酯化淀粉的研究及应用

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摘 要：对淀粉进行酯化改性可以改善淀粉的性能，从而极大地提高了其应用范围。综述了酯化淀粉的定义和分类，阐述了淀粉磷酸酯、淀粉硫酸酯、淀粉醋酸酯、淀粉柠檬酸酯以及烯基琥珀酸淀粉酯的性质及应用，并对其进行了展望。
关键词：酯化淀粉 性质 应用
中图分类号：TS236.9 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）08-0314-01
一、引言
淀粉是由单一类型的糖单元组成的多糖 ，分子式为（C6H10O5）n，由淀粉分子链的结构可将其分为直链淀粉和支链淀粉。由于淀粉具有价格低廉、易生物降解等特点，已备受人们的亲睐，并广泛应用于工业生产。但淀粉本身的难加工、渗透力不好、力学性能差等缺点，在一定程度上限制了其应用，因此人们根据淀粉的结构和理化性质开发了淀粉的变性技术。
二、 酯化淀粉的概念和分类
1.酯化淀粉的概念
酯化淀粉是指淀粉分子中的羟基被有机酸或无机酸发生酯化反应而得到的一类变性淀粉。
2.酯化淀粉的分类
直链淀粉和支链淀粉的分子链中都含有丰富的羟基，从而为淀粉进行化学改性提供了结构上了可能。组成淀粉分子的每个脱水葡萄糖单位中都有三个游离的醇羟基，这样和酸反应就可以形成单酯，双酯和三酯化物。根据发生酯化反应的酸的种类的不同，淀粉酯可分为无机酸酯和有机酸酯两类。这些衍生物赋予了淀粉新的特性，丰富了淀粉的种类 ，也提高了淀粉的应用领域。淀粉经过酯化改性后 ，其葡萄糖单元上的羟基被酯键取代 ，分子间的氢键作用被削弱 ，从而使得酯化淀粉具有热塑性、 疏水性等优点 ，广泛的应用于纺织、医药、食品等。到目前为止 ，主要的研究内容包括酯化剂的种类、 酯化方法以及对结构与性能的表征与研究。
三、无机淀粉酯
1.淀粉磷酸酯
淀粉磷酸酯是用途最大的淀粉无机酸酯之一。淀粉通过与磷酸盐反应制得磷酸酯淀粉，因为磷酸为三价酸，能与淀粉分子中的三个羟基，所以淀粉磷酸酯通常可以分为两类：磷酸单酯和磷酸单酯、双酯和三酯的混合物。徐丽萍[1]以红薯淀粉为原料，分别与磷酸氢二钠、磷酸二氢钠及两者的混合物进行酯化反应干法制备淀粉磷酸酯，通过对地表土壤的实际絮凝效果来表征淀粉磷酸酯取代度的高低，最终确定了最佳工艺条件，即为： m（磷酸盐） ∶m （淀粉） =4∶5， 磷酸氢二钠与磷酸二氢钠的量比为1∶3， 反应时间2.5 h， 反应温度150 ℃， 尿素添加量为干淀粉质量的4 %反应。孔令晓[2]等选择糯玉米淀粉与复合磷酸盐进行酯化反应，以取代度为指标系统的研究了影响酯化反应的因素。对酯化淀粉在火腿肠中的应用研究发现，其弹性、粘聚性、咀嚼度等明显优于添加原淀粉的产品。
淀粉磷酸酯比原淀粉有许多较为突出的特性，使其在食品工业中备受亲睐，它可用作增稠剂、稳定剂、乳化剂、粘合剂以及冻融过程中的保形剂。例如，生产挂面时，加人淀粉磷酸酯使得面筋与淀粉、淀粉与淀粉之间能更好地结合，从而形成了粘弹性良好的面团，这样就极大程度的改善了产品的质量。
2. 淀粉硫酸酯
