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玉米淀粉的糊精化的制作方法及工藝

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在市場(chǎng)上,可購(gòu)買(mǎi)的糊精有以下三個(gè)品種英國(guó)糊精、白糊精和黃糊精。糊精化過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)因其復(fù)雜尚未完全被人們認(rèn)識(shí)。或許主要涉及三大反應(yīng)。每一種反應(yīng)相對(duì)的作用會(huì)依賴于產(chǎn)物中是否有白糊精、黃糊精或英國(guó)糊精生成而發(fā)生變化。
      在市場(chǎng)上,可購(gòu)買(mǎi)的糊精有以下三個(gè)品種英國(guó)糊精、白糊精和黃糊精。糊精化過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)因其復(fù)雜尚未完全被人們認(rèn)識(shí)。或許主要涉及三大反應(yīng)。每一種反應(yīng)相對(duì)的作用會(huì)依賴于產(chǎn)物中是否有白糊精、黃糊精或英國(guó)糊精生成而發(fā)生變化。主要的反應(yīng)包括水解、轉(zhuǎn)葡糖苷反應(yīng)和再次聚合。這些反應(yīng)在O.B.Wurzburg,CRCPressInc.,1987發(fā)表的“改性淀粉性能和應(yīng)用”中予以介紹。
      白糊精可以通過(guò)在介于80到110℃的溫度下加熱酸化天然淀粉制備。在這種條件下,淀粉被水解,其結(jié)果是由葡糖單元組成的長(zhǎng)鏈淀粉分子大量減少。白糊精在冷水中具有有限的溶解性和有限的溶液穩(wěn)定性。冷卻后,熟化的白糊精水溶液很快凝結(jié)成糊狀。
      黃糊精在更高的溫度下制備,即150-170℃。由于發(fā)生轉(zhuǎn)葡糖苷反應(yīng),與白糊精相比,黃糊精具有更多的支化結(jié)構(gòu)。此外,與白糊精相比,其在冷水中溶解性更大,親水性更強(qiáng)。
      英國(guó)糊精是在相對(duì)于白糊精和黃糊精而言較高的PH值下,通過(guò)加熱而制備的。由于使用了高溫加熱,英國(guó)糊精在顏色上要比白糊精明顯更深。
      這些制備過(guò)程中所使用原料的質(zhì)量穩(wěn)定性有利于工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。在這方面,有關(guān)糊精的重要參數(shù)是溶液中產(chǎn)物的粘度和穩(wěn)定性。粘度的顯著變化對(duì)于該生產(chǎn)過(guò)程的操作及該生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的產(chǎn)物的質(zhì)量具有重要的影響。因此,隨時(shí)間變化糊精的粘度保持穩(wěn)定非常重要,特別是當(dāng)產(chǎn)物的溶液在長(zhǎng)時(shí)間貯存的時(shí)候。后一方面有助于糊精隨時(shí)應(yīng)用于各種配方中。而且,當(dāng)以糊精材料性能為基礎(chǔ)的產(chǎn)品沒(méi)有因使用長(zhǎng)時(shí)期被儲(chǔ)存的糊精溶液而受到影響時(shí),生產(chǎn)者的靈活性以及市場(chǎng)定位得以改善加強(qiáng)。本發(fā)明的目的在于提供一種制備非常穩(wěn)定,因此其存放期長(zhǎng)的淀粉糊精的方法。
      另人驚奇的是,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)非常穩(wěn)定的糊精可以通過(guò)將具有很高支鏈淀粉含量的淀粉糊精化來(lái)制備。因此,本發(fā)明涉及一種制備淀粉糊精的方法,其中,以干淀粉為基準(zhǔn),含有至少為95重量%,優(yōu)選至少為98重量%的支鏈淀粉或淀粉衍生物的淀粉被糊精化。
      本發(fā)明所涉及的制備方法,其優(yōu)點(diǎn)不僅在于生成的糊精溶液非常穩(wěn)定,同時(shí)經(jīng)一段時(shí)間貯存后保持質(zhì)量恒定,而且發(fā)現(xiàn),與傳統(tǒng)的糊精制備方法相比較,更加節(jié)能省時(shí)。此外還發(fā)現(xiàn),根據(jù)本發(fā)明制備的糊精,特別是當(dāng)其以水溶液形式存在時(shí),與傳統(tǒng)的黃糊精相比較更加穩(wěn)定,顏色更淺。
