一種全淀粉植物膠及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種全淀粉植物膠，具體還涉及所述全淀粉植物膠的制備方法和應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 馬鈴薯淀粉被廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、紡織、造紙和日用化工等行業(yè)，是重要的工 業(yè)原料之一。但隨著科學(xué)與加工技術(shù)的發(fā)展，原淀粉的某些性質(zhì)已不能滿足加工要求。如 在食品工業(yè)中，淀粉可作穩(wěn)定劑和增稠劑，以提供許多食品的特性黏度和口感，但由于淀粉 在冷水中不溶解、淀粉糊黏度不穩(wěn)定、易發(fā)生凝沉，特別是在冷凍和低溫存儲(chǔ)的食品中，它 容易產(chǎn)生淀粉糊凝沉而失水，使淀粉用途受到很大的限制并且影響食品的品質(zhì)。因此，在食 品加工和藥用輔料中，原淀粉的性質(zhì)使它無法達(dá)到某些使用要求，必須對(duì)它進(jìn)行變性處理， 即部分改變其分子結(jié)構(gòu)，使淀粉的凝膠化特征、糊的凝沉性、凍融穩(wěn)定性、崩解性、抗生物酶 解性等性質(zhì)符合使用要求。
[0003] 羥丙基羧甲基淀粉就是一種新型復(fù)合改性淀粉衍生物，既具有羥丙基淀粉抗剪切 能力強(qiáng)、耐酸堿、保水性好、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，又具有羧甲基淀粉的粘度高、糊液透明度 高、凍融穩(wěn)定性好和抗老化能力強(qiáng)、抗凝沉性、乳化性好等特點(diǎn)。得益于這種復(fù)合改性所賦 予的優(yōu)異性能，羥丙基羧甲基淀粉可以廣泛應(yīng)用于造紙、化工、食品和醫(yī)藥等行業(yè)中。在造 紙工業(yè)中，兩性淀粉是一種良好的增強(qiáng)劑和助留劑，在醫(yī)藥工業(yè)中，由于其具有表面張力 低，抗氧化能力好，以及壓縮性和硬度好的特點(diǎn)，可用在膠囊、片劑的生產(chǎn)中。
[0004] 隨著明膠膠囊質(zhì)量安全事件的頻繁發(fā)生，近年來越來越多的科研工作者將目光轉(zhuǎn) 移到了植物膠囊的研宄與開發(fā)中。淀粉膠囊就是其中一類原料來源廣泛、生產(chǎn)工藝成熟、質(zhì) 量安全、穩(wěn)定性好的植物膠囊。而提高力學(xué)性能和穩(wěn)定性一直是淀粉基材料的主要研宄方 向。除了對(duì)淀粉進(jìn)行改性處理，高分子材料的其它加工技術(shù)如共混、復(fù)合等也廣泛應(yīng)用在淀 粉基材料中。
[0005] 專利CN104056274A公開了一種用于制備淀粉硬膠囊的增強(qiáng)增韌劑和用途。該發(fā) 明通過在淀粉基質(zhì)中添加復(fù)合增強(qiáng)增韌劑，在對(duì)淀粉基質(zhì)進(jìn)行增強(qiáng)增韌的同時(shí)對(duì)最終形成 的膠囊殼也具有增強(qiáng)效果。其中，所述的用于制備淀粉硬膠囊的增強(qiáng)增韌劑是由25~80wt% 的卡拉膠，10~50wt%的魔芋膠及2~25wt%的增韌助劑組成，而其中的魔芋膠成份既可避免 凝膠強(qiáng)度過高，同時(shí)因其具有較強(qiáng)的吸水膨脹性能又能有效促進(jìn)崩解，從而制備出具有很 好柔韌性同時(shí)又能迅速崩解的淀粉硬膠囊。然而，通過向淀粉基質(zhì)中引入卡拉膠和魔芋膠， 既無法改善淀粉基質(zhì)自身的理化性質(zhì)，也無法保障其能夠達(dá)到對(duì)淀粉基質(zhì)進(jìn)行均勻有效的 增強(qiáng)增韌效果。
