淀粉的功能淀粉的性质与其功能有什么相关性？
在工业上的应用有哪些？
玉米籽粒中含有直链淀粉和支链淀粉两种类型，普通玉米籽粒中这两种淀粉的比例约为 1:3，高直链淀粉玉米的直支比例最高可达3:1。玉米淀粉在食品、造纸、包装、纺织、石油等领域都有重要应用，高直链淀粉具有特有的分子结构和理化性质，因而具有独特的工业加工性能及食用、医用价值，目前在世界范围内正日益得到重视。
0 前言
淀粉是小麦、玉米、水稻、马铃薯等作物经济器官的主要成分，在人类生活中占有重要地位。由于玉米淀粉较其他植物淀粉具有不同的分子结构和理化性质，自八十年代以来，国外对玉米淀粉这种资源的开发利用日新月异，取得了很大成果。 淀粉的应用范围很广，用处很大。目前世界约 2/3的淀粉用于食...全部
玉米籽粒中含有直链淀粉和支链淀粉两种类型，普通玉米籽粒中这两种淀粉的比例约为 1:3，高直链淀粉玉米的直支比例最高可达3:1。玉米淀粉在食品、造纸、包装、纺织、石油等领域都有重要应用，高直链淀粉具有特有的分子结构和理化性质，因而具有独特的工业加工性能及食用、医用价值，目前在世界范围内正日益得到重视。
0 前言
淀粉是小麦、玉米、水稻、马铃薯等作物经济器官的主要成分，在人类生活中占有重要地位。由于玉米淀粉较其他植物淀粉具有不同的分子结构和理化性质，自八十年代以来，国外对玉米淀粉这种资源的开发利用日新月异，取得了很大成果。
淀粉的应用范围很广，用处很大。目前世界约 2/3的淀粉用于食品、医疗、饮料等方面，1/3用于造纸、包装、纺织、石油等方面。我国与美国、日本等国家相比，在品种选育、遗传研究及加工利用等方面均有较大差距，尤其高直链淀粉，在多方面具有独特的利用价值，但迄今为止国内尚没有高直链淀粉的玉米品种，应尽快填补国内这一空白。
1 淀粉的应用
淀粉的提取主要是通过湿法加工。湿法加工提取的天然淀粉往往在加工性能上效果不够理想，因而工业上一般是将天然淀粉经过变性处理后再应用于各行业。变性淀粉的种类很多，如氧化淀粉、凝胶淀粉、酸变性淀粉、枝联淀粉、磷酸淀粉等，这些变性淀粉在理化性质上较天然淀粉有很大不同，如粘滞度、流动度、粘性、水中溶解度等，由此带来各种不同的应用价值，在各行各业，如食品工业、纺织、造纸、医疗、包装等领域都有值得重视和有待开发的潜力；天然淀粉又可作进一步深加工，得到葡萄糖浆、高果糖浆、麦芽糊精等产品。
上述种种淀粉在各行业的应用主要有：
1。1 食品工业
淀粉在食品工业中的应用主要是作为添加剂。例如，磷酸淀粉有乳化和稳定的特性，制做糕点冷饮有独具有风味；有一种变性淀粉加入快餐食品后可减少蒸煮时间，加入罐头、盘菜后加速热的传递，减少了消毒和冷却时间。
以淀粉为基础有又可做进一步加工，生产ＤＥ值不同的葡萄糖浆，作为甜味剂，乳化剂，稳定剂等。
葡萄糖作进一步处理，在生物催化剂葡萄糖异构酶的作用下可生成高果糖浆。这是一种果糖含量很高的果葡萄浆，味似蜂蜜，又称为“人造蜂蜜”。
其果糖含量已由最初的42%提高到90%以上，大大超过了蔗糖的甜度。高果糖浆用处很大，做糖果口感滑润细腻，不出现表皮结晶起粒现象，尤其适合于制造高级糖果；做糕点面包可防止脱水，能延长保鲜期，且受热后易变棕色，极适于烘焙食品的特殊要求，做果酱等食品，可始终保持较高的渗透性，不会析出结晶及降低甜度；做各种饮料及冷冻食品，在食品的光泽、颜色、风味等方面均可达到极好的指标；另外，由于其甜度高，用最少，成为低热量食品的一个来源。
