本發(fā)明涉及一類改性淀粉植物膠及其制備方法，該植物膠可應(yīng)用于食品、藥品的包材包裝工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

淀粉是一種重要的基礎(chǔ)工業(yè)和食品工業(yè)原料，由葡萄糖分子聚合而成，它是碳水化合物最普遍的儲(chǔ)藏形式。天然淀粉分為直鏈淀粉和支鏈淀粉兩類。直鏈淀粉含幾百個(gè)葡萄糖單元，在天然淀粉中占20%-26%，為無(wú)分支的螺旋結(jié)構(gòu)，具有可溶性；支鏈淀粉含幾千個(gè)葡萄糖單元，具有高度分支結(jié)構(gòu)，溶解性較差。淀粉可以由大豆、小麥、玉米、木薯、馬鈴薯、甘薯、大米等農(nóng)作物制得，因此，淀粉具有廉價(jià)易得，可再生，可生物降解、污染小等一系列優(yōu)點(diǎn)，符合環(huán)境保護(hù)和國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。淀粉也因此廣泛應(yīng)用于造紙、紡織、膠黏劑、制藥、化妝品、洗滌劑、超吸水材料、水處理絮凝劑等領(lǐng)域。在食品工業(yè)中，淀粉多用于增稠劑和穩(wěn)定劑，以增強(qiáng)食品口感，但是由于淀粉存在一定的缺陷，如在冷水中不溶、淀粉糊黏度不穩(wěn)定、易發(fā)生凝沉等，特別是在低溫和冷凍食品中，容易發(fā)生凝沉失水而影響食品的品質(zhì)，因此應(yīng)用受到一定的限制。

在基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域，淀粉作為可再生資源而受到國(guó)際社會(huì)的青睞。廣泛應(yīng)用于可降解塑料、紡織、石油、醫(yī)藥、造紙等領(lǐng)域。然而天然淀粉具有很強(qiáng)的分子間相互作用力，因此天然淀粉有難溶于水、難溶于油脂、糊化溫度高、易碎、易凝沉、透明度低、成模型差、乳化性能差等缺點(diǎn)。為了解決上述缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家通過(guò)酸解、氧化、醋酸化、交聯(lián)化等方法對(duì)淀粉進(jìn)行改性，在淀粉中引入疏水基團(tuán)以破壞分子間氫鍵，從而克服了淀粉分子間強(qiáng)的相互作用力，使得淀粉的力學(xué)性能有了較大的提高。隨著科技與工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，簡(jiǎn)單的淀粉改性已經(jīng)不能滿足不同材料對(duì)其力學(xué)性能和加工性能的要求，因此，更好力學(xué)性能與加工性能的淀粉復(fù)合基質(zhì)勢(shì)必會(huì)得到更好的發(fā)展和應(yīng)用。

在膠囊和軟膠囊技術(shù)領(lǐng)域，明膠由動(dòng)物皮膚、骨骼、肌膜或肌魅等結(jié)締組織中的膠原通過(guò)化學(xué)反應(yīng)發(fā)酵而成，其過(guò)程中添加大量的化學(xué)成份，且生產(chǎn)過(guò)程中難以避免原料發(fā)霉，腐爛，動(dòng)物攜帶的病菌也很難清除，從而危害消費(fèi)者的建康。2012年，以工業(yè)廢皮為原料制作的明膠導(dǎo)致大規(guī)模鉻超標(biāo)引發(fā)了我國(guó)的“毒膠囊”事件，加劇了消費(fèi)者對(duì)明膠膠囊和軟膠囊的抵觸。明膠膠囊和軟膠囊本身存在如易于滋生微生物，易吸潮，環(huán)境濕度低則易碎，環(huán)境濕度大則易于發(fā)生粘連諸多缺點(diǎn)。此外，隨著全世界動(dòng)物源傳染性疾病如瘋牛病、禽流感、藍(lán)耳病、口蹄疫等的接連爆發(fā)，國(guó)際社會(huì)越來(lái)越擔(dān)憂動(dòng)物制品的安全性。其實(shí)國(guó)際社會(huì)一直在尋找明膠的替代品。美國(guó)FDA較早前發(fā)出指引，希望在近幾年內(nèi),在美國(guó)市場(chǎng)上植物空心膠囊的市場(chǎng)占有率達(dá)到80%。由于淀粉價(jià)格低廉易得，以其制備膠囊具有很大的潛力。國(guó)內(nèi)諸多廠家也紛紛對(duì)淀粉膠囊可行性展開(kāi)研究，但由于淀粉分子間易于形成很強(qiáng)的氫鍵，淀粉膜缺乏韌性而易碎，難以制得強(qiáng)度高，耐填裝的膠囊。

