CN104610582A - 一种全淀粉植物胶及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种全淀粉植物胶及其制备方法和应用。该全淀粉植物胶以两亲性复合淀粉为基质，物理改性淀粉为淀粉胶增强剂，在将淀粉基质和增强剂按一定配比混合后，采用挤出法制备成条状淀粉植物胶，后续可再经切割制成颗粒料、薄膜或片材。本发明的特点在于，以复合型淀粉为基质制得的植物胶比其中任何一种单一成分在理化性能、加工性和机械性能等方面更具优势，制品可进一步用于食品、药品和造纸等其它领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种全淀粉植物胶，具体还涉及所述全淀粉植物胶的制备方法和应用。
背景技术
马铃薯淀粉被广泛应用在食品、医药、纺织、造纸和日用化工等行业，是重要的工业原料之一。但随着科学与加工技术的发展，原淀粉的某些性质已不能满足加工要求。如在食品工业中，淀粉可作稳定剂和增稠剂，以提供许多食品的特性黏度和口感，但由于淀粉在冷水中不溶解、淀粉糊黏度不稳定、易发生凝沉，特别是在冷冻和低温存储的食品中，它容易产生淀粉糊凝沉而失水，使淀粉用途受到很大的限制并且影响食品的品质。因此，在食品加工和药用辅料中，原淀粉的性质使它无法达到某些使用要求，必须对它进行变性处理，即部分改变其分子结构，使淀粉的凝胶化特征、糊的凝沉性、冻融稳定性、崩解性、抗生物酶解性等性质符合使用要求。
羟丙基羧甲基淀粉就是一种新型复合改性淀粉衍生物，既具有羟丙基淀粉抗剪切能力强、耐酸碱、保水性好、热稳定性好的优点，又具有羧甲基淀粉的粘度高、糊液透明度高、冻融稳定性好和抗老化能力强、抗凝沉性、乳化性好等特点。得益于这种复合改性所赋予的优异性能，羟丙基羧甲基淀粉可以广泛应用于造纸、化工、食品和医药等行业中。在造纸工业中，两性淀粉是一种良好的增强剂和助留剂，在医药工业中，由于其具有表面张力低，抗氧化能力好，以及压缩性和硬度好的特点，可用在胶囊、片剂的生产中。
随着明胶胶囊质量安全事件的频繁发生，近年来越来越多的科研工作者将目光转移到了植物胶囊的研究与开发中。淀粉胶囊就是其中一类原料来源广泛、生产工艺成熟、质量安全、稳定性好的植物胶囊。而提高力学性能和稳定性一直是淀粉基材料的主要研究方向。除了对淀粉进行改性处理，高分子材料的其它加工技术如共混、复合等也广泛应用在淀粉基材料中。
专利CN 104056274A公开了一种用于制备淀粉硬胶囊的增强增韧剂和用途。该发明通过在淀粉基质中添加复合增强增韧剂，在对淀粉基质进行增强增韧的同时对最终形成的胶囊壳也具有增强效果。其中，所述的用于制备淀粉硬胶囊的增强增韧剂是由25~80wt%的卡拉胶，10~50wt%的魔芋胶及2~25wt%的增韧助剂组成，而其中的魔芋胶成份既可避免凝胶强度过高，同时因其具有较强的吸水膨胀性能又能有效促进崩解，从而制备出具有很好柔韧性同时又能迅速崩解的淀粉硬胶囊。然而，通过向淀粉基质中引入卡拉胶和魔芋胶，既无法改善淀粉基质自身的理化性质，也无法保障其能够达到对淀粉基质进行均匀有效的增强增韧效果。
专利CN 103834066A公开了一种用于制备淀粉胶囊的低粘淀粉胶，其中成份包括凝胶剂、增塑剂、水、淀粉或改性淀粉和淀粉酶，还公开了该淀粉胶的制备方法，具体包括以下步骤：用淀粉或改性淀粉、凝胶剂、增塑剂通过低温溶解、高温糊化、中温酶解控粘等步骤得到，为了提高上述低粘淀粉胶的强度，该发明首次在淀粉胶的制备过程中，利用淀粉酶对淀粉结构进行剪裁，得到了粘度降低为1000~7000cps的淀粉胶，利用淀粉胶增强剂，使淀粉胶的拉伸强度可达15~40MPa。然而，虽然该方法通过酶法对淀粉基质进行了修饰，改善了淀粉胶的粘度，但是仍然需要加入一定量的多种其它多糖类物质，无法实现对淀粉基质材料自增强的作用效果，而且该发明工艺较为复杂，实际生产成本较高，并不利于实现产业化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全淀粉植物胶及其制备工艺，通过将一种两亲性复合淀粉与几种不同淀粉衍生物之间进行复配增强，可有效解决上述现有技术存在的问题，克服现有淀粉基材料性能上的不足。
