蜡质玉米改性淀粉的研究进展

孔令伟，郑为完，*，张雪春，周小娟，张德

（1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047；2.华中农业大学，湖北武汉430070）

蜡质玉米改性淀粉的研究进展

孔令伟1，郑为完1，*，张雪春1，周小娟1，张德2

（1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047；2.华中农业大学，湖北武汉430070）

蜡质玉米改性淀粉具有膨胀力强，透明度高，黏滞性和成膜性好等独特的优良品质。蜡质玉米改性淀粉以其独特的理化性质成为极好的工业原料。介绍几种重要的蜡质玉米改性淀粉的制备方法以及在食品、纺织、造纸等方面的应用，并对其研究开发进行展望。

蜡质玉米淀粉；支链；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

蜡质玉米淀粉几乎全部由支链淀粉组成，与其他淀粉相比，蜡质玉米淀粉的膨胀力，透明度，黏滞性和成模性都很好，具有剪切变稀性，并且其糊液的稳定性也很好，易消化，不易老化，是极好的工业原料[1-2]。但是未经加工改性的蜡质玉米淀粉对pH，温度和贮藏过程中都不稳定，其应用范围受到了很大的限制。改变蜡质玉米淀粉的性质，增加其某些功能性质或引进新的特性，使其更符合工业应用要求，使蜡质玉米淀粉在各领域都得到充分的利用。

生产改性淀粉的方法主要有物理方法，化学方法和酶法3种。物理方法就是通过使用水，热能，微波辐射，挤压膨化等方法，使淀粉晶体的无定形区转变成独立的无定形态，从而赋予原有淀粉新的性质。化学方法是通过使用化学试剂与淀粉作用，使得淀粉的结构发生变化，从而改变其性质，通过这种方法产生的改性淀粉又称为淀粉衍生物。另外，通常还使用α-淀粉酶，β-淀粉酶，普鲁兰酶，异淀粉酶等专一性地切断淀粉的α-1，4糖苷键或α-1，6糖苷键，从而改变淀粉链的结构，大大拓宽了原有淀粉的应用范围[3]。

1 几种重要的蜡质玉米改性淀粉的制备方法

1.1 蜡质玉米淀粉酯的制备

辛烯基琥珀酸淀粉酯作为一种安全性很高的乳化增稠剂，已由我国政府在2001年定为无需控制用量，可按需求添加。宋晓燕等[4]以蜡质玉米淀粉为原料，采用湿法工艺进行了研究，在30%~35%淀粉乳中分批加入辛烯基琥珀酸酐（用无水乙醇稀释3倍），酸酐加入量为淀粉干基的3%~5%;pH8.5;反应温度35℃;反应时间3 h，用3%NaOH维持体系的pH保持不变。反应结束后，用3%HCl溶液调节pH为6.5左右终止反应，分别用水、70%乙醇洗去没有反应的酸酐和氯离子，然后于45℃烘箱内烘干，即得成品。如果要制备取代度较高淀粉酯，可以将酯化后产品与水分离，再重新进行酯化[5]。

硬脂酸淀粉酯，具有亲水亲油的双亲性质，因而具有很好的乳化性，并且热稳定性强，成膜性好，可作为表面活性剂等用于食品，医药，化妆品等领域[6]。邱立忠，卞希良等[7]采用半干法制备硬脂酸淀粉酯，用蜡质玉米淀粉作原料，以硬脂酸淀粉酯的取代度为评价标准，通过单因素试验确定了制备硬脂酸蜡质玉米淀粉酯的最佳条件：硬脂酸添加量4%，反应温度145℃，反应时间4 h，制得取代度为0.0055的硬脂酸蜡质玉米淀粉酯，并且还得出该淀粉酯的乳化能力随着取代度的增加而增加。