在塑料加工制作領(lǐng)域，聚氯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚甲基丙烯酸酯、聚甲醛樹(shù)脂等塑料的廣泛應(yīng)用給生活到來(lái)了種種便利，但由于高分子塑料制品難以降解造成了嚴(yán)重的白色污染。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，塑料工業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，塑料制品也應(yīng)用到越來(lái)越多行業(yè)，因此而產(chǎn)生的塑料垃圾也逐年增多。劇專家推算，塑料制品的降解需要200年-1000年時(shí)間甚至更長(zhǎng)。現(xiàn)在塑料的處理方法如焚燒、填埋和回收利用等方法難以從根本上解決問(wèn)題，不能滿足人們低碳環(huán)保的要求。此外，塑料制品的原材料來(lái)自于石油天然氣等不可再生資源，不符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。隨著石油天然氣等資源的逐步開(kāi)采和消耗，可降解塑料將成為必然的選擇。發(fā)達(dá)國(guó)家已投入大量人力物力到可降解塑料的研究開(kāi)發(fā)中來(lái)，如美國(guó)的Metabolix公司、日本的Kaneka公司、巴西的PHB Industrial公司等，目前研發(fā)銷售的可降解塑料存在一定的問(wèn)題而限制其應(yīng)用，如原材料成本過(guò)高、力學(xué)與加工性能不理想、生產(chǎn)工藝過(guò)于復(fù)雜、降解時(shí)限太長(zhǎng)等。這幾家公司可降解塑料年產(chǎn)量只有幾萬(wàn)噸，存在著巨大的提升空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)淀粉自身存在的缺陷，通過(guò)在淀粉分子上引入疏水基團(tuán)及對(duì)淀粉進(jìn)行改性，從而克服了淀粉分子間強(qiáng)的相互作用力，添加復(fù)合植物質(zhì)膠凝劑構(gòu)建三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起到了增韌增強(qiáng)的作用，在此基礎(chǔ)上將淀粉及其衍生物作為復(fù)配物與可降解的高聚物共混、接枝共聚等方法制備得植物膠，具有可降解、可再生、成本低、可塑性好、成模型好、熱穩(wěn)定和抗老化等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于生物可降解塑料、膠囊殼、食品藥品包裝包材等相關(guān)產(chǎn)品。

本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種基于改性淀粉的植物膠，以40-90份的改性淀粉、3-30份膠凝劑、2-20份增塑劑、2-20份聚合物、2-20份植物纖維、10-50份去離子水和1-15份交聯(lián)劑為原料，混合后在20-120℃反應(yīng)10-200min，經(jīng)捏合、擠出、切割工序制成植物膠，再根據(jù)需要制作成顆粒、片材或薄膜；

所述可食用改性淀粉選自木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯、大米淀粉、小麥淀粉、玉米淀粉和豌豆淀粉中的一種或幾種；

所述膠凝劑選自卡拉膠、果膠、魔芋膠、瓊脂膠和阿拉伯膠中的一種或幾種；

所述增塑劑選自殼聚糖、木糖醇、山梨醇、甘露醇、丙二醇、甘油、果糖、蔗糖、海藻糖、氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉和醋酸鈉中的一種或幾種；

所述聚合物選自聚己內(nèi)酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚-β-羥丁酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨基葡萄糖、聚碳酸酯中的一種或幾種；

所述植物纖維選自不同取代度以及粘度的羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙甲基纖維素、羥丙羧甲基纖維素中的一種或幾種。

上述的一種基于改性淀粉的植物膠的制備方法，按以下步驟制?。簩⒃习幢壤Q取，加入高速攪拌機(jī)混合，加熱升溫至20-120℃反應(yīng)10-200min后經(jīng)單螺桿或雙螺桿捏合擠出機(jī)擠出再切割，即得淀粉植物膠進(jìn)而加工成顆粒、片材或薄膜。

上述的一種基于改性淀粉的植物膠的制備方法，直徑65mm的單螺桿擠出機(jī)溫度依次為80~100℃、100~110℃、110~120℃、120~130℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20~30r/min，粒料不發(fā)生粘連。

上述的一種基于改性淀粉的植物膠的制備方法，直徑51~150mm的雙螺桿擠出機(jī)溫度依次為60~90℃，90~110℃、110~130℃、130~150℃，螺桿轉(zhuǎn)速為15~20r/min，粒料不發(fā)生粘連。