本发明的另一目的在于，提供一种全淀粉植物胶，以此材料可以制备可食性淀粉膜、非明胶胶囊壳，进一步可应用于造纸、食品和药品等领域。
本发明提供了一种全淀粉植物胶，包括以两亲性复合淀粉为基质，以物理改性淀粉为
淀粉胶增强剂，按一定配比混合后，经挤出法制备而得，其制备方法的具体特征在于包括以下步骤：
a）以羟丙基羧甲基淀粉为基质，改性淀粉为淀粉胶增强剂，增强剂和淀粉基质按质量比1:4-10混合均匀；
b）在双螺杆挤出机内，在加热条件下加入步骤a）中的混合物，再加入a)中混合物质量5-15%的纯水，经剪切、搅拌、捏合、熔融后挤出成为一种热塑可加工的淀粉植物胶复合材料；
c）将步骤b）所得的全淀粉植物胶进一步经切割制成淀粉颗粒料或定型片材，或者进一步制成薄膜。
进一步，步骤a）中所述的羟丙基羧甲基淀粉的是羧甲基淀粉经羟丙基化反应制得，具体包括以下步骤：
a） 将食品级羧甲基淀粉置于耐压密闭反应器中，溶于一定量纯水后，加入催化剂四甲
基氢氧化铵活化5-30分钟；
b） 将环氧丙烷溶于异丙醇后，加入上述碱化羧甲基淀粉乳中，在高纯氮的保护下，加
热反应一段时间；
c） 反应结束后加入乙醇，经醇沉、离心洗涤、过滤后，冷冻干燥即得羟丙基羧甲基。
进一步，步骤a）中所述的改性淀粉为经物理改性的预胶化淀粉、支链淀粉、淀粉纳米晶、氧化淀粉中的一种或几种。
进一步，所述改性淀粉以重量百分比计，由预胶化淀粉15-35%、支链淀粉35-55%、淀粉纳米晶5-15%和氧化淀粉10%-20%组成。
进一步，步骤b）中所述的双螺杆挤出机，其特征在于：
（1）挤出机的加热温度为80~140 oC，且挤出机各个部分沿着螺杆的方向被加热成不同温度；
（2）挤出机螺杆的长径比（L/D）为18，转速为150~300转/分钟，挤压压力为100-1000N/m2。
进一步，所述的羟丙基羧甲基淀粉和改性淀粉所用的淀粉原料均优选为薯类淀粉，包括木薯淀粉和马铃薯淀粉。
进一步，根据本发明所述方法制备得到的全淀粉植物胶的粘度为450~1500 cps。
进一步，根据本发明所述方法制备得到的全淀粉植物胶可以应用于食品、药品和造纸工业中。
根据本发明所述方法制成的全淀粉植物胶，与其中任何一种单一成分相比较，在理化性能、加工性和机械性能等方面都更具有优势。所用原料的种类和用量均是通过大量探索性研究确定的。
目前，两性淀粉合成方法分为湿法、干法、半干法三大类。本发明采用的就是半干法合成羟丙基羧甲基淀粉，利用碱催化剂与变性试剂，和羧甲基淀粉在半干不湿状态下混合后反应。该方法与传统方法中对淀粉先羧甲基化后再进行羟丙基化改性相比较而言，反应温度较干法更低，转化率更高。使用该方法合成的羟丙基羧甲基淀粉作为基质材料所制得的淀粉植物胶，既具有羟丙基淀粉抗剪切能力强、耐酸碱、保水性好、热稳定性好的优点，又具有羧甲基淀粉粘度高、糊液透明、冻融稳定性好和抗老化能力强、抗凝沉性和乳化性好等特点，产品的综合性能更加适宜用于胶囊用品的制备。
由预胶化淀粉、氧化淀粉、支链淀粉和淀粉纳米晶这几种物理改性淀粉构成的增强剂，其比例在所述范围内变化能够调节淀粉胶的粘度、成膜性和拉伸强度，并且能够赋予淀粉胶制品更好的韧性，提高其糊化能力和断裂伸长率的同时，降低脆度，使之具备在不同领域加以应用的可调控性。
本发明还涉及到一种淀粉植物胶的生产方法，具体是一种热固加工方法，使用挤出机对淀粉基质与增强剂的混合物进行处理，通过控制挤出机的螺杆转速、机筒温度和熔体压力等工艺参数来精确控制淀粉植物胶的复合程度。
本发明所述的全淀粉植物胶可以用于制作淀粉基的膜，该淀粉基膜可用于直接接触食品、药品的内包材，如包装袋、包装壳等，也可用于制造固体制剂的包衣。另外，还可以用任何已知的手段和常规设备使用本发明的全淀粉植物胶来生产软胶囊，如旋转冲模法、挤压法等。
