小麦淀粉深加工技术

发布日期：2019-07-06 09:39:00 来源：互联网

一、小麦淀粉制品

（一） 淀粉膜

淀粉膜的研究在20世纪初就已开始，国外早在1930年就把淀粉膜应用于果蔬的保鲜；后来随着研究的深入又把其应用于食品的包装等领域。随着人工聚合物-塑料的大量应用，由于这类塑料制品在自然界中分解十分缓慢（大约需要不200年）,"白色污染"问题越来越严重。人们把目光投向了淀粉与人工聚合物混合生产可降解塑料制品的研究，可降解淀粉膜就是研究的热门之一。最初人们把淀粉与聚乙烯混合，可这种制品并不能完全经过进一步研究，把改性淀粉与新型可降解聚合物混合加工制成了完全可降解的塑料制品。目前这种完全可降解的塑料在国外已进入实用阶段，淀粉的添加量达到60%以上。我国在生物降解性材料方面的研究始于20世纪80年初，在农用膜方面的研究比较多，已有研究成果的报道。可降解淀粉膜的研究正在向实用性方向发展。淀粉及其衍生物具有膜性，当淀粉糊在光滑的平面上干燥时，就会形成淀粉膜。膜的性质取决于所用淀粉的种类及化学取代物的性质。一般马铃薯淀粉和木薯淀粉膜比谷物淀粉所成膜的强度、柔韧性、透明性和光泽都好；谷物淀粉糊在干燥过程中会发生凝沉，膜的性质有所下降；因而马铃薯和木薯淀粉更有利于作为造纸的表面施胶剂，纺织的棉纺上浆剂以及胶黏剂等。改性淀粉的成膜性和所成膜的性质和所成膜的性质比未改性淀粉好；因为淀粉经过合适的改性后，膜的强度、柔韧性、透明性和光泽都有所提高；并且能与天然或人工聚合物更好地融合，从而使膜的抗张力性、塑性及生物降解性等性质大大提高。不同淀粉膜的性质见表3-1.

表14-6 不同淀粉膜的性质对比

项目 玉米淀粉 马铃薯淀粉 小麦淀粉 木薯淀粉 蜡质玉米淀粉

透明度 低高低高高

膜强度 低高低高高

柔韧性低高低高高

膜溶解性 低高低高高

淀粉膜主在应用于表面施胶、可食用膜和可降解复合塑料膜等。所谓表面施胶，就是把施加到纸或其他表面，使纤维与其粘连，并在其上附着一层近乎连续的薄膜的方法。施胶有多重意义，不止是增加纸的抗水性，在大多数情况下，是为了增加纸的表面强度，并获得良好的施胶性能；此外还能提高耐破度、耐折度、抗张力、平压强度、抗分层强度、环压强度等纸张物理强度指标；有些表面施胶还能赋予纸张抗酸抗碱等特性。目前表面施胶用淀粉多数来源于玉米，其次是木薯、马铃薯、小麦等。而绝大多数是经过物理或化学方法变性处理的变性淀粉。由合适的淀粉做成的膜还开发并利用在一系列的食品中，例如用于蛋糕的包装，烘焙食品表面的光滑处理以及蜜饯的包被。可降解复合塑料膜是近几十年者发展起来的，由于各种淀粉来源广泛，价格便宜，又是一种可再生资源，且把淀粉与人工聚合物混合加工作为被膜材料具有生物可崩解性或生物可降解性；可解决环境污染问题，有着广阔的应用前景。

人工聚合物通常加入到淀粉糊中，以改变其物理及机械性能；而淀粉加入到人工聚合物中可以降低成本并提高其生物可降解性。但是淀粉和人工聚合物的混合物是不易相溶的，可以通过淀粉和高聚物的嵌段及接枝复合使其相溶性大提高。