[0006] 專利CN103834066A公開了一種用于制備淀粉膠囊的低粘淀粉膠，其中成份包括 凝膠劑、增塑劑、水、淀粉或改性淀粉和淀粉酶，還公開了該淀粉膠的制備方法，具體包括以 下步驟：用淀粉或改性淀粉、凝膠劑、增塑劑通過低溫溶解、高溫糊化、中溫酶解控粘等步驟 得到，為了提高上述低粘淀粉膠的強(qiáng)度，該發(fā)明首次在淀粉膠的制備過程中，利用淀粉酶對(duì) 淀粉結(jié)構(gòu)進(jìn)行剪裁，得到了粘度降低為l〇〇〇~7000cpS的淀粉膠，利用淀粉膠增強(qiáng)劑，使淀 粉膠的拉伸強(qiáng)度可達(dá)15~40MPa。然而，雖然該方法通過酶法對(duì)淀粉基質(zhì)進(jìn)行了修飾，改善 了淀粉膠的粘度，但是仍然需要加入一定量的多種其它多糖類物質(zhì)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)淀粉基質(zhì) 材料自增強(qiáng)的作用效果，而且該發(fā)明工藝較為復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)成本較高，并不利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè) 化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種全淀粉植物膠及其制備工藝，通過將一種兩親性復(fù)合 淀粉與幾種不同淀粉衍生物之間進(jìn)行復(fù)配增強(qiáng)，可有效解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，克 服現(xiàn)有淀粉基材料性能上的不足。
[0008] 本發(fā)明的另一目的在于，提供一種全淀粉植物膠，以此材料可以制備可食性淀粉 膜、非明膠膠囊殼，進(jìn)一步可應(yīng)用于造紙、食品和藥品等領(lǐng)域。
[0009]本發(fā)明提供了一種全淀粉植物膠，包括以兩親性復(fù)合淀粉為基質(zhì)，以物理改性淀 粉為 淀粉膠增強(qiáng)劑，按一定配比混合后，經(jīng)擠出法制備而得，其制備方法的具體特征在于包 括以下步驟： a) 以羥丙基羧甲基淀粉為基質(zhì)，改性淀粉為淀粉膠增強(qiáng)劑，增強(qiáng)劑和淀粉基質(zhì)按質(zhì)量 比1:4-10混合均勻； b) 在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)，在加熱條件下加入步驟a)中的混合物，再加入a)中混合物質(zhì) 量5-15%的純水，經(jīng)剪切、攪拌、捏合、熔融后擠出成為一種熱塑可加工的淀粉植物膠復(fù)合 材料； c) 將步驟b)所得的全淀粉植物膠進(jìn)一步經(jīng)切割制成淀粉顆粒料或定型片材，或者進(jìn)一 步制成薄膜。
[0010] 進(jìn)一步，步驟a)中所述的羥丙基羧甲基淀粉的是羧甲基淀粉經(jīng)羥丙基化反應(yīng)制 得，具體包括以下步驟： a) 將食品級(jí)羧甲基淀粉置于耐壓密閉反應(yīng)器中，溶于一定量純水后，加入催化劑四 甲 基氫氧化按活化5-30分鐘； b) 將環(huán)氧丙烷溶于異丙醇后，加入上述堿化羧甲基淀粉乳中，在高純氮的保護(hù)下，加 熱反應(yīng)一段時(shí)間； c) 反應(yīng)結(jié)束后加入乙醇，經(jīng)醇沉、離心洗滌、過濾后，冷凍干燥即得羥丙基羧甲基。
[0011] 進(jìn)一步，步驟a)中所述的改性淀粉為經(jīng)物理改性的預(yù)膠化淀粉、支鏈淀粉、淀粉納 米晶、氧化淀粉中的一種或幾種。
[0012]進(jìn)一步，所述改性淀粉以重量百分比計(jì)，由預(yù)膠化淀粉15-35%、支鏈淀粉35-55%、 淀粉納米晶5-15%和氧化淀粉10%-20%組成。
[0013]進(jìn)一步，步驟b)中所述的雙螺桿擠出機(jī)，其特征在于： (1) 擠出機(jī)的加熱溫度為80~140 °C，且擠出機(jī)各個(gè)部分沿著螺桿的方向被加熱成不同 溫度； (2) 擠出機(jī)螺桿的長徑比（L/D)為18,轉(zhuǎn)速為150~300轉(zhuǎn)/分鐘，擠壓壓力為 100-1000N/m2〇
[0014]進(jìn)一步，所述的羥丙基羧甲基淀粉和改性淀粉所用的淀粉原料均優(yōu)選為薯類淀 粉，包括木薯淀粉和馬鈴薯淀粉。