我国人口多，土地少，解决糖业的需求问题只靠传统的甘蔗、甜菜是相当困难的，需要开发新的能源；从经济角度考虑，生产这种糖浆具有省土地，成本低，副产品价值高，原料广等优点，因此，利用玉米淀粉生产高果糖浆不仅势在必行而且切实可行。
从国外生产实际来看（80年代），1。7吨玉米可生产１吨高果糖浆，所需土地量为甘蔗的1/2，甜菜的1/3～1/5，建厂投资回收快。
目前国际上“回归大自然”的呼声很高，作为食品添加剂，化学合成物虽然价廉但并不受欢迎，生物合成物在大幅度降低成本后必能占领市场。
人类最早是从植物中提取胶：如果胶、瓜尔豆胶、阿拉伯胶、黄芪胶、海藻胶（包括琼脂）等，明胶则是从动物皮中提取的。植物胶的产量受到土壤、季节等的制约，随着发酵工程的兴起，国外已正式投产的微生物多糖胶有：黄胞胶、右旋糖苷、短梗多糖及小核菌葡聚糖等，其中黄胞胶以功能全面、用途广泛而居首位，美国不同的公司又生产出各具特色的系列产品，以利于特殊用途。
黄胞胶（又叫黄原胶，汉生胶，三仙胶）是以淀粉为原料经过黄单胞杆菌发酵作用生成的生物多糖胶，它是一种重要的绿色食品。将其添加在罐头、酸奶、果茶等溶胶类食品中，可使胶体不分层且有稠滑感，固液相均匀、稳定、不沉降，口感滑嫩等特点；添加在啤酒中可使其产泡多且特久，以及装饰在各种食品中，如面包、方便面、糕点、香肠、软质胶糖等，增强其外观及口感。
1。2 石油工业
黄胞胶在石油开采业中具有非常大的应用价值。它可作为一种优良的泥浆添加剂，具有流变性好、抗盐抗钙、对酸碱热相对稳定、低磨阻等特性，可提高喷射速度，延长钻头轴承寿命，有助于防止井塌作用及井喷事故。
另外，黄胞胶用于第三次采油效果显著。由于石油工业开采地下原油，经一、二次采油只能采出小半部分，大部分油采不出来。利用黄胞胶制成流变控制液，可降低渗透率增加石油的开采。该项技术我国已有油田成功地使用。
另一种变性淀粉：淀粉——丙烯酰胺接枝共聚物（在淀粉和纤维素上接枝丙烯酰胺）在石油开采中可以增强减阻作用和剪切稳定性，用作流体输送的减阻剂，在石油开采中作为固井、防钻液流失的添加剂，二次采油、三次采油的驱油材料等。
1。3 钢铁工业
随着金属加工业的迅猛崛起，金属的表面处理尤其是喷漆的前处理 —磷化工艺的应用也日益广泛。目前所使用的磷化液多为中、高温磷化液，磷化时间长，沉渣多，成本也较高，不能满足产品高质量和生产自动化的要求。
因而，近年来人们开始转向低温磷化液的研制，这种低温磷化液就是以淀粉为原料合成的，是一种天然碳水化合物，经氧化、水解、糊化、酯化等有机反应制备而成。由于无须加热，降低了能耗，成膜迅速且质地薄，大大提高了磷化膜的耐蚀性、疏水性等。
1。4 纺织、医药、造纸工业
淀粉接枝共聚物（SGC）对细支混纺轻纱有卓越的上浆性能，很有希望取代传统浆料-PVA的新品种，达到降低浆料成本、减少PVA对环境污染的目的。
淀粉经某种特殊处理后，在外科手术时涂在手套上，与消毒的橡胶手套热接触不易明胶化。这种淀粉即使接触伤口，也能直接为人体所吸收，不会带来危害。DE值不同的葡萄糖浆，在医疗中也发挥着巨大作用。
造纸工业中通过添加淀粉来增强纸张和纸板的强度及性能，大部分纸张都有自身重量5%的淀粉。预凝胶淀粉加入纸浆中，可加强纤维之间的连接，不仅使纸强度增加，且提高了纸张质量。氧化淀粉消除了线状分子的弯曲，阻止其束状结合，增加了淀粉的稳定性并避免了凝胶化，可用于制造特殊 用途 的纸张。