1.2 蜡质玉米交联淀粉的制备

为了克服蜡质玉米淀粉在使用中对酸和热的不稳定，可以加入适当的化学试剂，与淀粉分子形成醚键或酯键而交联起来。经交联之后的蜡质玉米淀粉，其交联度、抗凝沉性都有了很大的提高，并且提高了对热和酸的稳定性，用于冷冻食品，纺织上浆，纸箱的快速胶黏剂等[8]。张钟，刘正等[9]采用混合酸酐交联法，将淀粉，水，混合酸酐（己二酸与醋酸酐）以 100∶145∶4.5（1∶30）混合，用碱液维持体系pH值9.0，反应完成后用HCl中和pH值为5.0终止反应，然后水洗，烘干，即得成品。

1.3 蜡质玉米缓慢消化淀粉的制备

缓慢消化淀粉是能被小肠完全消化吸收，但酶解速度要比普通淀粉缓慢的淀粉[10]。用作食物或饲料来源时，能够减缓小肠的吸收速度，从而控制和调节哺乳动物在摄食和餐后吸收时的血糖水平[11-12]。作为一种改性淀粉，它具有很多生理功能，如作为糖尿病患者的新食物，控制肥胖，减少结肠癌发病率等[13]，近年来备受人们关注[14]。闵伟红，刘舟等[15]采用酶法及湿热-冷却技术制备缓慢消化淀粉，以蜡质玉米淀粉为原料，先将预糊化的淀粉用普鲁兰酶进行脱枝处理，再放入高压灭菌锅中湿热保温，而后放入冰箱冷却，最后烘干即得产品。经研究表明，制备蜡质玉米缓慢消化淀粉的最优条件为：淀粉乳浓度12.5%;普鲁兰酶用量9 U/g，酶作用时间7 h;高压灭菌锅湿热处理温度110℃,时间50 min;冷却储藏温度1℃，时间2 d;烘干温度60℃，缓慢消化淀粉得率达27.33%。

1.4 蜡质玉米氧化淀粉的制备

氧化淀粉是采用化学试剂将淀粉的羟基转化成醛基、羧基、酮基等的变性淀粉。主要发生在葡萄糖的2,3,6位C上及1,4位的环间苷键上[16]。淀粉被氧化之后，本身不引入新的化学物质，同时具有固形物含量高，黏度低，流动性好，透明度好，不易凝胶等优点。

由于使用高锰酸钾，次氯酸钠等做氧化剂时会产生工业废水，对环境造成污染，所以任伟豪,刘亚伟等[17]用双氧水作氧化剂制备氧化淀粉，双氧水最后分解为水，不会造成环境污染。用蜡质玉米淀粉作原料，以羧基含量作为评价指标，通过单因素试验得出双氧水氧化蜡质玉米淀粉的工艺条件：在30%淀粉乳浓度下，反应温度50℃，pH值为8.0，反应时间3 h，氧化剂用量12.5 mL（氧化剂用量越大，氧化程度就越高，在实际生产中，根据产品要求选择合适用量）。在此条件下,生成氧化淀粉的羧基含量为0.4904%。

2 蜡质玉米改性淀粉的应用

2.1 在食品工业领域的应用

淀粉在改性之后会增加很多特性，化学改性经常使用的方法有接枝，交联，氧化等。在实施方案中，常使用乙酸酐（AA），环氧丙烷（PO），琥珀酐（SA），辛烯基琥珀酸酐（OSA）等对玉米淀粉进行接枝[18]。接枝上的改性淀粉具有表面活性，能形成很稳定的水包油型乳化体系。在食品工业上，用于乳化香精，软饮料，调味色拉油，作为微胶囊壁材。在焙烤食品中，具有乳化，保湿，保鲜的作用。在酱料生产中，加入乙酰化二淀粉己二酸酯蜡质玉米淀粉，不仅使酱料在长时间冷冻与解冻加工后，仍能保持组织质量的稳定性，并且还能避免酱料组织随时间延长而凝胶；羟基丙肽蜡质玉米淀粉，能赋予酱料良好的口感，柔滑的质地[19]。

