CN106188642A - 一种基于改性淀粉的植物胶及其制备方法及用途 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于改性淀粉的植物胶，以40‑90份的改性淀粉、3‑30份胶凝剂、2‑20份增塑剂、2‑20份聚合物、2‑20份植物纤维、10‑50份去离子水和1‑15份交联剂为原料，混合后在20‑120℃反应10‑200min，经捏合、挤出、切割工序制成植物胶。本发明通过淀粉与聚合物或高分子进行复配共混或接枝共聚等方法克服原有淀粉存在的可塑性差、拉伸强度低、易碎和高分子存在的不易降解、不可再生等缺点，提供一种可降解、可再生、成本低、可塑性好、热稳定和抗老化的淀粉植物胶，其制备方法控制挤出温度、螺杆转速、切刀转速和粒料冷却，使粒料不发生粘粒，颗粒尺寸均匀，塑化较好。应用于可降解塑料、胶囊、食品药品包装包材等相关产品。

Description

一种基于改性淀粉的植物胶及其制备方法及用途

技术领域

本发明涉及一类改性淀粉植物胶及其制备方法，该植物胶可应用于食品、药品的包材包装工业技术领域。

背景技术

淀粉是一种重要的基础工业和食品工业原料，由葡萄糖分子聚合而成，它是碳水化合物最普遍的储藏形式。天然淀粉分为直链淀粉和支链淀粉两类。直链淀粉含几百个葡萄糖单元，在天然淀粉中占20%-26%，为无分支的螺旋结构，具有可溶性；支链淀粉含几千个葡萄糖单元，具有高度分支结构，溶解性较差。淀粉可以由大豆、小麦、玉米、木薯、马铃薯、甘薯、大米等农作物制得，因此，淀粉具有廉价易得，可再生，可生物降解、污染小等一系列优点，符合环境保护和国家可持续发展战略。淀粉也因此广泛应用于造纸、纺织、胶黏剂、制药、化妆品、洗涤剂、超吸水材料、水处理絮凝剂等领域。在食品工业中，淀粉多用于增稠剂和稳定剂，以增强食品口感，但是由于淀粉存在一定的缺陷，如在冷水中不溶、淀粉糊黏度不稳定、易发生凝沉等，特别是在低温和冷冻食品中，容易发生凝沉失水而影响食品的品质，因此应用受到一定的限制。

在基础工业领域，淀粉作为可再生资源而受到国际社会的青睐。广泛应用于可降解塑料、纺织、石油、医药、造纸等领域。然而天然淀粉具有很强的分子间相互作用力，因此天然淀粉有难溶于水、难溶于油脂、糊化温度高、易碎、易凝沉、透明度低、成模型差、乳化性能差等缺点。为了解决上述缺点，国内生产厂家通过酸解、氧化、醋酸化、交联化等方法对淀粉进行改性，在淀粉中引入疏水基团以破坏分子间氢键，从而克服了淀粉分子间强的相互作用力，使得淀粉的力学性能有了较大的提高。随着科技与工业技术的发展，简单的淀粉改性已经不能满足不同材料对其力学性能和加工性能的要求，因此，更好力学性能与加工性能的淀粉复合基质势必会得到更好的发展和应用。

在胶囊和软胶囊技术领域，明胶由动物皮肤、骨骼、肌膜或肌魅等结缔组织中的胶原通过化学反应发酵而成，其过程中添加大量的化学成份，且生产过程中难以避免原料发霉，腐烂，动物携带的病菌也很难清除，从而危害消费者的建康。2012年，以工业废皮为原料制作的明胶导致大规模铬超标引发了我国的“毒胶囊”事件，加剧了消费者对明胶胶囊和软胶囊的抵触。明胶胶囊和软胶囊本身存在如易于滋生微生物，易吸潮，环境湿度低则易碎，环境湿度大则易于发生粘连诸多缺点。此外，随着全世界动物源传染性疾病如疯牛病、禽流感、蓝耳病、口蹄疫等的接连爆发，国际社会越来越担忧动物制品的安全性。其实国际社会一直在寻找明胶的替代品。美国FDA较早前发出指引，希望在近几年内,在美国市场上植物空心胶囊的市场占有率达到80%。由于淀粉价格低廉易得，以其制备胶囊具有很大的潜力。国内诸多厂家也纷纷对淀粉胶囊可行性展开研究，但由于淀粉分子间易于形成很强的氢键，淀粉膜缺乏韧性而易碎，难以制得强度高，耐填装的胶囊。