阳离子接枝共聚淀粉（CPCS）作为造纸湿部添加剂加入纸浆中对纸制品的物理性能有很大作用，影响到制纸的抗拉伸强度、断裂伸长及耐破度，用于制造瓦楞纸、新闻纸等特殊要求纸品。
1。5 其他
除上述应用外，玉米淀粉也是一种有开发价值的能源，它可作为生产酒精的原料，通过葡萄糖生成乙醇。
目前为开辟新能源，有的国家如美国、巴西等利用玉米淀粉大量生产酒精，做汽车燃料。
目前，上述种种应用在世界发达国家已较普遍。如日本，其变性淀粉发展快，种类多，产量大，广泛用于食品、造纸、纺织、化工和其他工业。
变性淀粉用作造纸工业的施胶剂，纺织工业的上浆剂，食品工业的增稠剂、乳化剂、胶体生成剂，包装工业的胶粘剂，干电池的添加剂，冶金工业浮选矿石的抑制剂，铸造工业的砂心粘合剂，石油化工的铅泥带出剂，去污工业的肥皂添加剂，工业废水处理剂，医药手套润滑剂，以及利用淀粉经酵母制酒精等。
我国在上述方面的工艺研究及开发利用相对欠缺，有待深入。
2 高直链玉米淀粉的应用价值
高直链玉米淀粉相对于一般淀粉具有独特的应用价值，但在国内，其应用价值迄今为止，尚未得到研究者及开发者的重视。
高直链玉米淀粉目前主要在如下几个领域取得较显著的进展。
2。1 食品工业
不同直／支比淀粉做食品原料具有不同的加工性能。直链淀粉是由分子量较小的直链分子组成的淀粉。直链淀粉溶于水，不溶于脂肪。
据研究，糯淀粉的Tp（Peak maximum temperature）ΔH（Enthalpy)分别为73℃和10。95j／ｇ，而直链淀粉的Ｔp及ΔＨ分别为81。35℃和11。05j/ｇ，淀粉颗粒的大小直接影响淀粉的热稳定化学性质，进而影响其它的理化性质及其加工性能。
例如，淀粉的颗粒大小、糊化特性对面条的口感和蒸煮品质有很大影响，与馒头的口感、白度、体积等品质性状等也有关，而这些因素又与淀粉的组成，即直／支比有关；孔令旗等研究高梁籽粒淀粉的加工特性，表明直／支比对啤酒的适口性，酿酒产量和品质有重要关系。
2。1。1 食品包装材料
用直链淀粉可制造一种半透明纸，不透氧气和氮气，透二氧化碳和脂肪也很少，且这种纸可食用；自七十年代以来，这种纸已用作面包酶的包装，预期在食品工业中的用途会日益广泛。
美国曾申请过直链淀粉生产一种薄膜的专利，这种膜不管是冷或热的情况下都不溶化，它既可包装粉状产品又可包装速冻食品。美国玉米公司在内布拉斯加（中西部研究所驻地）建立了大型的直链淀粉膜的实验工厂。皮奥里亚实验室用羟丙基的直链淀粉（71%）制作的薄膜做了一些实验，表明羟丙基化增强了抗破裂的能力，这种型号的薄膜适用于包装干产品。
2。1。2 休闲食品
以淀粉及淀粉衍生物为原料生产的休闲食品以膨化食品为主。这些原料的基本性质，如粘滞力、膨胀度、水分等，是影响膨化效果的重要因素，而体现这些性质的主要是淀粉的种类，直链淀粉和支链淀粉有显著不同的膨化效果，实际加工中常通过调节不同的直支比来得到不同的效果。
直链淀粉较支链淀粉有更强的抗拉伸力，能够增加产品的脆性和强力。直链淀粉含量高的面团成型性好，因而增强了面团的干燥及切割性能；支链淀粉在面团中形成一个网状结构，在膨化过程中面团中的水分变成蒸汽被压出时使网状结构形成多孔组织，因而支链淀粉有助于增大膨化体积，增强食品的松脆性（crispiness and puffiness）。
