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羧甲基淀粉
羧甲基淀粉

羧甲基淀粉是改性淀粉的代表产品,是醚类淀粉的一种,是以小麦、玉米、土豆、红薯(任何一种均可)等淀粉为原料,经物理、化学反应精制而成。羧甲基淀粉可部分的替代羧甲基纤维素(CMC)的应用,它是能溶于冷水的高分子电解质。首次制成羧甲基淀粉是在1924年,1940年已工业化生产。它无味、无毒、不易霉变、当取代度大于0.2以上时易溶于水。它是一种无毒无味的白色或浅黄色粉末状固体,能迅速溶于冷热水中,形成无色透明胶状液,黏度高,而且对光、热皆稳定,具有极好的分散力、结合力、吸湿性及乳化性(其水溶液可作油/水型或水/油型乳化剂,对油和蜡质均有乳化能力),但不溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂。羧甲基淀粉属天然食品,对人体无害,能被人体α-淀粉酶分解,具有生物可消化性,易被人体吸收,同时还可抑制肿瘤增长且增加免疫力,无环境污染,是环保型产品。

羧甲基淀粉通常的产品是其钠盐,即淀粉乙酸钠。在日本被指定为食品添加剂,德国叫做超支链淀粉。

羧甲基淀粉基本参数

产品名称羧甲基淀粉产品别名羧甲基淀粉钠
英文名称Carboxymethyl starch sodium、CMS 产品性状白色或浅黄色粉末状固体
分子式[C6H7O2(OH)2OCH2COONa]n产品原料小麦、玉米、土豆、红薯等淀粉
性质溶于冷热水中,不溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂应用领域食品、医药、工业等

一、食品级羧甲基淀粉钠

羧甲基淀粉可作为品质改良剂,在食品工业中可作为增稠剂、稳定剂、保水剂和果蔬成膜剂等,改善产品性能提高产品质量。用于面包和糕点加工,制成品具有优异的形状,色泽和味道,并能延长保存期。用于果酱、沙司、肉汁等食品中,可使其平滑、稠浓、透明。在饮料和乳制品中适量加入羧甲基淀粉,可增加其稠度和细腻性。羧甲基淀粉还可作为乳化稳定剂用于生产冰淇淋。

1、用于色拉调味汁中,主要起到增稠作用,在酸性PH条件和均化过程产生的高剪切力下仍能保持所需黏度。

2、用于蒸汽灭菌的罐头食品中,能使罐头食品开始时黏度低,传热快,增温迅速,利于瞬时灭菌和灭菌后增稠,以赋予其悬浮性和组织结构的化学性能。

3、用于冰淇淋中,它比海藻酸钠、CMC等其他增稠剂具有更好的稳定性,改善了制品均一性,冰粒小、组织细腻和可口性好,增加冰制品酥脆性。用于果茶中,口感好,产品性能稳定,透明度好,不挂壁。

4、用于果汁、奶或乳饮料中,可以保持产品的均匀稳定,防止奶蛋白的凝聚,能长期、稳定地贮藏而不腐败变质,是很好的稳定剂。

5、用于方便面中,可增强筋力,口感细腻,节油,色泽光亮,香味持久。

6、用于肉汁及肉制品中,可改善口感,提高水贮量,增加弹性。

7、作为食品保鲜剂,能保持食品的鲜嫩,延长货架期。利用羧甲基淀粉稀释水溶液喷洒到肉制品、蔬菜、水果等食品表面,可形成一种极薄的膜,能长期储存食品,保持食品的鲜嫩,是很好的保鲜剂。

8、作为食品的乳化剂、稳定剂、增稠剂、悬浮剂及保水剂,可显著提高食品品质及风味。

二、医药级羧甲基淀粉钠

在医药中,羧甲基淀粉主要用作固体制剂的粘合剂和崩解剂。这是由于结构上具有亲水性的羧甲基及羧甲基钠,具有超强吸水性(可达原体积200倍)及快速吸水膨胀的作用,能很快将完整的固体制剂崩解为细小颗粒或粉末,增加主成分溶出效果,有利于被身体快速吸收。

