淀粉基可生物降解纤维的研究进展

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1、淀粉基可生物降解纤维的研究进展关键词淀粉纤维改性可降解材料1天然淀粉的结构与性能淀粉在自然界中分布广泛，是高等植物常见的组分，也是碳水化合物贮藏的主要形式。淀粉是绿色植物光合作用的产物，但也存在于微生物中。淀粉颗粒由排列成层状的高分子组成，存在于植物的种子、根、茎、果实等中。颗粒外层由70％～80％的支链淀粉组成，内层由20％～30％的直链淀粉及配糖物的残余物组成。淀粉是由葡萄糖构成的多糖，是一种均聚物。淀粉主要由直链淀粉和支链淀粉组成。一般认为，直链淀粉是一种线形多聚物，是由α葡萄糖经α－1，4糖苷键连结而成的链状分子，仅有很少的支链存在，

2、分子呈螺旋形结构；支链淀粉是一种高度分枝的高分子，主链上分出支链，主链由各葡萄糖单元之间α－1，4糖苷键连结构成，支链通过α－1，6糖苷键与主链相连，分枝点的α－1，6糖苷键约占总糖苷键的5％。半结晶性是天然淀粉的重要性质之一。在大多数淀粉中，支链淀粉是其主要的结晶组分。淀粉的半结晶性受到直链淀粉与支链淀粉比例的影响。另外，淀粉颗粒不溶于冷水和大多数有机溶剂，但少量水可在淀粉颗粒的膨胀体中反应而被吸收。在热和大量水存在的条件下，淀粉的半结晶性丧失，失去X衍射现象，形成凝胶。形成的凝胶具有非牛顿流体行为。2淀粉的改性直接从植物中提取的淀粉(原淀

3、粉)具有冷水不溶、糊液热稳定性差、抗剪切性能低、冷却后易脱水、老化及成膜性能差、缺乏耐水性和乳化能力等不足，从而限制了淀粉的应用领域。为了克服原淀粉的缺点，人们将原淀粉进行改性，获得了原淀粉所不具备的性能，从而拓宽了淀粉的应用领域rl⋯。可见，无论是为了满足工业应用的要求(如：食品高温杀菌要求淀粉具有高温粘度稳定性)，还是为了开辟淀粉的新用途(如：淀粉纤维、淀粉代血浆的生产)，都需要对淀粉进行改性。早在20世纪30年代人们就开始了改性淀粉的研究，随着淀粉改性技术的不断进步，淀粉工业得到了很大的发展，时至今日，改性产品已达数千种。淀粉改性的方法

4、很多，概括地说，主要可以分为4类，即：物理改性、化学改性、酶法改性和复合改性。2.1物理改性物理改性方法主要有预糊化、γ射线处理、UV射线处理、机械研磨处理以及油脂复合处理等。预糊化是最常用的淀粉改性方法，它是通过加热淀粉乳使淀粉颗粒糊化，然后再干燥得到α﹣淀粉。α﹣淀粉能在冷水中溶胀、溶解，形成具有一定粘度的糊液，且其凝沉性比原淀粉小，方便使用，广泛用于食品、养鳗、医药、铸造和石油钻井领域。γ射线处理淀粉是利用7射线能水解化学键，使淀粉分子产生自由基，从而改变淀粉的尺寸和结构，增加淀粉的溶解性，减小膨胀性，并降低淀粉糊的相对粘度。韩国Hal

5、lym大学的Il—JunKang于1997年在美国举行的第十届国际放射性方法大会上指出，经γ射线处理和过硫酸铵作用过的淀粉，其粘度可得到显著降低，粘度稳定性较好，从而改变了它们单独作用时不具备的粘度稳定性。UV射线处理淀粉与7射线处理有相似之处，也可使淀粉产生自由基，并能降低淀粉的相对粘度。2．2化学改性所谓化学改性是指用化学试剂来处理淀粉，处理过程中有化学发应产生，使淀粉基本结构发生变化，从而达到改性的目的。化学改性可分为两类：一类是使淀粉分子量减小，如酸解和氧化；另一类则是使淀粉分子量增大，如交联、酯化、醚化和接枝等。淀粉分子上的羟基(0

6、H)和糖苷键是主要的反应活性部位，它们可以与化学试剂发生反应。化学改性的淀粉产品种类最多，用途最广，因而，其研究亦最活跃。如醚化产品CMS，仅在1993～1994年间被美国化学文摘收录的就有100多条，其中包括48个专利。近年来，国内外对接枝共聚淀粉研究较多，如：用二甲基二烯丙基氯化铵接枝共聚阳离子淀粉，用高锰酸钾引发淀粉并与丙烯酰胺接枝共聚，将阳离子淀粉、AM和阳离子单体(如DMAEMA)共聚等。目前，化学改性淀粉的取代度一般都较低(Ds<0.2)，对高取代度改性淀粉的研究开展较少。取代度不同，改性淀粉的性质相差较大。而在制备可生物降解淀粉

7、材料时，要获得满意的性质，可能需要较高的取代度。如何提高改性淀粉的取代度，使改性淀粉具有良好的可加工性能和使用性能，是今后改性淀粉的重要研究课题。2．3酶法改性酶处理淀粉可用于环状糊精、麦芽糊精和直链淀粉的生产。用环状糊精葡萄糖基转移酶(CGT—ase)作用淀粉，可产生环状糊精。目前，日本在环状糊精的生产与应用方面处于世界领先水平，是国际市场上环状糊精的主要出口国。据报道，美国CargillDbw公司用酶处理玉米淀粉得到乳酸，再将经蒸馏脱水反应制成的聚乳酸溶液纺丝，得到Nature、ⅣorksPLA纤维。可以说这种纤维制备技术是近几年来最具革

8、命性的纤维制备技术。所制备出来的纤维是一种集综合天然纤维及人造纤维材料性能优点的合成纤维，具有优良手感、水气转化、防污、抗紫外线以及低燃度等特质，而且可以天然分解。