一、小麥淀粉制品

    （一） 淀粉膜

    淀粉膜的研究在20世紀初就已開始，國外早在1930年就把淀粉膜應用于果蔬的保鮮；后來隨著研究的深入又把其應用于食品的包裝等領域。隨著人工聚合物-塑料的大量應用，由于這類塑料制品在自然界中分解十分緩慢（大約需要不200年）,"白色污染"問題越來越嚴重。人們把目光投向了淀粉與人工聚合物混合生產可降解塑料制品的研究，可降解淀粉膜就是研究的熱門之一。最初人們把淀粉與聚乙烯混合，可這種制品并不能完全經過進一步研究，把改性淀粉與新型可降解聚合物混合加工制成了完全可降解的塑料制品。目前這種完全可降解的塑料在國外已進入實用階段，淀粉的添加量達到60%以上。我國在生物降解性材料方面的研究始于20世紀80年初，在農用膜方面的研究比較多，已有研究成果的報道。可降解淀粉膜的研究正在向實用性方向發展。淀粉及其衍生物具有膜性，當淀粉糊在光滑的平面上干燥時，就會形成淀粉膜。膜的性質取決于所用淀粉的種類及化學取代物的性質。一般馬鈴薯淀粉和木薯淀粉膜比谷物淀粉所成膜的強度、柔韌性、透明性和光澤都好；谷物淀粉糊在干燥過程中會發生凝沉，膜的性質有所下降；因而馬鈴薯和木薯淀粉更有利于作為造紙的表面施膠劑，紡織的棉紡上漿劑以及膠黏劑等。改性淀粉的成膜性和所成膜的性質和所成膜的性質比未改性淀粉好；因為淀粉經過合適的改性后，膜的強度、柔韌性、透明性和光澤都有所提高；并且能與天然或人工聚合物更好地融合，從而使膜的抗張力性、塑性及生物降解性等性質大大提高。不同淀粉膜的性質見表3-1.

    表14-6 不同淀粉膜的性質對比

    項目 玉米淀粉 馬鈴薯淀粉 小麥淀粉  木薯淀粉  蠟質玉米淀粉

    透明度 低高低高高

    膜強度  低高低高高

    柔韌性低高低高高

    膜溶解性 低高低高高

    淀粉膜主在應用于表面施膠、可食用膜和可降解復合塑料膜等。所謂表面施膠，就是把施加到紙或其他表面，使纖維與其粘連，并在其上附著一層近乎連續的薄膜的方法。施膠有多重意義，不止是增加紙的抗水性，在大多數情況下，是為了增加紙的表面強度，并獲得良好的施膠性能；此外還能提高耐破度、耐折度、抗張力、平壓強度、抗分層強度、環壓強度等紙張物理強度指標；有些表面施膠還能賦予紙張抗酸抗堿等特性。目前表面施膠用淀粉多數來源于玉米，其次是木薯、馬鈴薯、小麥等。而絕大多數是經過物理或化學方法變性處理的變性淀粉。由合適的淀粉做成的膜還開發并利用在一系列的食品中，例如用于蛋糕的包裝，烘焙食品表面的光滑處理以及蜜餞的包被。可降解復合塑料膜是近幾十年者發展起來的，由于各種淀粉來源廣泛，價格便宜，又是一種可再生資源，且把淀粉與人工聚合物混合加工作為被膜材料具有生物可崩解性或生物可降解性；可解決環境污染問題，有著廣闊的應用前景。

    人工聚合物通常加入到淀粉糊中，以改變其物理及機械性能；而淀粉加入到人工聚合物中可以降低成本并提高其生物可降解性。但是淀粉和人工聚合物的混合物是不易相溶的，可以通過淀粉和高聚物的嵌段及接枝復合使其相溶性大提高。

