4 淀粉的糊化方式
前已述及,只有当淀粉颗粒破裂后内部的分子向四周延展扩散,淀粉才能进行糊化。淀粉主要有下面几种糊化方式:
(1) 间接加热法
这种方法是最原始和普遍使用的。普通家庭通常采用蒸煮等传统加热方法使淀粉溶液温度升高,达到颗粒膨胀的极限而使之糊化。工业上则通常采用锅炉加热的方式升温。但是这类加热方式能源利用率不高,在石油煤等有限资源不断减少的今天,显然这类传统的方式需要改进甚至淘汰。
(2) 通电加热法
该方法是食物加工行业目前普遍使用的一种加热方式。在食物的两端通电,使电流通过食物,在这个过程中加热食物[34]。该方法是将淀粉-水的悬浊液当做通电回路中的导体。具体的做法为:在淀粉-水的悬浊液液中插入通入交流电的电极,由于该悬浊液导电性能不佳,所以需要事先加入少量强电解质增强导电性,常用的为食盐。现阶段,采用通电加热技术进行淀粉的糊化在国内尚处在探索研究阶段,但是该方法能源利用率比传统方式高,是未来发展的方向之一。
(3) 高压下糊化
这种方法是指淀粉-水悬浊液在固定的压力下(通常情况下大于500~600MPa)进行的糊化,也有在1000MP下的超高压的糊化。研究表明,高压可以均匀地作用在淀粉的结晶结构,第一次高压对淀粉晶体的结构破坏显著,再次高压影响则小得多,高压能将长链的淀粉分子变短,提高淀粉糊化程度,而且高压的能源利用率较高。虽然有这么多的优点,但是由于要达到高压条件所需的设备装备不仅体型巨大而且价格较高,使用成本高以及高压的危险性使得这种方式并不被普遍使用。
(4) 其它方法
此外,其他学者还发现,淀粉分子之间的氢键还能被多种非水溶剂所破坏,这些非水溶剂或者还能和淀粉形成具有可溶性的混杂悬浊物,进而使淀粉糊化[35],比如乙醛,双氧水,液氨等。国内学者张俐娜[36]等人基于氢键理论研究了以水为溶剂的低温溶解技术,并提出机理,创新出高分子化合物在低温溶解的新手段,解决了传统手段中需要加热的弊端,是一种绿色节能的新技术,对推进淀粉低温糊化具有积极的意义。
5 低温糊化
目前,有关于淀粉在低温条件下糊化的探究并不多,相关的文献也少有发表。仅从现有的研究中,发现有较多的原因能够对淀粉的糊化温度产生影响,下面列举出几个:
(1)淀粉自身性质的差异,主要是指淀粉分子结构中直链淀粉和支链淀粉的数量比例和淀粉的相对分子质量。支链含量高的淀粉内部排布庞杂,结构疏松,分子间相互作用力较弱,而相对分子质量比较大的淀粉的颗粒也较大,分子内结构也较为松散,破坏氢键所吸收的能量较少,因此糊化的温度较低。
(2)不同添加剂对糊化温度产生不同影响,可分为糊化促进剂和糊化抑制剂。陈忠祥[37]研究发现,碱性物质能够降低淀粉的糊化温度,OH—的存在能使淀粉分子间的氢键裂解,从而促进分子与水的结合。张田力[38]发现大部分的无机类强电解质能够阻碍淀粉糊化,使淀粉的糊化温度升高。另外,脂类和亲水性强的高分子也不利于淀粉糊化。
(3)淀粉通过改性处理后糊化温度发生变化。物理改性,如高温、高压、粉碎等处理过的淀粉,由于破坏了淀粉内部结构,糊化温度也发生改变。化学改性,如酯化、醚化等,赋予淀粉分子新的基团,进而改变了糊化得温度。
6 前景展望
在传统三醛胶的生产原料过度依赖石油产品的今天,传统胶黏剂行业的发展势必会受到石油日益枯竭事实的限制,而淀粉由于其来源广泛、天然、可再生、无毒和价格低廉等优点和人们逐渐加强的环保意识,发展以淀粉为原料的胶黏剂代替以传统石油产品为原料的三醛胶势在必行。随着研究以淀粉为原料的环保胶黏剂的学者不断涌现,相信他们的工作将不断提升淀粉胶黏剂的性能。而对于低温糊化淀粉胶黏剂的制备及应用的研究,对于节能降耗有着重要的意义,应用前景必将十分广阔。