本发明的有益效果在于：
1． 本发明工艺采用羟丙基羧甲基淀粉为原料，通过对淀粉基材料自身的理化性能进行
改善优化，再加入物理改性淀粉作为增强剂的方式，从而在无需添加其它任何天然多糖类物质的条件下，制备得到了一种全淀粉植物胶。
2． 本发明工艺简单可行，原料来源广泛，产品质量稳定、可调控性高，易于规模化、自动化生产；
3． 本发明制备的全淀粉植物胶，粘度与强度均更加符合胶囊用品的需求，完全可替代
动物胶用于胶囊产品的制备。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的其他的发明目的、技术方案和有益效果作进一步详细的说明，但实施例不应视作对本发明权利的限定。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指出，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所述技术领域的普通人员通常理解的相同含义。
实施例1
羟丙基羧甲基淀粉 10kg
增强剂 1kg，包括：
预胶化淀粉 0.25kg；
支链淀粉 0.45kg；
淀粉纳米晶 0.15kg；
氧化淀粉 0.15kg；
上述组分置于高速混合机中混合30分钟；
将上述混合物加至双螺杆挤出机加料漏斗中，再在挤出机滑块3中加入体积为混合物质量5%的纯水，控制螺杆转速为150转/分钟，经剪切、搅拌、捏合、熔融后挤出，其中各滑块设定的温度为：
滑块1：25oC
滑块2-3：80oC
滑块4-6：120oC
滑块7-9：140oC
滑块10-12：140oC
喷嘴：140oC
采用NDJ~5S数字式旋转粘度计测试60oC下的粘度为450cps。
然后将挤出物料冷冻干燥后送至切粒机上切粒成型，最后粉碎至所需粒度范围即可。
实施例2
羟丙基羧甲基淀粉 20kg
增强剂 5kg，包括：
预胶化淀粉 1.25kg；
支链淀粉 2.75kg；
氧化淀粉 1.00kg；
上述组分置于高速混合机中混合30min；
将上述混合物加至双螺杆挤出机加料漏斗中，再在挤出机滑块3中加入体积为混合物质量15%的纯水，控制螺杆转速为300转/分钟，经剪切、搅拌、捏合、熔融后挤出，其中各滑块设定的温度为：
滑块1：25oC
滑块2-3：80oC
滑块4-6：100oC
滑块7-9：120oC
滑块10-12：140oC
喷嘴：140oC
采用NDJ~5S数字式旋转粘度计测试60oC下的粘度为1480cps。
将自动薄膜涂覆机预热，然后使挤出物料涂覆于平板之上，厚度控制在0.5mm，经烘干制得淀粉膜。
利用流沿法在平整器皿表面成膜，利用电子万能机获得淀粉膜材料的拉伸强度为31.5Mpa。
实施例3
羟丙基羧甲基淀粉 20kg
增强剂 4kg，包括：
预胶化淀粉 1.00kg；
支链淀粉 1.80kg；
淀粉纳米晶 0.60kg；
氧化淀粉 0.60kg；
上述组分置于高速混合机中混合30min；
将上述混合物加至双螺杆挤出机加料漏斗中，再在挤出机滑块3中加入体积为混合物质量10%的纯水，控制螺杆转速为200转/分钟，经剪切、搅拌、捏合、熔融后挤出，其中各滑块设定的温度为：
滑块1：25oC
滑块2-3：100oC
滑块4-6：120oC
滑块7-9：140oC
滑块10-12：140oC
喷嘴：140oC
采用NDJ~5S数字式旋转粘度计测试60oC下的粘度为1050cps。
将自动薄膜涂覆机预热，然后使挤出物料涂覆于平板之上，厚度控制在0.5mm，经烘干制得淀粉膜。
利用流沿法在平整器皿表面成膜，利用电子万能机获得淀粉膜材料的拉伸强度为29.8Mpa。
实施例4
羟丙基羧甲基淀粉 40kg
增强剂 5kg，包括：
预胶化淀粉 1.75kg；
支链淀粉 1.75kg；
淀粉纳米晶 0.50kg；
氧化淀粉 1.00kg；