    利用復合淀粉與聚合物混合制成淀粉塑料，從機理上說，是高聚物共混。高聚物相互間的互不相溶，常常是制備優良共混物的不利因素。可以加入一種或幾種相溶劑和助劑，以改變高聚物的互溶力。作為相溶劑，一般是某些嵌段或接枝共聚物；把相溶劑加入到淀粉與聚合物的混合物中，在一定條件下進行反應，即可制備出有較好互溶性的共混體，在兩種高聚物間形成了離子鍵。因此，可以說這里的淀粉在塑料中并非僅僅起填充作用，而是在一定條件活化了淀粉與塑料中的羥基，使之成為相溶高聚物共混體。

    這一反應在工藝上采用混煉機在一定條件下操作。這樣淀粉與聚合物混煉過程中，在強烈的機械力作用下，聚合物分子即可能被斷裂為大自由基，進而進行了上面所述的反應。

    用這種方法制備的加工原料用流延法或吹塑法制成薄膜，具有部分生物降解性；其各方面技術指標超過、達到或接近同類塑料制品。

    近來，國外積極研究可與淀粉互溶聚合物，以解決淀粉和人工聚合物的混合物不易相溶、不易降解這一難題。已有研究表明，一種新的聚合物-聚羥基酯醚（PHEE）與淀粉有很好的相溶性，含有60%淀粉的PHEE能耐超過30Mpa的張力；對斷面進行SEM檢測發現，發生在淀粉之間的斷裂比淀粉與PHEE之間的多，這足以證明淀粉與PHEE的相溶性是很好的。

    淀粉膜的研究已進行了很多，并且在不斷前進，目前研究的熱門主要是可降解淀粉聚合物復合膜，但還有很多不足之處。今后，隨著研究的深入，可降解膜的性能會不斷提高，價格了有所下降。

    （二） 淀粉凝膠

    淀粉凝膠是具有黏彈性質的凝膠淀粉的水分散體。它是一種非晶體膠體結構，由熱糊化淀粉在室溫下靜置冷卻，貯存所形成的剛性結構體。凝膠化是糊化淀粉在冷卻貯存時由液態糊轉化成可變形的半固態結構體的過程。從微觀形態上講，凝膠化出現在淀粉糊水合及溶水的直鏈淀粉相互連接形成三維網絡過程中。從某種意義上可以說，淀粉糊本身就是凝膠的前期結構。一般而言，淀粉形成具有一定強度凝膠的能力與直鏈和支鏈淀粉比例有關。直鏈淀粉含量越高，越容易形成淀粉凝膠，而且凝膠強度大。支鏈淀粉含量越高，越不容易形成淀粉凝膠。因為凝膠是由淀粉內部分子之間相互以氫鍵作用而成，在液態條件下直鏈淀粉很容易彼此相互作用緊密，形成氫鍵而凝膠化。而支鏈淀粉由于其分支性太強，彼此間相互干擾，不易形成緊固的凝膠結構，但某些大的支鏈淀粉較長的側鏈也可能以氫鍵連接，對淀粉凝膠化起一定的作用。蠟性淀粉不形成凝膠，這與它們的高支鏈淀粉含量有關。支鏈淀粉發生凝膠作用的速率比直鏈淀粉要緩慢得多，而且需要一個較高的濃度。支鏈淀粉凝膠柔軟，在溫度為50-80℃之間就可能產生熱逆變，而一般的堅固的彈性凝膠體可能需要高達115-120℃的溫度才能使凝膠作用反向轉變。當淀粉凝膠增強，就有可能出現老化現象，這時水分被擠出凝膠體，淀粉因沉淀析出或由濃縮而逐漸成為非可逆的不溶性水分散體，破壞了凝膠結構。研究表明，當淀粉糊濃度較稀，且在同樣濃度條件下，約在63-66℃的范圍內淀粉不太容易發生凝沉現象，而小于63℃和大于66℃時都是凝沉的敏感溫區。PH值5-7之間凝沉速度快，其余范圍速度較低。淀粉糊濃度很高（如小麥淀粉糊濃度大于7%）冷卻時，很快凝結成半固體的凝膠，也是由于凝沉的作用。根據老化機理可以說，淀粉老化和凝膠具有相同本質，它們都是因為糊化淀粉分子之間由于氫鍵作用，有序排列形成的，而且均是直鏈淀粉起很重要的作用。從淀粉糊老化后可以形成凝膠這一客觀事實以說明這一點。

