别是浊汁的生产过程中,为稳定体系中的悬浮颗粒,需使用增稠剂来稳定此悬浮体系,一般使用的增稠剂都为食用胶,价格较贵。羟丙基淀粉价廉,增稠效果好,而且羟丙基淀粉醚属非离子型,其受电解质和不同pH值影响小,尤其适用于酸性饮料中应用。在浓缩橙汁中添加羟丙基淀粉后,放置不分层,流动性好,无沉淀。但有文献报道,羟丙基淀粉醚较适合在一次灌装法生产的橙汁中使用,而不适合用于二次灌装法生产的橙汁之中,灌装工艺对羟丙基淀粉的使用有一定的影响。
    ④ 在面制品中的应用。
    羟丙基是亲水性基团,在面粉中加入一定量的羟丙基淀粉会使面团吸水率增加,这有利于将面筋与淀粉颗粒、淀粉颗粒与淀粉颗粒以及在搅拌中破碎的面筋很好的黏合起来,形成具有较好的黏弹性、延伸性和可塑性的面团。侯汉学等研究表明,在特二粉中添加1%羟丙基磷酸交联糯玉米淀粉,可明显改善面团的流变学特性、大幅度降低面条的溶出率、改进面条的感官品质。在面包的生产中,淀粉的凝胶性和老化性对面包的质量会产生很大的影响,王春艳等研究认为,羟丙基淀粉、乙酰化淀粉、交联淀粉等可以显著改善面制品的品质,其中羟丙基淀粉是延缓淀粉老化最有效的一种添加剂。因此,在面包生产中加入一定量的羟丙基淀粉,可有效改善面包质量,延缓淀粉老化,延长货架期。
    ⑤ 在蚝油中的应用。
    蚝油是一种滋味鲜美,黏稠度高的液体调味料。蚝油的体态是一个重要的感官指标,要求浓稠而又容易从包装容器中倾出,糊体均匀,不结团,口感润滑,因而各厂家均把体态列为一个重点的质量管理项目,致力于选择适当的增稠剂。目前,蚝油生产中常用的增稠剂为木薯淀粉和玉米淀粉。羟丙基淀粉糊液的透明度、持水能力、稳定性、黏度均高于原淀粉。袁振华等研究发现,羟丙基淀粉作为增稠剂配制蚝油,可提高蚝油的外观质量,在室温下存放三个月,未发现有分层现象,体态如初;而用木薯淀粉做增稠剂配制的蚝油在室温下存放15天,表面已出现2mm高的色泽较深的水层。
    2、纺织工业中的应用。
    羟丙基淀粉醚具有一定的成糊率和脱糊率,符合浆纱用浆料的技术要求,应用于纤维经纱上浆,可单独使用,也可以同聚乙烯醇(PVA)混合使用。羟丙基淀粉对大多数纤维具有黏着性,这可改善纤维和纤维间的结合,其黏度稳定性和良好的成膜性保证了上浆均匀性,可提高织物效率。郑光洪、杨东浩选用羟丙基淀粉做经纱浆料,经研究表明,羟丙基淀粉有利于增加纱浆的耐磨能力,有利于减少纱线的应力形变和断头率,对减少浆纱毛羽有显著功效。
    3、造纸工业中的应用。
    羟丙基淀粉醚是一种较优良的纸张表面施胶剂。由于羟丙基淀粉的成膜性较好,可在纸张表面形成致密的胶膜起到保护作用,而且黏度适中、流动性较好,这些都能防止印刷时起毛现象发生。通常油墨的吸收性越小印刷效果越好,印刷后的字体较饱满,立体感较强。羟丙基淀粉随着取代度和黏度的增加,其油墨的吸收性越来越小,但是当黏度较大时,流动性降低,影响成膜效果,会使局部油墨渗透到纸张内部从而影响印刷效果。薛红艳等选用取代度(DS)在0.08~0.1,黏度在200~400mPa•s之间的羟丙基淀粉作为纸张表面施胶剂,能明显地提高纸张的拉毛速度和改善油墨吸收性能,且对白度和透明度没有不良影响。
    4、医药工业中的应用。
    羟丙基淀粉醚在制药工业中用作片剂崩解剂。据文献报道,按膨胀度、片剂酸度及崩解时间,对羟丙基淀粉、羧甲基淀粉、未改性淀粉和糊精等进行评价,结果表明:羟丙基淀粉虽逊于羧甲基淀粉,但优于糊精和普通淀粉,因而是一种性能优良、价格低廉的崩解剂。
    羟丙基淀粉还用作人造红血球的抗冷凝剂和血浆增稠剂。利用水解淀粉与环氧丙烷合成的羟丙基淀粉代血浆,有较好的抗酶作用和扩充血容量作用,无毒性,无热源以及渗血作用小等特点。
    5、油田钻井液中的应用。
    羟丙基淀粉醚在油田化学品中可代替羟乙基或羟丙基纤维素,是一种新发展起来的钻井液添加剂,具有降失水,稳定井壁,改善井眼条件,防塌,絮凝钻屑等作用;能够显著地降低饱和盐水泥浆失水的能力,并具有较好的抗钙和抗温能力。由于羟丙基淀粉属非离子性变性淀粉,尤其适用于饱和盐水泥浆中作降滤失剂。刘祥、李谦定等研究认为,羟丙基淀粉单独使用在淡水钻井液中的降滤失性能较差,且有一定量的泡沫,以羟丙基淀粉为主剂,通过与助剂复配,得到降滤失性能较好的QDF降滤失剂。研究表明QDF降滤失剂对淡水钻井液、4%盐水钻井液和饱和盐水钻井液都表现出优良的降滤失性能,且具有良好的抗钙污染能力。
    6、日用化工中的应用。
    羟丙基淀粉醚在日用化工和化妆品中用作黏合剂、
    悬浮剂和增稠剂。洗涤剂中加入少量能提高污物悬浮性,防止再沉淀于衣服上,洗涤效果好。由于其具有保护胶体的性质,也应用于皮肤洗净剂中作为悬浮剂。
    四、羟丙基淀粉醚的发展前景
    羟丙基淀粉醚是食品、纺织、造纸、医药、石油、日化等众多工业的原辅料,它不但有助于改进加工过程、提高产品质量、降低环境污染,还能解决农产品的出路,提高附加值,增加就业人口。随着我国经济的增长,工业产品规模不断扩大,羟丙基淀粉的需求量也将不断增加。目前,国内生产羟丙基淀粉的厂家寥寥无几,而且规模小、品种规格单一,难以满足市场需求,高质量的羟丙基淀粉仍主要依赖进口。可见,深入研究羟丙基淀粉变性技术,提高羟丙基淀粉质量,缩小与世界先进水平的差距是开拓我国羟丙基淀粉市场的关键。
    进行羟丙基复合变性淀粉研究,进一步细化品种,提升其专用性。将羟丙基淀粉进行二次变性生产复合变性淀粉以获得性能优良、适用范围更广、专用性更强的系列羟丙基淀粉。使特定的羟丙基系列变性淀粉应用于特定的工业产品中,充分发挥其特有的功能特性,是今后开发和应用羟丙基淀粉的主要发展趋势。
    加大开发力度,挖掘羟丙基淀粉醚最佳功能特性,拓宽其应用领域。羟丙基系列变性淀粉在工业上的广泛应用主要取决于其特性、工业生产上的需求以及它们的结合程度。只有互相结合取得较理想的效果,才能拓宽其应用领域,提升其竞争优势。