淀粉硫酸酯又名磺化淀粉，是在淀粉分子的羟基基团上引入磺酸基-SO3H 而制得的一种淀粉无机酸酯。淀粉硫酸酯以其优良的性质，也引起了人们较为广泛的关注。方宏兵[3]通过实验在水相条件下制备出了取代度为0.615的淀粉硫酸酯。并且通过扫描电镜观察到淀粉硫酸酯的表面凹陷不平，颗粒的形态不规则，颗粒形态并没有发生明显变化，从而说明了酯化反应主要在淀粉颗粒的无定形区发生。陈玉放[4]采用固体三氧化硫吡啶为酯化剂， 非质子极性溶剂二甲基甲酞胺为溶剂，优化的之制备淀粉硫酸酯的工艺流程，选定三氧化硫吡啶与淀粉的质量比为1∶1～5∶1，制得高取代度淀粉硫酸酯。
淀粉硫酸酯可作为天然抗凝剂肝素的廉价代用品，同时因其较强的保水性，已被用作水泥等的保水剂和混凝土的减水剂。
四、 有机淀粉酯
淀粉醋酸酯又称乙酰化淀粉或乙酸淀粉，是在淀粉分子中引入了少量的酯基团制备的。丁宏坤等[5] 通过选择甲苯磺酸作为催化剂做实验，并选择了合理酯化剂，通过预先糊化操作并将反应条件控制为低温情况下，成功制备出了性能优良且性价比较高的高取代度淀粉醋酸酯。钱大均[6] 等通过以玉米淀粉为原料，醋酸乙烯酯为酯化剂的实验以取代度为指标，探讨并研究了影响产品取代度的各反应因素，通过正交试验确定了其最佳工艺条件，并通过对产品理化性质的测定研究，证明了酯化改性的淀粉抗凝沉性有所增强，糊透明度也基本能达到原淀粉水平。许东颖等[7]以水作为为溶剂，过硫酸铵/亚硫酸钠作为引发剂，研究了淀粉/丙烯酸 （AA）/醋酸乙烯酯（Vac）接枝共聚反应特性，分析并研究了单体配比、反应温度、反应等因素对该反应的影响，对接枝共聚物进行了结构表征。
淀粉醋酸酯在食品工业中有着特殊的应用，添加到在油炸方便面和挂面中，不仅可以提高面条的透明度、爽滑度，降低断条率；而且还能在一定程度上延长食品的保质期，保证面包的弹性和口感。
五、 展望
淀粉酯有着广阔的前景和发展空间，因此，对其还需要做更深入的研究。大多数淀粉酯的制备是采用了化学合成法，所以探究更经济有效的催化剂，以及开发新的酯化剂将加速酯化淀粉的合成速率，可以满足淀粉酯的大批量生产。此外，通过优化工艺流程、对淀粉进行复和改性的操作，赋予淀粉更多的优良性能，将会使得淀粉酯的应用范围得到极大的拓展。
参考文献
[1] 徐丽萍. 淀粉磷酸酯的干法制备[J ]. 食品研究与开发. 2011（09）
[2] 孔令晓，崔波，姚军国，李丽. 磷酸酯改性淀粉的制备及在肉类中的应用[J ].肉类研究.2009（01）
[3] 方宏兵.淀粉硫酸酯及其衍生物的微波制备和特性研究[J].2010
[4] 陈玉放，李建，陈文宁，等. 一种高取代度淀粉硫酸酯的制备方法：中国，CN102010474A[P]. 2011-4-13.
[5] 丁宏坤， 许晓秋， 李景庆， 等. 高取代度淀粉醋酸酯的制备研究[J]. 化学工业与工程， 2002， 19 （6）： 426-429.
[6] 钱大均. 醋酸酯淀粉制备及性能研究[J]2007，22（2）
[7] 许东颖， 李秋颖， 杨益欢， 廖正福. 淀粉/丙烯酸/醋酸乙烯酯接枝共聚反应研究[J]. 云南化工， 2005， 32（1）： 4-6.