天然淀粉化学改性研究进展

姚世龙 姚双娜 张腾运

【摘 要】本文以天然淀粉的性能缺陷为切入点，讨论了淀粉的三种化学改性方法，即酯化改性、交联改性和氧化改性。并分析了具体的改性工艺和实验参数。

【关键词】淀粉;改性;生物降解

淀粉是自然界储备量第二的天然高分子化合物。它是由葡萄糖失水缩合得到的聚合葡萄糖苷。因其来源丰富、价格低廉且具有可再生性而受到了研究者的广泛关注。但是在使用过程中由于其物化性质的局限性，如乳化能力低、水溶性差、稳定性不足等缺点，这些都限制了天然淀粉的应用。因此，为了更好的应用于包装降解材料领域，需要对其进行改性，以改变其物化性质。

1.天然淀粉的化学改性方法

淀粉的改性方法分为物理改性和化学改性2种。物理改性方法简单，但改性后淀粉性能得不到明显改善，而化学改性可以改变淀粉分子链结构，从根本上提高淀粉的物理力学性能。淀粉常见的化学改性方法有3种，即酯化改性、交联改性和氧化改性。

1.1 酯化改性

徐丽霞[1]等人对蜡质玉米淀粉和马铃薯淀粉进行了辛烯基琥珀酸酐酯化改性。研究结果表明，蜡质玉米淀粉更容易与辛烯基琥珀酸酐进行酯化反应;蜡质玉米淀粉的崩解值增大，说明了蜡质玉米淀粉在进行酯化后热稳定性降低，而马铃薯淀粉的崩解值减小，说明马铃薯淀粉发生酯化反应后其热稳定性增加。任丽丽[2]等人采用两种烯基琥珀酸酐对玉米淀粉膜进行了酯化改性。研究结果表明，采用长链改性剂进行改性时，影响反应取代度的最主要因素是改性剂的稀释倍数;而采用短链改性剂进行改性时，平衡环境的相对湿度成为最主要的因素。郑志立等人[3]以马来酸酐作为酯化改性剂对玉米淀粉进行了酯化改性。研究结果表明，当改性剂/淀粉质量比为 0.44：1、酯化反應温度为 120 ℃、酯化反应时间为 2.5 h时，酯化反应的接枝率可以达到 18.4%。

1.2 交联改性

许晖等人[4]采用三偏磷酸钠对淀粉进行了交联改性。研究结果表明，随着交联反应时间的增加，交联反应的取代度也逐渐增大;增大交联反应取代度会使淀粉颗粒表面发生不同程度的变化;红外光谱检测证实，交联反应并没有破坏淀粉的化学结构。闫美珍等人[5]以六偏磷酸钠为交联改性剂，对玉米淀粉进行了交联改性。研究结果表明，在交联反应中，改性剂的最适宜添加量为 1.5%，最适宜pH值为11，最适宜温度为40 ℃，最佳反应时间为2 h;影响交联反应的沉降积因素的主次顺序为反应的pH值、改性剂用量、反应温度和反应时间。

1.3 氧化改性

刘冠军等人[6]以双氧水为氧化改性剂，对淀粉进行了干法氧化改性。研究结果表明，在氧化反应中，最佳改性时间为3 h、改性剂和淀粉的最适摩尔比为0.225、最适宜改性温度为60 ℃、体系内水的最佳含量为26.5%、碱和淀粉的最适摩尔比为0.135;在最佳工艺条件下制备氧化淀粉，其羧基含量为0.467%。陈永胜等人[7]以次氯酸钠为氧化改性剂，对玉米淀粉进行了氧化改性。研究结果表明，在对玉米淀粉的氧化改性中，最适宜反应温度为45 ℃，改性剂的最适添加量为15 mL，最适宜pH值为9，最佳改性时间为4 h;影响氧化反应的因素的主次顺序为氧化改性剂的添加量、反应的pH值、氧化反应的温度和氧化反应的时间。陈彦逍等人[8]以双氧水为氧化改性剂、Cu2+为催化剂，对玉米淀粉进行了氧化改性。研究结果表明，在氧化反应中，催化剂的最佳用量为0.02%，最适宜改性温度为45 ℃，最佳改性时间为4 h;最适宜pH值为7。在最佳工艺条件下制备氧化淀粉，其羧基的质量分数达到1.21%。

2 总结

淀粉是可食性材料中最早研究的一种类型，也是最有发展前景的高分子材料。未来淀粉改性的重点是寻找更加环保高效的改性剂，以克服淀粉性能的不足，开发淀粉新的性能，促进其在包装降解材料领域的广泛应用。

参考文献：

[1]徐丽霞，周春海，徐正康，黄强. 辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备及黏度分析[J]. 粮食与饲料工业，2011

[2]任丽丽，周江，佟金. 烯基琥珀酸酐表面改性淀粉膜羟基取代度的影响因素[J]. 吉林大学学报（工学版），2010

[3]郑志立，方庆红. 马来酸淀粉酯的制备研究[J]. 沈阳化工学院学报，2008

[4]许晖，孙兰萍，赵大庆. 郑桂富. 甘薯交联淀粉的制备与结构表征[J]. 包装与食品机械，2007

[5]闫美珍，曹龙奎. 疏水化磷酸酯淀粉的制备及条件优化[J]. 农产品加工，2008

[6]刘冠军，董海洲，侯汉学，邱立忠. 王希功干法制备氧化淀粉的工艺研究[J]. 食品与发酵工业，2005

[7]陈永胜，李新华，吕晓秀，边迎秋. 玉米氧化淀粉的制备及性能研究[J]. 内蒙古民族大学学报，2003

[8]陈彦逍，胡爱琳，王公应. 催化氧化制备氧化淀粉[J]. 中国粮油学报，2005

（作者单位：吉林建筑大学）