交联淀粉在食品工业中，可作为色拉汁的稳定剂和增稠剂；在罐头食品高温加热杀菌时要求淀粉糊的热稳定性高，加入适量的交联淀粉能满足这个要求[20]。单一变性淀粉本身还存在不足，如交联淀粉溶胀性差，透明度低。自1988年以来，不断有人在交联淀粉的基础上接枝，氧化等成为双重或多重变性淀粉，产品性能有了提高，应用范围也拓展了。

在食品中添加氧化淀粉可使淀粉糊化温度降低，热糊黏度变小，可作为较低黏度的增稠剂；在软糖生产中，氧化淀粉可替代果胶等食用胶，降低生产成本；氧化淀粉对食物具有较好的黏结力，可用于油炸食品的裹粉，使口感松脆。

叶剑芝等[21]以蜡质玉米淀粉为原料，在一定条件下用耐高温α-淀粉酶酶解得到低DE值麦芽糊精，将其应用于蜂蜜粉的加工中，可以提高蜂蜜粉的稳定性。唐洪波，马冰洁[22]制得的羟丙基蜡质玉米淀粉，糊化温度低，冻融稳定性好，可用作食品的稳定剂和增稠剂，是一种非常重要的食品添加剂。

2.2 在纺织业领域的应用

交联淀粉是使用交联剂例如POCl3，己二酸酐，硅烷，钛酸酯与超细粉磨之后的淀粉以一定比例混合反应得出的淀粉衍生物，不仅在应用时有很好的分散效果，而且与聚合物有更好的塑化性，相容性和耐水性[23]。使用含端氨基的有机硅偶联剂与氧化淀粉强力搅拌40 min~8 h,再加入浆纱助剂,升温糊化,得到有机硅改性淀粉浆料ST-Si,此物质不仅增加了浆料中各组分之间及与纺织纱线间的结合力,而且还延长了贮藏期,减少了环境污染。

2.3 在造纸业领域的应用

在造纸工业中,接枝淀粉也有很大的用途,能提高退浆能力,还能赋予纸张很强的抗水性[24]。使用氧化剂过氧化氢将淀粉氧化降解,再通过乙酰基酯化反应和己二酸交联来稳定淀粉,此改性淀粉可用来在纸的表面施胶中作为结合剂,以及作为涂覆糊剂和染料的结合剂,从而使纸张具有抗掉粉,掉毛,起泡等缺点[25]。

3 展望

总的来说,国内对蜡质玉米淀粉的改性研究取得了较大的进展,但仍落后于一些发达国家。为了使蜡质玉米淀粉满足食品等领域的需求,在溶解性,乳化性,增稠性和成膜性等方面都是值得进行改性研究和工业化生产的。

采用适当的方法改变蜡质玉米淀粉结晶区的紧密有序结构,促进接枝功能基团(如辛烯基琥珀酸酐)均匀地与淀粉羟基进行酯化反应,从而改变酯化蜡质玉米淀粉的乳化性和成膜性。采用酶解和接枝相结合的方法,制备水溶性较好的乳化增稠剂。例如,利用α-淀粉酶,普鲁兰酶[26]酶解蜡质玉米淀粉,然后与辛烯基琥珀酸酐进行酯化反应,从而制得表面活性和成膜性都较好的乳化增稠剂。还可以采用交联或氧化和接枝技术相结合,制备耐热,抗酸的乳化增稠剂。例如,先将蜡质玉米淀粉采用醚键或酯键交联,或用氧化剂将淀粉羟基氧化,再用辛烯基琥珀酸酐进行酯化接枝,制备出水溶性较好,成膜性好且耐热抗酸,不易老化的乳化增稠剂。总之,蜡质玉米淀粉的改性具有广泛的开发价值。

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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

教育部长江学者和创新团队发展计划（No.IRT0540）

孔令伟（1984—），女（汉），在读硕士研究生，研究方向：食品加工与保藏。

*通讯作者：郑为完，男，教授，主要从事食品新资源开发。