利用复合淀粉与聚合物混合制成淀粉塑料，从机理上说，是高聚物共混。高聚物相互间的互不相溶，常常是制备优良共混物的不利因素。可以加入一种或几种相溶剂和助剂，以改变高聚物的互溶力。作为相溶剂，一般是某些嵌段或接枝共聚物；把相溶剂加入到淀粉与聚合物的混合物中，在一定条件下进行反应，即可制备出有较好互溶性的共混体，在两种高聚物间形成了离子键。因此，可以说这里的淀粉在塑料中并非仅仅起填充作用，而是在一定条件活化了淀粉与塑料中的羟基，使之成为相溶高聚物共混体。

这一反应在工艺上采用混炼机在一定条件下操作。这样淀粉与聚合物混炼过程中，在强烈的机械力作用下，聚合物分子即可能被断裂为大自由基，进而进行了上面所述的反应。

用这种方法制备的加工原料用流延法或吹塑法制成薄膜，具有部分生物降解性；其各方面技术指标超过、达到或接近同类塑料制品。

近来，国外积极研究可与淀粉互溶聚合物，以解决淀粉和人工聚合物的混合物不易相溶、不易降解这一难题。已有研究表明，一种新的聚合物-聚羟基酯醚（PHEE）与淀粉有很好的相溶性，含有60%淀粉的PHEE能耐超过30Mpa的张力；对断面进行SEM检测发现，发生在淀粉之间的断裂比淀粉与PHEE之间的多，这足以证明淀粉与PHEE的相溶性是很好的。

淀粉膜的研究已进行了很多，并且在不断前进，目前研究的热门主要是可降解淀粉聚合物复合膜，但还有很多不足之处。今后，随着研究的深入，可降解膜的性能会不断提高，价格了有所下降。

（二） 淀粉凝胶

淀粉凝胶是具有黏弹性质的凝胶淀粉的水分散体。它是一种非晶体胶体结构，由热糊化淀粉在室温下静置冷却，贮存所形成的刚性结构体。凝胶化是糊化淀粉在冷却贮存时由液态糊转化成可变形的半固态结构体的过程。从微观形态上讲，凝胶化出现在淀粉糊水合及溶水的直链淀粉相互连接形成三维网络过程中。从某种意义上可以说，淀粉糊本身就是凝胶的前期结构。一般而言，淀粉形成具有一定强度凝胶的能力与直链和支链淀粉比例有关。直链淀粉含量越高，越容易形成淀粉凝胶，而且凝胶强度大。支链淀粉含量越高，越不容易形成淀粉凝胶。因为凝胶是由淀粉内部分子之间相互以氢键作用而成，在液态条件下直链淀粉很容易彼此相互作用紧密，形成氢键而凝胶化。而支链淀粉由于其分支性太强，彼此间相互干扰，不易形成紧固的凝胶结构，但某些大的支链淀粉较长的侧链也可能以氢键连接，对淀粉凝胶化起一定的作用。蜡性淀粉不形成凝胶，这与它们的高支链淀粉含量有关。支链淀粉发生凝胶作用的速率比直链淀粉要缓慢得多，而且需要一个较高的浓度。支链淀粉凝胶柔软，在温度为50-80℃之间就可能产生热逆变，而一般的坚固的弹性凝胶体可能需要高达115-120℃的温度才能使凝胶作用反向转变。当淀粉凝胶增强，就有可能出现老化现象，这时水分被挤出凝胶体，淀粉因沉淀析出或由浓缩而逐渐成为非可逆的不溶性水分散体，破坏了凝胶结构。研究表明，当淀粉糊浓度较稀，且在同样浓度条件下，约在63-66℃的范围内淀粉不太容易发生凝沉现象，而小于63℃和大于66℃时都是凝沉的敏感温区。PH值5-7之间凝沉速度快，其余范围速度较低。淀粉糊浓度很高（如小麦淀粉糊浓度大于7%）冷却时，很快凝结成半固体的凝胶，也是由于凝沉的作用。根据老化机理可以说，淀粉老化和凝胶具有相同本质，它们都是因为糊化淀粉分子之间由于氢键作用，有序排列形成的，而且均是直链淀粉起很重要的作用。从淀粉糊老化后可以形成凝胶这一客观事实以说明这一点。