上述组分置于高速混合机中混合30min；
将上述混合物加至双螺杆挤出机加料漏斗中，再在挤出机滑块3中加入体积为混合物质量10%的纯水，控制螺杆转速为250转/分钟，经剪切、搅拌、捏合、熔融后挤出，其中各滑块设定的温度为：
滑块1：25oC
滑块2-3：90oC
滑块4-6：100oC
滑块7-9：120oC
滑块10-12：140oC
喷嘴：140oC
采用NDJ~5S数字式旋转粘度计测试60oC下的粘度为910cps。
然后将挤出物料冷冻干燥后送至切粒机上切粒成型，最后粉碎至所需粒度范围即可。
实施例5
羟丙基羧甲基淀粉 10kg
增强剂 1kg（即淀粉纳米晶 1kg）。
采用实施例1相同的方法制备。
实施例6
将实施5中淀粉纳米晶替换成预胶化淀粉，采用实施例1相同的方法制备。
实施例7
将实施5中淀粉纳米晶替换成支链淀粉，采用实施例1相同的方法制备。
实施例8
将实施5中淀粉纳米晶替换成氧化淀粉，采用实施例1相同的方法制备。
实施例9
羟丙基羧甲基淀粉 10kg
增强剂 1kg，包括：
支链淀粉 0.45kg；
淀粉纳米晶 0.55kg。
采用实施例1相同的方法制备。
实施例10
羟丙基羧甲基淀粉 10kg
增强剂 1kg，包括：
预胶化淀粉 0.55kg；
氧化淀粉 0.45kg；
采用实施例1相同的方法制备淀粉植物胶。
在研究过程，我们选择多种不同的增强剂，意外发现采用预胶化淀粉、支链淀粉、淀粉纳米晶和氧化淀粉共同作为增强剂时，其拉伸性能等性能超出了现有的预期，制得的片材性能明显提高，能够达到制备胶囊的要求。
表1 不同增强剂的成品片材的性能参数
Claims (8)
1.一种全淀粉植物胶，包括以两亲性复合淀粉为基质，以物理改性淀粉为淀粉胶增强剂，
按一定配比混合后，经挤出法制备而得，其制备方法的具体特征在于包括以下步骤：
a）以羟丙基羧甲基淀粉为基质，改性淀粉为淀粉胶增强剂，增强剂和淀粉基质按投料质量比1:4-10混合均匀；
b）在双螺杆挤出机内，在加热条件下加入步骤a）中的混合物，再加入a)中混合物质量5-15%的纯水，经剪切、搅拌、捏合、熔融后挤出成为一种热塑可加工的淀粉植物胶复合材料；
c）将步骤b）所得的全淀粉植物胶进一步经切割制成淀粉颗粒料或定型片材，或者进一步制成薄膜。
2.根据权利要求1所述全淀粉植物胶，其特征在于，所述的羟丙基羧甲基淀粉的是羧甲基淀粉经羟丙基化反应制得，具体包括以下步骤：
将食品级羧甲基淀粉置于耐压密闭反应器中，溶于一定量纯水后，加入催化剂四甲基氢氧化铵活化5-30分钟；
将环氧丙烷溶于异丙醇后，加入上述碱化羧甲基淀粉乳中，在高纯氮的保护下，加热反应一段时间；
反应结束后加入乙醇，经醇沉、离心洗涤、过滤后，冷冻干燥即得羟丙基羧甲基淀粉。
3.根据权利要求1所述全淀粉植物胶，其特征在于，所述的改性淀粉为经物理改性的预胶化淀粉、支链淀粉、淀粉纳米晶、氧化淀粉中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的全淀粉植物胶，其特征在于，所述改性淀粉以重量百分比计，由预胶化淀粉15-35%、支链淀粉35-55%、淀粉纳米晶5-15%和氧化淀粉10%-20%组成。
5.根据权利要求1所述的全淀粉植物胶，其特征在于，所述的双螺杆挤出机，其特征在于：
（1）挤出机的加热温度为80~140℃，且挤出机各个部分沿着螺杆的方向被加热成不同温度；
（2）挤出机螺杆的长径比为18，转速为150~300转/分钟，挤压压力为100-1000N/m2。
6.根据权利要求1所述的全淀粉植物胶，其特征在于，羟丙基羧甲基淀粉和改性淀粉所用的淀粉原料均优选为薯类淀粉。
7.根据权利要求1所述的全淀粉植物胶，其特征在于粘度为450~1500 cps。
8.根据权利要求1所述的全淀粉植物胶在食品、药品和造纸中的应用。
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