在塑料加工制作领域，聚氯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚甲基丙烯酸酯、聚甲醛树脂等塑料的广泛应用给生活到来了种种便利，但由于高分子塑料制品难以降解造成了严重的白色污染。随着我国经济的快速发展，塑料工业规模逐渐扩大，塑料制品也应用到越来越多行业，因此而产生的塑料垃圾也逐年增多。剧专家推算，塑料制品的降解需要200年-1000年时间甚至更长。现在塑料的处理方法如焚烧、填埋和回收利用等方法难以从根本上解决问题，不能满足人们低碳环保的要求。此外，塑料制品的原材料来自于石油天然气等不可再生资源，不符合国家可持续发展战略。随着石油天然气等资源的逐步开采和消耗，可降解塑料将成为必然的选择。发达国家已投入大量人力物力到可降解塑料的研究开发中来，如美国的Metabolix公司、日本的Kaneka公司、巴西的PHB Industrial公司等，目前研发销售的可降解塑料存在一定的问题而限制其应用，如原材料成本过高、力学与加工性能不理想、生产工艺过于复杂、降解时限太长等。这几家公司可降解塑料年产量只有几万吨，存在着巨大的提升空间。

发明内容

本发明针对淀粉自身存在的缺陷，通过在淀粉分子上引入疏水基团及对淀粉进行改性，从而克服了淀粉分子间强的相互作用力，添加复合植物质胶凝剂构建三维网状结构，起到了增韧增强的作用，在此基础上将淀粉及其衍生物作为复配物与可降解的高聚物共混、接枝共聚等方法制备得植物胶，具有可降解、可再生、成本低、可塑性好、成模型好、热稳定和抗老化等优点，可应用于生物可降解塑料、胶囊壳、食品药品包装包材等相关产品。

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种基于改性淀粉的植物胶，以40-90份的改性淀粉、3-30份胶凝剂、2-20份增塑剂、2-20份聚合物、2-20份植物纤维、10-50份去离子水和1-15份交联剂为原料，混合后在20-120℃反应10-200min，经捏合、挤出、切割工序制成植物胶，再根据需要制作成颗粒、片材或薄膜；

所述可食用改性淀粉选自木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯、大米淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉和豌豆淀粉中的一种或几种；

所述胶凝剂选自卡拉胶、果胶、魔芋胶、琼脂胶和阿拉伯胶中的一种或几种；

所述增塑剂选自壳聚糖、木糖醇、山梨醇、甘露醇、丙二醇、甘油、果糖、蔗糖、海藻糖、氯化钾、氯化钙、氯化钠和醋酸钠中的一种或几种；

所述聚合物选自聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚-β-羟丁酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨基葡萄糖、聚碳酸酯中的一种或几种；

所述植物纤维选自不同取代度以及粘度的羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙甲基纤维素、羟丙羧甲基纤维素中的一种或几种。

上述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，按以下步骤制取：将原料按比例称取，加入高速搅拌机混合，加热升温至20-120℃反应10-200min后经单螺杆或双螺杆捏合挤出机挤出再切割，即得淀粉植物胶进而加工成颗粒、片材或薄膜。

上述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，直径65mm的单螺杆挤出机温度依次为80~100℃、100~110℃、110~120℃、120~130℃，螺杆转速为20~30r/min，粒料不发生粘连。

上述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，直径51~150mm的双螺杆挤出机温度依次为60~90℃，90~110℃、110~130℃、130~150℃，螺杆转速为15~20r/min，粒料不发生粘连。

上述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，切割工序中的切刀转速调整到颗粒料长度3~4mm。

上述的一种基于改性淀粉的植物胶的用途，应用于生物可降解塑料、胶囊壳、食品药品包装包材相关产品。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明通过淀粉与聚合物或高分子进行复配共混或接枝共聚等方法以克服原有淀粉存在的可塑性差、拉伸强度低、易碎和高分子存在的不易降解、不可再生等缺点，提供一种可降解、可再生、成本低、可塑性好、热稳定和抗老化的淀粉植物胶，其制备方法主要控制挤出温度、螺杆转速、切刀转速和粒料冷却，使粒料不发生粘粒，颗粒尺寸均匀，塑化较好。可应用于可降解塑料、胶囊、食品药品包装包材等相关产品。

具体实施方式

以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于改性淀粉的植物胶及其制备方法及用途具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

一种基于改性淀粉的植物胶，以40-90份的改性淀粉、3-30份胶凝剂、2-20份增塑剂、2-20份聚合物、2-20份植物纤维、10-50份去离子水和1-15份交联剂为原料，混合后在20-120℃反应10-200min，经捏合、挤出、切割工序制成植物胶，再根据需要制作成颗粒、片材或薄膜。