1.凝胶刚性的形成是由于淀粉糊的团粒膨胀，溶解了分子间的粘接，分子相互重缔结形成物理交联使淀粉湖具有一定的黏性。刚性可被视为是施加的应力被贮存在淀粉糊中并未消失而引起的。以下关系式表明了淀粉刚性演变的递减生长模式。

E=A-Be-t/T

式中： E-刚性106dyn/cm2（1dyn=10-5N）

A-最后刚性106dyn·（cm2）-1

B-刚性变化的量度106dyn·（cm2）-1

t-速率常数

T-时间常数

从公式和大量的数据表明，对凝胶刚性最主要的影响是淀粉对水的比例，刚性随水量的减少而提高。对淀粉-甜味剂-水的研究显示，加入果糖，淀粉结晶速度明显加快；加D-果糖、D-葡萄糖、蔗糖的小麦淀粉与未加甜味剂的淀粉相比，其刚性发展时间常数为40、54、63、64.这主要是因为在低温老化过程中，果糖与水的结合强度相对最大程度地减少了淀粉水合的有效水量。因此，其刚性最大。

2.淀粉凝胶强度是淀粉凝胶抵抗其结构被破坏的能力。可以测定凝胶的渗透力和抗压力来测定凝胶强度。在食品工业中，有以下两种方法测定凝胶强度。

（1）勃鲁姆（bloom）法。bloom法被广泛使用，这种方法在不破坏凝胶结构条件下，测定探头刺入距凝胶表面4mm深度时探头的偏转力，结果显示在bloom法一般用于软凝胶测定。

（2）圆柱（cylinder）法。这种方法用于非常坚固的刚性体。从凝胶中取一块圆柱体，置于两块平板中收压，直至凝胶体结构破坏，测定压力值。

另外，还有稠密度计法和英斯特朗张力试验机可用于强度测定。

影响淀粉凝胶的因素有以下几个。

①糖类 在低于糊化温度时加一定量的糖在淀粉乳中，将降低糊的黏度和膨胀率以及凝胶的强度。这主要是因为糖分子与淀粉分子争夺水分子，同时了干扰淀粉分子内部氢键的形成，不同的糖类影响的程度有所差异。

②盐类 在食品行业，盐类的应用相对较少，各类盐离子对淀粉作用各不相同。

③类脂类及表面活化剂 不同的脂类化合物（如甘油单酸酯和甘油三酯）以不同的方式影响淀粉及其衍生物。在实际应用中，我们要选择恰当的脂类及表面活化剂。

淀粉凝胶在现代工业中有着很重要的作用，这一点在食品行业中尤为明显。在食品工业中凝胶有很多用途，但最主要的一点是作凝胶剂。糖果制造者利用高直链淀粉快速形成凝胶结构的特性，组织理想的产品结构。采用这种方法，可以减省产品生产时间，可以提高产品的硬度，且因为高直链的原因，有优秀的成膜性，有利于保存产品。利用凝胶的这个特性，可以生产布丁等食品。

除食品工业外，凝胶了有很多用途。例如，在医药行业、化工行业等。其中淀粉凝胶电泳是一个较明显的例子，淀粉凝胶电泳技术已经广泛地用于基础理论研究、临床诊断及工业制造等方面。例如用淀粉凝胶对流免疫电泳分析病人血清，为早期诊断原发性肝癌提供资料；用高压电泳分离肽段，研究蛋白质一级结构。凝胶电泳技术在分离分析酶、蛋白质、核酸等生物大分子方面具有较高的分辨力，为生物化学、分子生物学的发展做出了重大贡献。