上述的一種基于改性淀粉的植物膠的制備方法，切割工序中的切刀轉(zhuǎn)速調(diào)整到顆粒料長(zhǎng)度3~4mm。

上述的一種基于改性淀粉的植物膠的用途，應(yīng)用于生物可降解塑料、膠囊殼、食品藥品包裝包材相關(guān)產(chǎn)品。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過(guò)淀粉與聚合物或高分子進(jìn)行復(fù)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、拉伸強(qiáng)度低、易碎和高分子存在的不易降解、不可再生等缺點(diǎn)，提供一種可降解、可再生、成本低、可塑性好、熱穩(wěn)定和抗老化的淀粉植物膠，其制備方法主要控制擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、切刀轉(zhuǎn)速和粒料冷卻，使粒料不發(fā)生粘粒，顆粒尺寸均勻，塑化較好?？蓱?yīng)用于可降解塑料、膠囊、食品藥品包裝包材等相關(guān)產(chǎn)品。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的一種基于改性淀粉的植物膠及其制備方法及用途具體實(shí)施方式、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。

一種基于改性淀粉的植物膠，以40-90份的改性淀粉、3-30份膠凝劑、2-20份增塑劑、2-20份聚合物、2-20份植物纖維、10-50份去離子水和1-15份交聯(lián)劑為原料，混合后在20-120℃反應(yīng)10-200min，經(jīng)捏合、擠出、切割工序制成植物膠，再根據(jù)需要制作成顆粒、片材或薄膜。

所述可食用改性淀粉選自木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯、大米淀粉、小麥淀粉、玉米淀粉和豌豆淀粉中的一種或幾種。

所述膠凝劑選自卡拉膠、果膠、魔芋膠、瓊脂膠和阿拉伯膠中的一種或幾種。

所述增塑劑選自殼聚糖、木糖醇、山梨醇、甘露醇、丙二醇、甘油、果糖、蔗糖、海藻糖、氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉和醋酸鈉中的一種或幾種。

所述聚合物選自聚己內(nèi)酯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚-β-羥丁酸、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氨基葡萄糖、聚碳酸酯中的一種或幾種。

所述植物纖維選自不同取代度以及粘度的羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙甲基纖維素、羥丙羧甲基纖維素中的一種或幾種。

上述的一種基于改性淀粉的植物膠的制備方法，按以下步驟制?。簩⒃习幢壤Q取，加入高速攪拌機(jī)混合，加熱升溫至20-120℃反應(yīng)10-200min后經(jīng)單螺桿或雙螺桿捏合擠出機(jī)擠出再切割，即得淀粉植物膠進(jìn)而加工成顆粒、片材或薄膜。

上述的一種基于改性淀粉的植物膠的制備方法，直徑65mm的單螺桿擠出機(jī)溫度依次為80~100℃、100~110℃、110~120℃、120~130℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20~30r/min，粒料不發(fā)生粘連。

上述的一種基于改性淀粉的植物膠的制備方法，直徑51~150mm的雙螺桿擠出機(jī)溫度依次為60~90℃，90~110℃、110~130℃、130~150℃，螺桿轉(zhuǎn)速為15~20r/min，粒料不發(fā)生粘連。

上述的一種基于改性淀粉的植物膠的制備方法，切割工序中的切刀轉(zhuǎn)速調(diào)整到顆粒料長(zhǎng)度3~4mm。

上述的一種基于改性淀粉的植物膠的用途，應(yīng)用于生物可降解塑料、膠囊殼、食品藥品包裝包材相關(guān)產(chǎn)品。

實(shí)施例1：

將馬鈴薯淀粉100份、阿拉伯膠10份、殼聚糖10份、聚乳酸40份，羥丙羧甲基纖維素40份、80份去離子水和交聯(lián)劑5份為原料加入高速攪拌機(jī)混合，加熱升溫至80℃反應(yīng)50min后經(jīng)直徑65mm的單螺桿擠出機(jī)，溫度依次為80℃、100℃、110℃、125℃，轉(zhuǎn)速為30r/min擠出即得淀粉植物膠，進(jìn)而加工成薄膜測(cè)試其力學(xué)性能。將裁好的淀粉膜在測(cè)試室的相對(duì)濕度下平衡48h后，S-566型臺(tái)式電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。每種膜測(cè)定4個(gè)樣，實(shí)驗(yàn)機(jī)夾距設(shè)定為25mm，拉伸速度設(shè)定為1mm/s。薄膜的拉伸強(qiáng)度為4.35MP，斷裂伸長(zhǎng)率為98.5%。

實(shí)施例2：

將木薯淀粉100份、卡拉膠15份、殼聚糖10份、氯化鉀2份、聚乙烯醇50份，羥丙基纖維素40份、100份去離子水和交聯(lián)劑6份為原料加入高速攪拌機(jī)混合，加熱升溫至70℃反應(yīng)35min后經(jīng)直徑85mm的雙螺桿擠出機(jī)，溫度依次為70℃，90℃、110℃、130℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20r/min擠出即得淀粉植物膠，進(jìn)而加工成薄膜測(cè)試其力學(xué)性能。將裁好的淀粉膜在測(cè)試室的相對(duì)濕度下平衡48h后，S-566型臺(tái)式電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。每種膜測(cè)定4個(gè)樣，實(shí)驗(yàn)機(jī)夾距設(shè)定為25mm，拉伸速度設(shè)定為1mm/s。薄膜的拉伸強(qiáng)度為5.42MP，斷裂伸長(zhǎng)率為107.3%。