所述可食用改性淀粉选自木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯、大米淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉和豌豆淀粉中的一种或几种。

所述胶凝剂选自卡拉胶、果胶、魔芋胶、琼脂胶和阿拉伯胶中的一种或几种。

所述增塑剂选自壳聚糖、木糖醇、山梨醇、甘露醇、丙二醇、甘油、果糖、蔗糖、海藻糖、氯化钾、氯化钙、氯化钠和醋酸钠中的一种或几种。

所述聚合物选自聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚-β-羟丁酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨基葡萄糖、聚碳酸酯中的一种或几种。

所述植物纤维选自不同取代度以及粘度的羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙甲基纤维素、羟丙羧甲基纤维素中的一种或几种。

上述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，按以下步骤制取：将原料按比例称取，加入高速搅拌机混合，加热升温至20-120℃反应10-200min后经单螺杆或双螺杆捏合挤出机挤出再切割，即得淀粉植物胶进而加工成颗粒、片材或薄膜。

上述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，直径65mm的单螺杆挤出机温度依次为80~100℃、100~110℃、110~120℃、120~130℃，螺杆转速为20~30r/min，粒料不发生粘连。

上述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，直径51~150mm的双螺杆挤出机温度依次为60~90℃，90~110℃、110~130℃、130~150℃，螺杆转速为15~20r/min，粒料不发生粘连。

上述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，切割工序中的切刀转速调整到颗粒料长度3~4mm。

上述的一种基于改性淀粉的植物胶的用途，应用于生物可降解塑料、胶囊壳、食品药品包装包材相关产品。

实施例1：

将马铃薯淀粉100份、阿拉伯胶10份、壳聚糖10份、聚乳酸40份，羟丙羧甲基纤维素40份、80份去离子水和交联剂5份为原料加入高速搅拌机混合，加热升温至80℃反应50min后经直径65mm的单螺杆挤出机，温度依次为80℃、100℃、110℃、125℃，转速为30r/min挤出即得淀粉植物胶，进而加工成薄膜测试其力学性能。将裁好的淀粉膜在测试室的相对湿度下平衡48h后，S-566型台式电子万能材料试验机测定其拉伸强度和断裂伸长率。每种膜测定4个样，实验机夹距设定为25mm，拉伸速度设定为1mm/s。薄膜的拉伸强度为4.35MP，断裂伸长率为98.5%。

实施例2：

将木薯淀粉100份、卡拉胶15份、壳聚糖10份、氯化钾2份、聚乙烯醇50份，羟丙基纤维素40份、100份去离子水和交联剂6份为原料加入高速搅拌机混合，加热升温至70℃反应35min后经直径85mm的双螺杆挤出机，温度依次为70℃，90℃、110℃、130℃，螺杆转速为20r/min挤出即得淀粉植物胶，进而加工成薄膜测试其力学性能。将裁好的淀粉膜在测试室的相对湿度下平衡48h后，S-566型台式电子万能材料试验机测定其拉伸强度和断裂伸长率。每种膜测定4个样，实验机夹距设定为25mm，拉伸速度设定为1mm/s。薄膜的拉伸强度为5.42MP，断裂伸长率为107.3%。

实施例3：

将玉米淀粉900份、魔芋胶10份、甘油10份、聚己内酯60份，羧甲基纤维素350份、80份去离子水和交联剂4份为原料加入高速搅拌机混合，加热升温至60℃反应45min后经直径85mm的双螺杆挤出机，温度依次为70℃，90℃、110℃、130℃，螺杆转速为20r/min挤出即得淀粉植物胶，进而加工成薄膜测试其力学性能。将裁好的淀粉膜在测试室的相对湿度下平衡48h后，S-566型台式电子万能材料试验机测定其拉伸强度和断裂伸长率。每种膜测定4个样，实验机夹距设定为25mm，拉伸速度设定为1mm/s。薄膜的拉伸强度为3.38MP，断裂伸长率为121.6%。

实施例4：

将小麦淀粉75份、阿拉伯胶10份、海藻糖10份、聚-β-羟丁酸55份，羟丙基纤维素40份、80份去离子水和交联剂5份为原料加入高速搅拌机混合，加热升温至65℃反应55min后经直径65mm的单螺杆挤出机，温度依次为80℃、100℃、110℃、125℃，转速为30r/min挤出即得淀粉植物胶，进而加工成薄膜测试其力学性能。将裁好的淀粉膜在测试室的相对湿度下平衡48h后，S-566型台式电子万能材料试验机测定其拉伸强度和断裂伸长率。每种膜测定4个样，实验机夹距设定为25mm，拉伸速度设定为1mm/s。薄膜的拉伸强度为6.41MP，断裂伸长率为72.9%。

