蠟質玉米改性淀粉的研究進展

孔令偉，鄭為完，*，張雪春，周小娟，張德

（1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047；2.華中農業大學，湖北武漢430070）

蠟質玉米改性淀粉的研究進展

孔令偉1，鄭為完1，*，張雪春1，周小娟1，張德2

（1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，江西南昌330047；2.華中農業大學，湖北武漢430070）

蠟質玉米改性淀粉具有膨脹力強，透明度高，黏滯性和成膜性好等獨特的優良品質。蠟質玉米改性淀粉以其獨特的理化性質成為極好的工業原料。介紹幾種重要的蠟質玉米改性淀粉的制備方法以及在食品、紡織、造紙等方面的應用，并對其研究開發進行展望。

蠟質玉米淀粉；支鏈；改性淀粉

Abstract：Waxy maize modified starch involves the good and unique qualities with the expansion of power,high transparency,good viscosity and film.Waxy corn modified starch become excellent industrial materials because of its uniquely physical and chemical properties.This article describes the preparation of several important waxy corn modified starches as well as the applications in the food,textile,paper and so on.It also proapect of the research and development.

Key words:waxy corn starch;branched-chain;modified starch

蠟質玉米淀粉幾乎全部由支鏈淀粉組成，與其他淀粉相比，蠟質玉米淀粉的膨脹力，透明度，黏滯性和成模性都很好，具有剪切變稀性，并且其糊液的穩定性也很好，易消化，不易老化，是極好的工業原料[1-2]。但是未經加工改性的蠟質玉米淀粉對pH，溫度和貯藏過程中都不穩定，其應用范圍受到了很大的限制。改變蠟質玉米淀粉的性質，增加其某些功能性質或引進新的特性，使其更符合工業應用要求，使蠟質玉米淀粉在各領域都得到充分的利用。

生產改性淀粉的方法主要有物理方法，化學方法和酶法3種。物理方法就是通過使用水，熱能，微波輻射，擠壓膨化等方法，使淀粉晶體的無定形區轉變成獨立的無定形態，從而賦予原有淀粉新的性質。化學方法是通過使用化學試劑與淀粉作用，使得淀粉的結構發生變化，從而改變其性質，通過這種方法產生的改性淀粉又稱為淀粉衍生物。另外，通常還使用α-淀粉酶，β-淀粉酶，普魯蘭酶，異淀粉酶等專一性地切斷淀粉的α-1，4糖苷鍵或α-1，6糖苷鍵，從而改變淀粉鏈的結構，大大拓寬了原有淀粉的應用范圍[3]。

1 幾種重要的蠟質玉米改性淀粉的制備方法

1.1 蠟質玉米淀粉酯的制備

辛烯基琥珀酸淀粉酯作為一種安全性很高的乳化增稠劑，已由我國政府在2001年定為無需控制用量，可按需求添加。宋曉燕等[4]以蠟質玉米淀粉為原料，采用濕法工藝進行了研究，在30%~35%淀粉乳中分批加入辛烯基琥珀酸酐（用無水乙醇稀釋3倍），酸酐加入量為淀粉干基的3%~5%;pH8.5;反應溫度35℃;反應時間3 h，用3%NaOH維持體系的pH保持不變。反應結束后，用3%HCl溶液調節pH為6.5左右終止反應，分別用水、70%乙醇洗去沒有反應的酸酐和氯離子，然后于45℃烘箱內烘干，即得成品。如果要制備取代度較高淀粉酯，可以將酯化后產品與水分離，再重新進行酯化[5]。

硬脂酸淀粉酯，具有親水親油的雙親性質，因而具有很好的乳化性，并且熱穩定性強，成膜性好，可作為表面活性劑等用于食品，醫藥，化妝品等領域[6]。邱立忠，卞希良等[7]采用半干法制備硬脂酸淀粉酯，用蠟質玉米淀粉作原料，以硬脂酸淀粉酯的取代度為評價標準，通過單因素試驗確定了制備硬脂酸蠟質玉米淀粉酯的最佳條件：硬脂酸添加量4%，反應溫度145℃，反應時間4 h，制得取代度為0.0055的硬脂酸蠟質玉米淀粉酯，并且還得出該淀粉酯的乳化能力隨著取代度的增加而增加。