在加速片剂崩解的同时,具有可压性,可改善片剂的成形性,增加片剂的硬度而不影响其崩解性。因此,我国1990年版《药典》已将羧甲基淀粉确认为药物的赋形剂。

羧甲基淀粉钠可用于崩解如片剂、糖衣片、膜衣片、颗粒剂、胶囊剂、缓控释出胶囊剂和中药制剂等,其药理性能优于天然淀粉、糊精及CMC;还可作为膏药、软膏、药丸和片剂的基粒,粘合剂、液体药剂的助悬剂,以及肿瘤抑制剂、代血浆、内血管给药媒剂和分离剂等。

三、造纸级羧甲基淀粉钠

羧甲基淀粉在造纸工业中用作胶料,可提高纤维留着率和纸张强度。羧甲基淀粉用作纸浆匀化剂、纸张表面施胶剂和造纸填充剂,可明显提高纸张干、湿强度,抗撕裂强度,耐油性,吸墨性和抗水性。羧甲基淀粉还可用作造纸黑液的絮凝剂,餐巾、棉塞及婴儿尿布等保洁用品的吸收剂。在以竹质取代木质造纸后将大量使用羧甲基淀粉。

四、陶瓷工业级羧甲基淀粉钠

用作坯料粘合剂,可提高陶土的可塑性,在陶瓷釉料中在可改善釉浆流动性,增加釉面的平滑度,提高釉面质量。

五、日化工业级羧甲基淀粉钠

1、在化妆品工业中,羧甲基淀粉作为固定水分或在水中可膨胀的胶料,取代其他水溶胶,作为胶合剂、增稠剂、胶体稳定剂,用于抗粉刺药物制剂的制造及皮肤清洁剂的制造。

2、在牙膏中,用作粘合剂、增稠剂。

3、可作为多功能洗涤助剂,羧甲基淀粉可用于洗涤剂配制。它能很好地封闭重金属离子,具有良好的悬浮、分散以及防止固体污垢再沉淀的能力。可生物降解,不污染环境。

六、石油工业级羧甲基淀粉钠

羧甲基淀粉可用作石油钻探时的泥浆稳定剂和降失水剂,以保护油层不受泥浆的污染,而且具有携带钻屑及使泥浆致密的作用。这是由于它既可作为增稠剂和粘合剂,也可作为保护胶体使用,一方面利用和发挥其乳化性,另一方面是其高分子化合物所具有的较高黏度发挥了作用。实践证明,羧甲基淀粉是性能优于CMC的降失水剂。

七、印染工业级羧甲基淀粉钠

在纺织工业中,羧甲基淀粉主要用作经纱上浆的粘附性浆料。这是由于羧甲基淀粉黏度较高,对天然纤维有较高的粘附性,稳定性较高,吸湿性稳定,可使浆纱在织造过程中避免因车间温度和湿度的波动而发生质量变化。由于羧甲基淀粉与水溶性高分子化合物聚乙烯醇、丙烯酸类有良好的混溶性,常将这类混合浆用于涤棉等混纺布的上浆。因此,羧甲基淀粉可应用于中、细号棉纱、涤棉、荣麻纱、亚麻纱以及精梳毛纱的上浆。羧甲基淀粉用作印花增稠剂时,可使浆料具有更大的黏性和塑性,使染色更加固定和鲜艳。甲基淀粉是纺织业经纱上浆、印染粘合及后道整理加工的理想浆料,具有黏度高、粘合力强、成膜性好、浆膜柔韧、浆液渗透性好等优点,适合织机高速化和织物高档化的要求。

八、典型产品增稠剂

在涂料中,可作为防沉剂、乳化分散剂、增稠剂、平滑剂、流平剂、粘合剂,也用于油灰中。在橡胶工业中,可作为乳胶的稳定剂。在铸造工业中,可作为砂型和砂芯的粘合剂。在选矿中,可作为浮选药剂。用于提炼有色金属如铜、镍时,可增加浮选效率。在污水处理中,可作为重金属去除剂。还应用于电焊条、印刷、烟草、皮革、塑料等数种行业中,作为稳定剂、上浆剂、成膜剂、保水剂,有“工业味精”之称。