      如上所述,根據(jù)本發(fā)明,糊精由支鏈淀粉含量很高的淀粉制備而成。絕大多數(shù)類型的淀粉由包含兩種類型的葡糖聚合物的顆粒組成。它們是直鏈淀粉(重量百分比為干淀粉的15-35%)和支鏈淀粉(重量百分比為干淀粉的65-85%)。直鏈淀粉,依賴于淀粉種類的不同,其由平均聚合度為1000到5000的未支化的或輕微支化的分子組成。支鏈淀粉由平均聚合度為1,000,000或更高的很長(zhǎng)并且是高度支化的分子組成。商業(yè)上,重要種類的淀粉(玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉和木薯淀粉)含有重量百分比為15-30%的直鏈淀粉。
      在一些谷類淀粉中,例如大麥、玉米、粟、小麥、蜀、稻和高粱,有些淀粉顆粒幾乎完全由支鏈淀粉構(gòu)成。以干淀粉的重量百分比計(jì)算,這些淀粉顆粒包含大于95%,通常是大于98%的支鏈淀粉。因此這些谷類淀粉的直鏈淀粉含量小于5%,通常是小于2%。上述種類的谷類也被稱作蠟質(zhì)谷類,從中分離出來(lái)的支鏈淀粉顆粒被稱作蠟質(zhì)谷類淀粉。與谷類的情形形成對(duì)比,其中淀粉顆粒幾乎完全由支鏈淀粉構(gòu)成的根和莖在自然界未被認(rèn)識(shí)到。例如,從馬鈴薯塊莖中分離出來(lái)的馬鈴薯淀粉顆粒通常含有20%的直鏈淀粉和80%的支鏈淀粉(以干淀粉的重量百分比計(jì))。然而,在過(guò)去的10年中,經(jīng)過(guò)努力已通過(guò)遺傳修飾培養(yǎng)出馬鈴薯作物,其馬鈴薯塊莖中形成的淀粉顆粒包含超過(guò)95%的支鏈淀粉(以干淀粉的重量百分比計(jì))。甚至發(fā)現(xiàn)可以生產(chǎn)基本上只包含支鏈淀粉的馬鈴薯塊莖。
      在淀粉顆粒的形成過(guò)程中,許多酶都是具有催化活性的。在這些酶中,直鏈淀粉的形成涉及到顆粒結(jié)合的淀粉合酶(GBBS)。GBBS酶的存在依賴于對(duì)該GBBS酶進(jìn)行編碼的基因的活性。消除或抑制這些基因的表達(dá)導(dǎo)致GBSS酶的生產(chǎn)受到阻止或限制。這些基因的消除可通過(guò)對(duì)馬鈴薯植物進(jìn)行遺傳修飾或通過(guò)隱性突變來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的實(shí)例是通過(guò)GBBS基因中隱性突變產(chǎn)生的不含直鏈淀粉的馬鈴薯突變種,其淀粉基本上只含有支鏈淀粉。
      通過(guò)使用遺傳修飾,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以種植和培育根和莖,例如馬鈴薯、山藥和參茨(南非專 利97/4383),其淀粉顆粒含有少量或不含有直鏈淀粉。
      關(guān)于生產(chǎn)的可行性和性能,一方面在支鏈淀粉上,另一方面在蠟質(zhì)谷類淀粉上均存在明顯的差異。這尤其適用于蠟質(zhì)谷類淀粉,其在商業(yè)上是至今為止重要的蠟質(zhì)谷類淀粉。蠟質(zhì)玉米的培育,其適宜生產(chǎn)蠟質(zhì)玉米淀粉,但在商業(yè)上對(duì)于氣候寒冷或溫和的地區(qū),如荷蘭、比利時(shí)、英國(guó)、德國(guó)、波蘭、瑞典和丹麥均不可行。然而這些地區(qū)的氣候適宜培育馬鈴薯。木薯淀粉,來(lái)源于木薯,可以在氣候暖和的地區(qū)生產(chǎn),例如在東南亞和南美的各地區(qū)。
      根部和塊莖淀粉,例如支鏈馬鈴薯淀粉和木薯支鏈淀粉,其在組成和性能方面與蠟質(zhì)谷類淀粉不同。支鏈馬鈴薯淀粉脂和蛋白質(zhì)的含量比蠟質(zhì)谷類淀粉低得多。由于脂和/或蛋白質(zhì)的原因,當(dāng)使用蠟質(zhì)淀粉產(chǎn)品(天然的和改性的)時(shí),或許會(huì)發(fā)生有關(guān)氣味和發(fā)泡問(wèn)題,但當(dāng)使用相應(yīng)的支鏈馬鈴薯淀粉產(chǎn)品時(shí),不會(huì)發(fā)生或在很小程度上發(fā)生上述問(wèn)題。與蠟質(zhì)谷類淀粉形成對(duì)比,支鏈馬鈴薯淀粉包含化學(xué)束縛的磷酸酯基團(tuán)。其結(jié)果是,處于溶解狀態(tài)的支鏈馬鈴薯淀粉產(chǎn)品具有突出的聚電解質(zhì)特性。