[0015] 進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明所述方法制備得到的全淀粉植物膠的粘度為450~1500cps。
[0016] 進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明所述方法制備得到的全淀粉植物膠可以應(yīng)用于食品、藥品和 造紙工業(yè)中。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明所述方法制成的全淀粉植物膠，與其中任何一種單一成分相比較，在 理化性能、加工性和機(jī)械性能等方面都更具有優(yōu)勢。所用原料的種類和用量均是通過大量 探索性研宄確定的。
[0018]目前，兩性淀粉合成方法分為濕法、干法、半干法三大類。本發(fā)明采用的就是半干 法合成羥丙基羧甲基淀粉，利用堿催化劑與變性試劑，和羧甲基淀粉在半干不濕狀態(tài)下混 合后反應(yīng)。該方法與傳統(tǒng)方法中對(duì)淀粉先羧甲基化后再進(jìn)行羥丙基化改性相比較而言，反 應(yīng)溫度較干法更低，轉(zhuǎn)化率更高。使用該方法合成的羥丙基羧甲基淀粉作為基質(zhì)材料所制 得的淀粉植物膠，既具有羥丙基淀粉抗剪切能力強(qiáng)、耐酸堿、保水性好、熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)， 又具有羧甲基淀粉粘度高、糊液透明、凍融穩(wěn)定性好和抗老化能力強(qiáng)、抗凝沉性和乳化性好 等特點(diǎn)，產(chǎn)品的綜合性能更加適宜用于膠囊用品的制備。
[0019] 由預(yù)膠化淀粉、氧化淀粉、支鏈淀粉和淀粉納米晶這幾種物理改性淀粉構(gòu)成的增 強(qiáng)劑，其比例在所述范圍內(nèi)變化能夠調(diào)節(jié)淀粉膠的粘度、成膜性和拉伸強(qiáng)度，并且能夠賦予 淀粉膠制品更好的韌性，提高其糊化能力和斷裂伸長率的同時(shí)，降低脆度，使之具備在不同 領(lǐng)域加以應(yīng)用的可調(diào)控性。
[0020] 本發(fā)明還涉及到一種淀粉植物膠的生產(chǎn)方法，具體是一種熱固加工方法，使用擠 出機(jī)對(duì)淀粉基質(zhì)與增強(qiáng)劑的混合物進(jìn)行處理，通過控制擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度和熔 體壓力等工藝參數(shù)來精確控制淀粉植物膠的復(fù)合程度。
[0021] 本發(fā)明所述的全淀粉植物膠可以用于制作淀粉基的膜，該淀粉基膜可用于直接接 觸食品、藥品的內(nèi)包材，如包裝袋、包裝殼等，也可用于制造固體制劑的包衣。另外，還可以 用任何已知的手段和常規(guī)設(shè)備使用本發(fā)明的全淀粉植物膠來生產(chǎn)軟膠囊，如旋轉(zhuǎn)沖模法、 擠壓法等。
[0022] 本發(fā)明的有益效果在于： 1.本發(fā)明工藝采用羥丙基羧甲基淀粉為原料，通過對(duì)淀粉基材料自身的理化性能進(jìn) 行 改善優(yōu)化，再加入物理改性淀粉作為增強(qiáng)劑的方式，從而在無需添加其它任何天然多 糖類物質(zhì)的條件下，制備得到了 一種全淀粉植物膠。
[0023]2. 本發(fā)明工藝簡單可行，原料來源廣泛，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可調(diào)控性高，易于規(guī)模 化、自動(dòng)化生產(chǎn)； 3. 本發(fā)明制備的全淀粉植物膠，粘度與強(qiáng)度均更加符合膠囊用品的需求，完全可替 代 動(dòng)物膠用于膠囊產(chǎn)品的制備。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的其他的發(fā)明目的、技術(shù)方案和有益效果作進(jìn)一步詳 細(xì)的說明，但實(shí)施例不應(yīng)視作對(duì)本發(fā)明權(quán)利的限定