    1.凝膠剛性的形成是由于淀粉糊的團粒膨脹，溶解了分子間的粘接，分子相互重締結形成物理交聯使淀粉湖具有一定的黏性。剛性可被視為是施加的應力被貯存在淀粉糊中并未消失而引起的。以下關系式表明了淀粉剛性演變的遞減生長模式。

    E=A-Be-t/T

    式中： E-剛性106dyn/cm2（1dyn=10-5N）

    A-最后剛性106dyn·（cm2）-1

    B-剛性變化的量度106dyn·（cm2）-1

    t-速率常數

    T-時間常數

    從公式和大量的數據表明，對凝膠剛性最主要的影響是淀粉對水的比例，剛性隨水量的減少而提高。對淀粉-甜味劑-水的研究顯示，加入果糖，淀粉結晶速度明顯加快；加D-果糖、D-葡萄糖、蔗糖的小麥淀粉與未加甜味劑的淀粉相比，其剛性發展時間常數為40、54、63、64.這主要是因為在低溫老化過程中，果糖與水的結合強度相對最大程度地減少了淀粉水合的有效水量。因此，其剛性最大。

    2.淀粉凝膠強度是淀粉凝膠抵抗其結構被破壞的能力。可以測定凝膠的滲透力和抗壓力來測定凝膠強度。在食品工業中，有以下兩種方法測定凝膠強度。

    （1）勃魯姆（bloom）法。bloom法被廣泛使用，這種方法在不破壞凝膠結構條件下，測定探頭刺入距凝膠表面4mm深度時探頭的偏轉力，結果顯示在bloom法一般用于軟凝膠測定。

    （2）圓柱（cylinder）法。這種方法用于非常堅固的剛性體。從凝膠中取一塊圓柱體，置于兩塊平板中收壓，直至凝膠體結構破壞，測定壓力值。

    另外，還有稠密度計法和英斯特朗張力試驗機可用于強度測定。

    影響淀粉凝膠的因素有以下幾個。

    ①糖類 在低于糊化溫度時加一定量的糖在淀粉乳中，將降低糊的黏度和膨脹率以及凝膠的強度。這主要是因為糖分子與淀粉分子爭奪水分子，同時了干擾淀粉分子內部氫鍵的形成，不同的糖類影響的程度有所差異。

    ②鹽類 在食品行業，鹽類的應用相對較少，各類鹽離子對淀粉作用各不相同。

    ③類脂類及表面活化劑 不同的脂類化合物（如甘油單酸酯和甘油三酯）以不同的方式影響淀粉及其衍生物。在實際應用中，我們要選擇恰當的脂類及表面活化劑。

    淀粉凝膠在現代工業中有著很重要的作用，這一點在食品行業中尤為明顯。在食品工業中凝膠有很多用途，但最主要的一點是作凝膠劑。糖果制造者利用高直鏈淀粉快速形成凝膠結構的特性，組織理想的產品結構。采用這種方法，可以減省產品生產時間，可以提高產品的硬度，且因為高直鏈的原因，有優秀的成膜性，有利于保存產品。利用凝膠的這個特性，可以生產布丁等食品。

    除食品工業外，凝膠了有很多用途。例如，在醫藥行業、化工行業等。其中淀粉凝膠電泳是一個較明顯的例子，淀粉凝膠電泳技術已經廣泛地用于基礎理論研究、臨床診斷及工業制造等方面。例如用淀粉凝膠對流免疫電泳分析病人血清，為早期診斷原發性肝癌提供資料；用高壓電泳分離肽段，研究蛋白質一級結構。凝膠電泳技術在分離分析酶、蛋白質、核酸等生物大分子方面具有較高的分辨力，為生物化學、分子生物學的發展做出了重大貢獻。