据研究，要得到最大膨化体积，并非支链淀粉含量越高越好，而是一个合适的直支比 ，两种成分有某种相互制约的作用，有一个最佳的配比。
2。1。3 低脂食品
美国二战后快餐业开始起步，但由于这类食品的高油高脂性，在前几年发展中处于缓慢状态。
近年来以高直链淀粉作为油脂、奶油的代替物解决了这一问题，如在某些冰激凌中以直链淀粉代替大量奶油，某些夹心饼干中以直链淀粉代替油脂等，制成 “低脂食品”。研究结果表明，用高直链玉米淀粉作为脂肪代替物制成的低脂食品，具有很好的流变学特性及稳定性，与全脂奶油产品具有相同的口感，且生产过程只需原来的生产线，不需添加另外的设备。
2。1。4 食品添加剂
直链淀粉和支链淀粉（或不同直／支比的淀粉）作为食品添加剂的效果不同。适宜直／支比的淀粉作为罐头、饮料、口服液等饮品的添加剂，溶液不分层，固液相均应稳定不沉降，且口感好；作为香肠、冰淇淋等的凝固剂，口感滑嫩细腻；用于糕点、奶酪可使其松软可口；用作饴糖、口香糖以及化妆品等的添加剂都较普通淀粉好。
2。2 环境保护
这是最具吸引力的一个应用，即光降解膜。目前我国及至全球“白色污染”都是一个突出的社会问题。实验证明，目前日常大量使用的塑料袋、快餐盒等塑料制品至少需100年才能被土壤中微生物降解掉。
美国已选育出高直链淀粉玉米，主要供应本国和西欧生产“光解塑料膜”的原料。美国的特殊用途玉米属保密资源，不许传入国外，西欧制做光解塑料的玉米原料均以高价从美国进口，国际市场价格2000-2500美元／吨。
我国与美国之间也曾发生过所谓玉米特用型遗传基因的知识产权纠纷。这些都深刻反映出国际社会是多么重视特用玉米的研究和开发（庄铁成等，个人交流）。而目前我国的特用玉米资源中，高油、高lys、高淀粉玉米（并非有高的直／支比）都已育成新品种并初步应用于生产和进行加工；经过多年的努力，中国农业大学，国家玉米改良中心在国内率先培育出高直链淀粉玉米新品种:ND-AE-0201；该品种直链淀粉含量50％左右，具有工业化开发的价值，目前我国所需高直链淀粉原料几乎全靠进口，价格为普通淀粉的10倍，可见其市场前景广阔。
2。3 医疗保健
高直链淀粉食品是糖尿病人的理想食品，被称为“ 功能性食品 ”（Functional Food）。国外许多人类营养研究所做了许多实验，证实了直链淀粉的医疗保健价值。
试验证明，用支链淀粉饲喂鼠后，从 12-16 周开始产生不可逆的胰岛素抗性，而直链淀粉则根本不产生胰岛素抗性。
高直链淀粉还是胆结石及高血压病人的理想食品，具有防止胆结石形成及降低血液胆固醇的作用。
直链淀粉与人体内其他营养元素的吸收也相互影响，尤其是一些重要微量元素，如Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｐ等，可以说这是高直链玉米淀粉潜在的重要作用。试验结果表明，饲喂直链淀粉配方食谱和支链淀粉配方食谱的7 ～10天小猪的肠道内Ｆe 、Ｃa吸收率均以前者高；Ｚn、Ｐ吸收率差异统计上不显著，即所用的试验群体（12头小猪）的Ｚn 、Ｐ吸收率不受淀粉种类的影响。
目前，玉米淀粉的开发在诸如美国、日本等工业相对发达的国家正受到高度重视，有的技术已成功应用并创造出巨大社会和经济效益；我国玉米淀粉研究及加工两方面的工作与世界发达国家相比均有相当大的差距，应切实采取措施，加强这方面的工作。
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