1.2 蠟質玉米交聯淀粉的制備

為了克服蠟質玉米淀粉在使用中對酸和熱的不穩定，可以加入適當的化學試劑，與淀粉分子形成醚鍵或酯鍵而交聯起來。經交聯之后的蠟質玉米淀粉，其交聯度、抗凝沉性都有了很大的提高，并且提高了對熱和酸的穩定性，用于冷凍食品，紡織上漿，紙箱的快速膠黏劑等[8]。張鐘，劉正等[9]采用混合酸酐交聯法，將淀粉，水，混合酸酐（己二酸與醋酸酐）以 100∶145∶4.5（1∶30）混合，用堿液維持體系pH值9.0，反應完成后用HCl中和pH值為5.0終止反應，然后水洗，烘干，即得成品。

1.3 蠟質玉米緩慢消化淀粉的制備

緩慢消化淀粉是能被小腸完全消化吸收，但酶解速度要比普通淀粉緩慢的淀粉[10]。用作食物或飼料來源時，能夠減緩小腸的吸收速度，從而控制和調節哺乳動物在攝食和餐后吸收時的血糖水平[11-12]。作為一種改性淀粉，它具有很多生理功能，如作為糖尿病患者的新食物，控制肥胖，減少結腸癌發病率等[13]，近年來備受人們關注[14]。閔偉紅，劉舟等[15]采用酶法及濕熱-冷卻技術制備緩慢消化淀粉，以蠟質玉米淀粉為原料，先將預糊化的淀粉用普魯蘭酶進行脫枝處理，再放入高壓滅菌鍋中濕熱保溫，而后放入冰箱冷卻，最后烘干即得產品。經研究表明，制備蠟質玉米緩慢消化淀粉的最優條件為：淀粉乳濃度12.5%;普魯蘭酶用量9 U/g，酶作用時間7 h;高壓滅菌鍋濕熱處理溫度110℃,時間50 min;冷卻儲藏溫度1℃，時間2 d;烘干溫度60℃，緩慢消化淀粉得率達27.33%。

1.4 蠟質玉米氧化淀粉的制備

氧化淀粉是采用化學試劑將淀粉的羥基轉化成醛基、羧基、酮基等的變性淀粉。主要發生在葡萄糖的2,3,6位C上及1,4位的環間苷鍵上[16]。淀粉被氧化之后，本身不引入新的化學物質，同時具有固形物含量高，黏度低，流動性好，透明度好，不易凝膠等優點。

由于使用高錳酸鉀，次氯酸鈉等做氧化劑時會產生工業廢水，對環境造成污染，所以任偉豪,劉亞偉等[17]用雙氧水作氧化劑制備氧化淀粉，雙氧水最后分解為水，不會造成環境污染。用蠟質玉米淀粉作原料，以羧基含量作為評價指標，通過單因素試驗得出雙氧水氧化蠟質玉米淀粉的工藝條件：在30%淀粉乳濃度下，反應溫度50℃，pH值為8.0，反應時間3 h，氧化劑用量12.5 mL（氧化劑用量越大，氧化程度就越高，在實際生產中，根據產品要求選擇合適用量）。在此條件下,生成氧化淀粉的羧基含量為0.4904%。

2 蠟質玉米改性淀粉的應用

2.1 在食品工業領域的應用

淀粉在改性之后會增加很多特性，化學改性經常使用的方法有接枝，交聯，氧化等。在實施方案中，常使用乙酸酐（AA），環氧丙烷（PO），琥珀酐（SA），辛烯基琥珀酸酐（OSA）等對玉米淀粉進行接枝[18]。接枝上的改性淀粉具有表面活性，能形成很穩定的水包油型乳化體系。在食品工業上，用于乳化香精，軟飲料，調味色拉油，作為微膠囊壁材。在焙烤食品中，具有乳化，保濕，保鮮的作用。在醬料生產中，加入乙酰化二淀粉己二酸酯蠟質玉米淀粉，不僅使醬料在長時間冷凍與解凍加工后，仍能保持組織質量的穩定性，并且還能避免醬料組織隨時間延長而凝膠；羥基丙肽蠟質玉米淀粉，能賦予醬料良好的口感，柔滑的質地[19]。