實(shí)施例3：

將玉米淀粉900份、魔芋膠10份、甘油10份、聚己內(nèi)酯60份，羧甲基纖維素350份、80份去離子水和交聯(lián)劑4份為原料加入高速攪拌機(jī)混合，加熱升溫至60℃反應(yīng)45min后經(jīng)直徑85mm的雙螺桿擠出機(jī)，溫度依次為70℃，90℃、110℃、130℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20r/min擠出即得淀粉植物膠，進(jìn)而加工成薄膜測(cè)試其力學(xué)性能。將裁好的淀粉膜在測(cè)試室的相對(duì)濕度下平衡48h后，S-566型臺(tái)式電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。每種膜測(cè)定4個(gè)樣，實(shí)驗(yàn)機(jī)夾距設(shè)定為25mm，拉伸速度設(shè)定為1mm/s。薄膜的拉伸強(qiáng)度為3.38MP，斷裂伸長(zhǎng)率為121.6%。

實(shí)施例4：

將小麥淀粉75份、阿拉伯膠10份、海藻糖10份、聚-β-羥丁酸55份，羥丙基纖維素40份、80份去離子水和交聯(lián)劑5份為原料加入高速攪拌機(jī)混合，加熱升溫至65℃反應(yīng)55min后經(jīng)直徑65mm的單螺桿擠出機(jī)，溫度依次為80℃、100℃、110℃、125℃，轉(zhuǎn)速為30r/min擠出即得淀粉植物膠，進(jìn)而加工成薄膜測(cè)試其力學(xué)性能。將裁好的淀粉膜在測(cè)試室的相對(duì)濕度下平衡48h后，S-566型臺(tái)式電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。每種膜測(cè)定4個(gè)樣，實(shí)驗(yàn)機(jī)夾距設(shè)定為25mm，拉伸速度設(shè)定為1mm/s。薄膜的拉伸強(qiáng)度為6.41MP，斷裂伸長(zhǎng)率為72.9%。

實(shí)施例5：

將大豆淀粉85份、瓊脂膠10份、果糖10份、氯化鈉3份、聚碳酸酯60份，羥乙基纖維素40份、80份去離子水和交聯(lián)劑8份為原料加入高速攪拌機(jī)混合，加熱升溫至70℃反應(yīng)60min后經(jīng)直徑85mm的雙螺桿擠出機(jī)，溫度依次為70℃，90℃、110℃、130℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20r/min擠出即得淀粉植物膠，進(jìn)而加工成薄膜測(cè)試其力學(xué)性能。將裁好的淀粉膜在測(cè)試室的相對(duì)濕度下平衡48h后，S-566型臺(tái)式電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。每種膜測(cè)定4個(gè)樣，實(shí)驗(yàn)機(jī)夾距設(shè)定為25mm，拉伸速度設(shè)定為1mm/s。薄膜的拉伸強(qiáng)度為5.76MP，斷裂伸長(zhǎng)率為94.1%。

實(shí)施例6：

將大米淀粉110份、卡拉膠15份、丙二醇10份、聚乙烯醇70份，羥丙羧甲基纖維素40份、80份去離子水和交聯(lián)劑10份為原料加入高速攪拌機(jī)混合，加熱升溫至45℃反應(yīng)65min后經(jīng)直徑85mm的雙螺桿擠出機(jī)，溫度依次為70℃，90℃、110℃、130℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20r/min擠出即得淀粉植物膠，進(jìn)而加工成薄膜測(cè)試其力學(xué)性能。將裁好的淀粉膜在測(cè)試室的相對(duì)濕度下平衡48h后，S-566型臺(tái)式電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。每種膜測(cè)定4個(gè)樣，實(shí)驗(yàn)機(jī)夾距設(shè)定為25mm，拉伸速度設(shè)定為1mm/s。薄膜的拉伸強(qiáng)度為5.13MP，斷裂伸長(zhǎng)率為80.2%。

本發(fā)明通過(guò)淀粉與聚合物或高分子進(jìn)行復(fù)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、拉伸強(qiáng)度低、易碎和高分子存在的不易降解、不可再生等缺點(diǎn)，提供一種可降解、可再生、成本低、可塑性好、熱穩(wěn)定和抗老化的淀粉植物膠，其制備方法主要控制擠出溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、切刀轉(zhuǎn)速和粒料冷卻，使粒料不發(fā)生粘粒，顆粒尺寸均勻，塑化較好?？蓱?yīng)用于可降解塑料、膠囊、食品藥品包裝包材等相關(guān)產(chǎn)品。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)發(fā)明型作任何形式上的限制，任何未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。