高直链淀粉的开发与应用

    一、高直链淀粉的发展过程
　　玉米和马铃薯的直链淀粉的构型主要呈线型是于1940年提出的，并在以后三年内得到证实。直链淀粉存有特定的结晶形态，即A型，B型，C型和V型结构。马尔切索（Marchessault）和其同事检测了B-直链淀粉的链构象，并认为B-直链淀粉属于螺旋型，每一螺旋周期中包含的α-D-吡喃葡糖基数为一正数，以测定B-直链淀粉的密度与每一单胞包含6个α-D-吡喃葡糖基，再加上3-4个水合的水分子的螺旋结构是相一致。
　　普通淀粉的线型多糖具有线型分子的通性，它能够形成结合区，部分结晶，形成薄膜，甚至形成高强度和柔韧的纤维。在许多重要用途中，直链淀粉具有近似纤维的性能。因此，1946年，R.L.惠斯特勒和一位遗传学家H.H.克莱默（Kramer）着手给玉米改性，其目的作物恰好与蜡性玉米的特点相反，这种玉米的淀粉中只有直链分子。它们了解到许多有关特殊基因对胚乳组成的影响，这两位研究工作者成功地把直链淀粉的含量从通常的25%提高到65%。在他们的研究工作将近结束时，其他人员加入到这项遗传学研究中继续工作；把直链淀粉含量增加到85%，通常含量达到65~70%，即具有商业价值。
　　美国培育含高直链淀粉的玉米杂交新品种，曾希望能由普通玉米品种的直链淀粉含量约27%提高到100%，大量种植加工成淀粉。现这项科研取得的成果被称为高直链玉米新品种，目前直链淀粉含量提高到了70~80%，美国农业已种植。工业上也加工成高直链玉米淀粉，价格较普通玉米淀粉稍贵。
　  高直链玉米淀粉中，直链淀粉含量为50~70%或更高，在食品淀粉领域内是较新的产品。高直链玉米淀粉具有抗润胀性，在一般的开口釜加工中，处理效果不理想，需要提高温度加热蒸煮。大多数加工都采用配有蒸汽喷头或表面清扫式热交换器的连续蒸器，还可以采用高压蒸煮，高温挤压和油炸。直链淀粉含量的增加，加速了淀粉的糊化生成的淀粉糊强度较高。这些性质用于糖果工业，使糖块成形稳定和完整。高直链淀粉的改性开辟了淀粉的新用途。
　　淀粉是价格最低，也是世界上资源最丰富的商品。大多数国家都能以较低成本生产淀粉，许多年来淀粉的平均价格给人以很深的印象，淀粉作为一种工业原料具有特殊的吸引力。高直链淀粉是淀粉中的其中一种，随着淀粉工业的迅速发展，也在逐步掘起，在不久的将来，将更广泛地应用到各个领域。尤其是塑料行业，高直链淀粉不仅是塑料工业属于更新的原料，而且还可使制品具有生物降解性。前景是十分广阔的。
　  二、直链淀粉与支链淀粉的分离
　　淀粉是成膜性和强度很好的直链淀粉与富于粘附性和稳定性的支链淀粉的复合物,它们有各自的特性，若将这两种成分分离开来，则在大多数情况下会有利于它们各自功能的发挥。尤其是对直链淀粉的分离，将来在强度接近玻璃纸的膜和作包膜剂方面的用途会比它在食品方面的用途更广泛。
　  1、Meyer等（1940年）的温水抽提法：
　　Meyer通过研究直链淀粉和支链淀粉结构差异，利用两者成分老化度的差别或利用润胀初期直链淀粉能溶出的性质，将直链淀粉与支链淀粉用温水抽提法分离开来。
　　具体操作：a.将脱脂的玉米淀粉配成2％浓度的悬浮液；b.将淀粉液加热至80℃（略高于淀粉的糊化温度）进行充分搅拌；c.然后在80℃时缓缓抽提。抽提物与碘的结合量如表2-1所示。如果抽提温度高，碘的结合量就降低，直链淀粉的纯度就下降。
　　2、Schoch的丁醇分离方法
　　该方法是淀粉通过和丁醇生成直链淀粉复合物而沉淀分离的方法。可以把沉淀剂丁醇看作是具有极性的有机化合物，是溶于水的，具有使直链淀粉沉淀的作用。通过控制试剂的添加量可以使直链淀粉按分子量大小进行分级分离。
　　具体操作方法：a.将充分脱脂的淀粉边搅拌边添加于热水中，调制成2%的糊液；b.将此糊液在1kg/cm2压力下120℃加热2小时，使糊分散均匀。糊液PH=5.9~6.3；c.加压蒸煮后，乘热离心分离除去不溶性物质，接着往此热的糊液里添加丁醇并搅拌之（丁醇用量要略大于室温时达到饱和所须的量）；ｄ.一边缓缓地搅拌，一边缓缓地冷却，使之能在约20~24个小时之间冷却到室温（在此期间形成了微晶状的直链淀粉—丁醇络合物）；e.将络合物用离心机离心分离并收集；ｆ.然后用含10%丁醇的水溶液进行重结晶。残留母液可用甲醇使之沉淀而得到支链淀粉。
　　如果不采用高压蒸煮的改良方法，可以用液氨使淀粉成为容易糊化的状态，即将淀粉用液氨处理15分钟后将它分散在热水中。
　　3、Bus等的盐析沉淀法
　  该方法是利用硫酸镁浓度和温度的不同，使水溶液中淀粉的两种成分的沉淀速度大大拉开这一特性而分离的方法。最先是由荷兰工业化的。马铃薯淀粉的直链淀粉成分在室温下用10％浓度的硫酸镁就能使之沉淀析出，而它的支链淀粉成分则必须用13％浓度的硫酸镁才能使之沉淀；如果硫酸镁浓度为13％，直链淀粉只能在80℃发生沉淀。
　　具体操作：a.将含有10％淀粉和13％硫酸镁的悬浮液加热到160℃，使之完全溶解，立即把它冷却到80℃；b.约经25分钟后直链淀粉析出，两种成分便得到了分离；c.将它们分别水洗、干燥，便得到直链淀粉成品。若加热时添加少量的亚硫酸或硫代硫酸盐，pH保持在6.5～7.0可以防止着色和解聚。此法可获得纯度为90％以上的两种淀粉成分。
　　4、酶法分离法
　　由于发现了假单胞杆菌属、乳杆菌属等中的某些菌株生产的异淀粉酶，才使这种方法能够实用。具体操作如下：a.用水把淀粉调成10～15％的乳；b.然后添加异淀粉酶，使之在45℃反应24～48小时；c.沉淀下来的长链直链淀粉以此分离出来（此淀粉是聚合度为300以上的长链直链淀粉）；d.再冷却到5℃，又可获得聚合度为15～50的短链直链淀粉。得率大约95％。此法的优点是不会伴生支链淀粉。选用高直链淀粉玉米为原料可提高长直链淀粉的得率，若选用糯品种淀粉玉米为原料则也可能全部制得短链直链淀粉。