交聯淀粉在食品工業中，可作為色拉汁的穩定劑和增稠劑；在罐頭食品高溫加熱殺菌時要求淀粉糊的熱穩定性高，加入適量的交聯淀粉能滿足這個要求[20]。單一變性淀粉本身還存在不足，如交聯淀粉溶脹性差，透明度低。自1988年以來，不斷有人在交聯淀粉的基礎上接枝，氧化等成為雙重或多重變性淀粉，產品性能有了提高，應用范圍也拓展了。

在食品中添加氧化淀粉可使淀粉糊化溫度降低，熱糊黏度變小，可作為較低黏度的增稠劑；在軟糖生產中，氧化淀粉可替代果膠等食用膠，降低生產成本；氧化淀粉對食物具有較好的黏結力，可用于油炸食品的裹粉，使口感松脆。

葉劍芝等[21]以蠟質玉米淀粉為原料，在一定條件下用耐高溫α-淀粉酶酶解得到低DE值麥芽糊精，將其應用于蜂蜜粉的加工中，可以提高蜂蜜粉的穩定性。唐洪波，馬冰潔[22]制得的羥丙基蠟質玉米淀粉，糊化溫度低，凍融穩定性好，可用作食品的穩定劑和增稠劑，是一種非常重要的食品添加劑。

2.2 在紡織業領域的應用

交聯淀粉是使用交聯劑例如POCl3，己二酸酐，硅烷，鈦酸酯與超細粉磨之后的淀粉以一定比例混合反應得出的淀粉衍生物，不僅在應用時有很好的分散效果，而且與聚合物有更好的塑化性，相容性和耐水性[23]。使用含端氨基的有機硅偶聯劑與氧化淀粉強力攪拌40 min~8 h,再加入漿紗助劑,升溫糊化,得到有機硅改性淀粉漿料ST-Si,此物質不僅增加了漿料中各組分之間及與紡織紗線間的結合力,而且還延長了貯藏期,減少了環境污染。

2.3 在造紙業領域的應用

在造紙工業中,接枝淀粉也有很大的用途,能提高退漿能力,還能賦予紙張很強的抗水性[24]。使用氧化劑過氧化氫將淀粉氧化降解,再通過乙酰基酯化反應和己二酸交聯來穩定淀粉,此改性淀粉可用來在紙的表面施膠中作為結合劑,以及作為涂覆糊劑和染料的結合劑,從而使紙張具有抗掉粉,掉毛,起泡等缺點[25]。

3 展望

總的來說,國內對蠟質玉米淀粉的改性研究取得了較大的進展,但仍落后于一些發達國家。為了使蠟質玉米淀粉滿足食品等領域的需求,在溶解性,乳化性,增稠性和成膜性等方面都是值得進行改性研究和工業化生產的。

采用適當的方法改變蠟質玉米淀粉結晶區的緊密有序結構,促進接枝功能基團(如辛烯基琥珀酸酐)均勻地與淀粉羥基進行酯化反應,從而改變酯化蠟質玉米淀粉的乳化性和成膜性。采用酶解和接枝相結合的方法,制備水溶性較好的乳化增稠劑。例如,利用α-淀粉酶,普魯蘭酶[26]酶解蠟質玉米淀粉,然后與辛烯基琥珀酸酐進行酯化反應,從而制得表面活性和成膜性都較好的乳化增稠劑。還可以采用交聯或氧化和接枝技術相結合,制備耐熱,抗酸的乳化增稠劑。例如,先將蠟質玉米淀粉采用醚鍵或酯鍵交聯,或用氧化劑將淀粉羥基氧化,再用辛烯基琥珀酸酐進行酯化接枝,制備出水溶性較好,成膜性好且耐熱抗酸,不易老化的乳化增稠劑。總之,蠟質玉米淀粉的改性具有廣泛的開發價值。

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Research Advance in Waxy Maize Modified Starch

KONG Ling-wei1,ZHENG Wei-wan1,*,ZHANG Xue-chun1,ZHOU Xiao-juan1,ZHANG De2
（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，Jiangxi,China；2.Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，Hubei，China）

2009-09-17

教育部長江學者和創新團隊發展計劃（No.IRT0540）

孔令偉（1984—），女（漢），在讀碩士研究生，研究方向：食品加工與保藏。

*通訊作者：鄭為完，男，教授，主要從事食品新資源開發。