实施例5：

将大豆淀粉85份、琼脂胶10份、果糖10份、氯化钠3份、聚碳酸酯60份，羟乙基纤维素40份、80份去离子水和交联剂8份为原料加入高速搅拌机混合，加热升温至70℃反应60min后经直径85mm的双螺杆挤出机，温度依次为70℃，90℃、110℃、130℃，螺杆转速为20r/min挤出即得淀粉植物胶，进而加工成薄膜测试其力学性能。将裁好的淀粉膜在测试室的相对湿度下平衡48h后，S-566型台式电子万能材料试验机测定其拉伸强度和断裂伸长率。每种膜测定4个样，实验机夹距设定为25mm，拉伸速度设定为1mm/s。薄膜的拉伸强度为5.76MP，断裂伸长率为94.1%。

实施例6：

将大米淀粉110份、卡拉胶15份、丙二醇10份、聚乙烯醇70份，羟丙羧甲基纤维素40份、80份去离子水和交联剂10份为原料加入高速搅拌机混合，加热升温至45℃反应65min后经直径85mm的双螺杆挤出机，温度依次为70℃，90℃、110℃、130℃，螺杆转速为20r/min挤出即得淀粉植物胶，进而加工成薄膜测试其力学性能。将裁好的淀粉膜在测试室的相对湿度下平衡48h后，S-566型台式电子万能材料试验机测定其拉伸强度和断裂伸长率。每种膜测定4个样，实验机夹距设定为25mm，拉伸速度设定为1mm/s。薄膜的拉伸强度为5.13MP，断裂伸长率为80.2%。

本发明通过淀粉与聚合物或高分子进行复配共混或接枝共聚等方法以克服原有淀粉存在的可塑性差、拉伸强度低、易碎和高分子存在的不易降解、不可再生等缺点，提供一种可降解、可再生、成本低、可塑性好、热稳定和抗老化的淀粉植物胶，其制备方法主要控制挤出温度、螺杆转速、切刀转速和粒料冷却，使粒料不发生粘粒，颗粒尺寸均匀，塑化较好。可应用于可降解塑料、胶囊、食品药品包装包材等相关产品。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对发明型作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于改性淀粉的植物胶，其特征在于：以40-90份的改性淀粉、3-30份胶凝剂、2-20份增塑剂、2-20份聚合物、2-20份植物纤维、10-50份去离子水和1-15份交联剂为原料，混合后在20-120℃反应10-200min，经捏合、挤出、切割工序制成植物胶，再根据需要制作成颗粒、片材或薄膜；

所述可食用改性淀粉选自木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘薯、大米淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉和豌豆淀粉中的一种或几种；

所述胶凝剂选自卡拉胶、果胶、魔芋胶、琼脂胶和阿拉伯胶中的一种或几种；

所述增塑剂选自壳聚糖、木糖醇、山梨醇、甘露醇、丙二醇、甘油、果糖、蔗糖、海藻糖、氯化钾、氯化钙、氯化钠和醋酸钠中的一种或几种；

所述聚合物选自聚己内酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚-β-羟丁酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨基葡萄糖、聚碳酸酯中的一种或几种；

所述植物纤维选自不同取代度以及粘度的羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙甲基纤维素、羟丙羧甲基纤维素中的一种或几种。

2.如权利要求1所述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，其特征在于：按以下步骤制取：将原料按比例称取，加入高速搅拌机混合，加热升温至20-120℃反应10-200min后经单螺杆或双螺杆捏合挤出机挤出再切割，即得淀粉植物胶进而加工成颗粒、片材或薄膜。

3.如权利要求2所述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，其特征在于：直径65mm的单螺杆挤出机温度依次为80~100℃、100~110℃、110~120℃、120~130℃，螺杆转速为20~30r/min，粒料不发生粘连。

4.如权利要求2所述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，其特征在于：直径51~150mm的双螺杆挤出机温度依次为60~90℃，90~110℃、110~130℃、130~150℃，螺杆转速为15~20r/min，粒料不发生粘连。

5.如权利要求2所述的一种基于改性淀粉的植物胶的制备方法，其特征在于：切割工序中的切刀转速调整到颗粒料长度3~4mm。

6.如权利要求1所述的一种基于改性淀粉的植物胶的用途，其特征在于：应用于生物可降解塑料、胶囊壳、食品药品包装包材相关产品。