综上所述,目前羧甲基淀粉市场前景非常广阔。

三、羧甲基淀粉羧甲基淀粉发展现状及存在的问题

由于羧甲基淀粉的性能优良、成本较低,已在许多工业部门得到应用。近20年来,国外淀粉深加工业发展十分迅速,品种有4000余种。由于羧甲基淀粉广泛的用途,近几年,世界主要工业国家的研究部门和工商界均对羧甲基淀粉予以很大关注。目前,国外羧甲基淀粉年产量达600万吨,已占淀粉总量的50%。我国是淀粉产量大国,但淀粉深加工工业却极为落后,到目前为止,其品种只有几十种,羧甲基淀粉年产量不足10万吨,而实际需求量却在50万吨以上。目前,全国只有沈阳、浙江、山东、徐州等省市的几个厂家生产羧甲基淀粉,总产量不过5000吨。据统计,全国仅医药级和食品级约需0.5万吨,市场缺口相当大。目前,羧甲基淀粉低粘度、中粘度产品的研究水平生产技术和产品质量已基本成熟;但高粘度羧甲基淀粉产品的工业化生产在国内还基本处于空白状态,质量稳定性与国外产品有较大的差距,人均消费量与日本及欧美国家相差甚远。高粘度羧甲基淀粉产品的工业化生产在国内还基本处于空白状态,质量稳定性与国外产品有很大的差距。

目前羧甲基淀粉的合成主要存在的问题

1、羧甲基淀粉的生产厂家生产水平参差不齐,其中众多小厂生产设备简陋,缺少技术力量,产品不稳定,限制了应用范围的拓宽。

2、缺乏针对性研究,难以开发出符合某一应用领域的产品,限制了科研、生产、应用一体化的实现。需进一步改进羧甲基淀粉的应用性能,如耐热性、稳定性、耐盐性、耐酸性以及抗霉变性等。

3、我国是农业大国,具有原料来源丰富、价格低廉等优点。若以甲醇为溶剂对人体的侵害较为严重,大量使用不利于环境保护和人体健康。需寻找更优良的有机物做溶剂,根据有机溶剂的优点,可以使用两种或两种以上的混合有机物作为溶剂。而且现用的几种交联剂存在一定的缺陷,如环氧氯丙烷、三氯氧磷等有毒,易于挥发,对反应装置要求严格;三偏(或六偏)磷酸钠对pH值非常敏感。针对淀粉的来源及不同用途,研究其相应的制备工艺,拓宽加工渠道,提高农产品附加值,促进农业良性发展。

羧甲基淀粉羧甲基淀粉的制备合成问题

1、干法和半干法合成的羧甲基淀粉取代度不高,而且取代基分布于颗粒的表面,产品的溶解性能差;湿法合成时,醚化剂利用率低,淀粉易糊化;溶剂法合成时,需要回收溶剂,提高了生产成本。

2、在溶剂法中,异丙醇的价格较高;甲醇对人体的侵害较为严重,大量使用不利于环境保护和人体健康;丙酮沸点低,易挥发,不易回收。提高羧甲基淀粉的粘度,如交联,但所使用的交联剂中环氧氯丙烷、三氯氧磷有毒,易挥发,对反应装置要求严格。

3、根据淀粉来源和羧甲基淀粉应用领域的不同,缺乏针对性的研究,难以开发出符合某一领域的羧甲基淀粉产品。

4、实际应用中,由于羧甲基淀粉糊液粘度不够稳定,限制了羧甲基淀粉应用范围的拓宽。

未来研究工作应着重从以下几个方面着手

1、试图寻找一种介于干法和湿法之间的方法,开发出用较少的溶剂生产出较高粘度的羧甲基淀粉产品。加强对羧甲基淀粉取代基分布情况的研究。

2、寻找更优良的有机物作溶剂。根据有机溶剂的优点,可以使用两种或两种以上的混合有机物作为剂。

3、进一步加强对复合变性的理论研究;在交联羧甲基化复合变性中引入新的性能优良的交联剂(如价廉而性能优异的N-经甲基化合物),从而改进羧甲基淀粉的应用性能。

4、针对淀粉的来源及不同用途,研究其相应的制备工艺,拓宽加工渠道,提高农产品附加值,促进农业良性发展。

5、进一步改进羧甲基淀粉的应用性能,如耐热性、稳定性、耐盐性、耐酸性以及抗霉变性等。

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