      優(yōu)選地,淀粉轉(zhuǎn)化成糊精的溫度位于75到250℃之間,更優(yōu)選地,位于100到180℃之間,更加優(yōu)選地,位于130到170℃之間。
      糊精化過(guò)程可以采用已知的工藝,例如Noredux法,或使用流化床反應(yīng)器,或轉(zhuǎn)爐。優(yōu)選地,糊精化過(guò)程在流化床反應(yīng)器中進(jìn)行。特別是當(dāng)糊精化過(guò)程是在足夠干燥的條件下進(jìn)行時(shí),使用流化床反應(yīng)器有利于反應(yīng)器中熱空氣與正在進(jìn)行糊精化的淀粉進(jìn)行有效接觸。
      如上所述,糊精的一個(gè)重要應(yīng)用與膠粘劑相關(guān)。在該領(lǐng)域中,根據(jù)本發(fā)明制備的糊精,其應(yīng)用將產(chǎn)生非常有益的結(jié)果。
      過(guò)去,糊精被廣泛地用作膠粘劑,主要用于紙材。糊精具有相當(dāng)長(zhǎng)的固化時(shí)間。在該時(shí)間過(guò)程中,通過(guò)加熱、加壓或兩者的結(jié)合使膠粘劑固化,即通過(guò)化學(xué)或物理行為,例如縮合、聚合、氧化、硫化、凝膠化、水合或揮發(fā)組分的蒸發(fā),使膠粘劑固定或固化。由于其固化時(shí)間長(zhǎng),在膠粘劑工業(yè)糊精已被合成的聚合物,例如聚醋酸乙烯或聚乙烯醇所替代。
      已發(fā)現(xiàn),以淀粉干物質(zhì)為基準(zhǔn),包含重量百分比至少為95%的支鏈淀粉的上述淀粉衍生物,特別是通過(guò)淀粉的醚化而生成的衍生物,特別適宜用作膠粘劑。與由普通淀粉制備的糊精為基礎(chǔ)形成的膠粘劑相比,它們需要更短的固化時(shí)間。而且已發(fā)現(xiàn),在糊精化過(guò)程中上述疏水性化合物的存在對(duì)于根據(jù)本發(fā)明制備的糊精的粘合性和固化時(shí)間均產(chǎn)生大大的有益的作用。在正辛醇和尿素的存在下,使用由支鏈馬鈴薯或支鏈木薯淀粉制備的糊精取得了很好的結(jié)果。
      根據(jù)本發(fā)明制備的糊精用于粘合的基材可以是所有材料。但是,當(dāng)被粘合的基材為疏水材料時(shí),粘合效果好。適宜用作基材的例子有紙、紙板、礦物性顏料,幾種塑料等。優(yōu)選地,基材為紙或紙板。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明制備的糊精被用于粘合可濕性紙張時(shí),例如郵票和信封,產(chǎn)生了特別好的效果。
      為了使根據(jù)本發(fā)明制備的糊精用于膠粘劑,必須設(shè)計(jì)一適宜的配方。該配方的組成依賴于膠粘劑的使用環(huán)境和基材的材料。熟練的人員基于對(duì)將傳統(tǒng)的糊精用作膠粘劑的一般認(rèn)識(shí),能夠選擇一適宜的配方。傳統(tǒng)糊精用作膠粘劑的配方概述可以在,例如,“膠粘劑,淀粉及其衍生物手。
      糊精的另一重要應(yīng)用與造紙工業(yè)相關(guān)。在該領(lǐng)域,將根據(jù)本發(fā)明制備的糊精用于造紙過(guò)程中的涂層或表面施膠時(shí),產(chǎn)生了有利的粘接和機(jī)械性能。以支鏈淀粉為基礎(chǔ)的糊精,其改善了的粘接性改善了紙張的性能及造紙過(guò)程中涂層或表面施膠階段的機(jī)械性能。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn),根據(jù)本發(fā)明制備的糊精與紙張涂層中的化合物例如礦物性顏料是相容的。本發(fā)明所涉及的糊精還可進(jìn)一步被應(yīng)用于紡織工業(yè)。特別地,該糊精改善了的粘度穩(wěn)定性和良好的成膜性使其可以被用作液體整理劑。就其本7身而言,整理過(guò)程賦予織物更好的緊密性。另外,單位面積的質(zhì)量增加了。以該糊精為基礎(chǔ)的整理劑,其應(yīng)用的特點(diǎn)在于提高了產(chǎn)品的硬度。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn),根據(jù)本發(fā)明制備的糊精非常適宜在墊板中應(yīng)用。根據(jù)上述過(guò)程中制備的產(chǎn)品有,例如,車間工作服、室內(nèi)裝飾品、床布和無(wú)紡布。

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