玉米淀粉是人類主要的淀粉來源之一，也是工業(yè)淀粉和以淀粉作為原料的深加工產(chǎn)業(yè)的主要原料。

 

美國淀粉加工業(yè)95%的淀粉都是玉米淀粉，我國淀粉的主要生產(chǎn)原料也是玉米。

 

通常所說的玉米淀粉是直鏈淀粉和支鏈淀粉的混合物，高直鏈玉米淀粉是指玉米淀粉之中直鏈淀粉含量高達55%～85%，而普通玉米籽粒之中直鏈淀粉的含量只有22%～27%。

 

直鏈淀粉是由葡萄糖通過α-1，4鍵連接在一起的聚合物，聚合度為100個～6000個葡萄糖單位，呈鏈狀結(jié)構(gòu)。它的水懸浮液在加熱時不產(chǎn)生糊精，而以膠體溶解，形成黏度較低的不穩(wěn)定溶液，在50℃～60℃下靜置較長時間后，會析出晶狀沉淀，反應是可逆的，遇碘反應呈藍色。

 

1.直鏈淀粉在生物降解塑料中的應用

直鏈淀粉具有近似纖維的性能，相對于一般淀粉具有獨特的應用價值，尤其是經(jīng)過理化修飾后的直鏈淀粉功能進一步加強，為開拓淀粉在工業(yè)生產(chǎn)中的應用提供了新原料。

 

用直鏈淀粉制成的薄膜，具有較好的透明度、柔韌性、抗張強度和水不溶性，并且無毒、無污染，廣泛應用于密封材料、包裝材料和耐水耐壓材料。

 

德國BATTELLE研究所已經(jīng)成功改良了青豌豆品種，研制出直鏈含量很高的淀粉，可以直接用通常的方法成形，得到的膜透明柔軟，性能與PVC類似，在水中或潮濕土壤中可完全降解。美國曾申請過生產(chǎn)直鏈淀粉薄膜的專利，它既可包裝粉狀產(chǎn)品，又可包裝速凍食品。

 

由于直鏈淀粉較高的抗切力和強度，以及良好的抗水性能，還被用于起皺和膠粘劑工業(yè)。直鏈淀粉可用于多種膠片和各種膠條的制造。用直鏈淀粉制造的膠片具有突出的透明度、彈性、抗拉強度和抗水性。

 

目前，全世界都在呼吁治理白色污染，即農(nóng)用地膜、生活垃圾中的塑料污染已經(jīng)成為世界一大公害，特別在我國尤為突出；而以直鏈淀粉為原料制成的光解膜已成為在塑料工業(yè)中應用的最新科技成果，這也是高直鏈淀粉玉米最具吸引力的地方。利用高直鏈淀粉取代聚苯乙烯生產(chǎn)光降解塑料，這種塑料有可能應用于包裝工業(yè)和農(nóng)用薄膜加工業(yè)，是解決目前日益嚴重的白色污染的有效途徑，它的利用將為世界環(huán)保事業(yè)帶來一次重大革命。美國已選育出高直鏈淀粉玉米，主要供應美國和西歐生產(chǎn)光解塑料膜的原料。

 

據(jù)報道，利用含有不同直鏈的4種干燥玉米淀粉在185℃與PLA進行共混，共混物拉伸強度和斷裂伸長率隨淀粉含量的增加而降低，但是在與PLA同比率共混時，4種淀粉的共混物沒有明顯的不同。淀粉中PLA吸水率的速度和程度隨淀粉含量的增加而增加。高含量直鏈淀粉的共混物要比普通的和蠟質(zhì)玉米淀粉的共混物的吸水率低。

 

Kim等人制備了PLLA玉米淀粉和PLLA/高直鏈玉米淀粉（≤40%）共混物，研究發(fā)現(xiàn)，共混物斷裂時的拉伸強度和伸長率隨淀粉含量的增加而降低。在相同淀粉含量下，含高直鏈淀粉共混物的拉伸強度比天然玉米淀粉的拉伸強度大。

 

為了進一步改善直鏈淀粉的加工性能，邱禮平等人對高直鏈交聯(lián)變性淀粉結(jié)構(gòu)及糊化性質(zhì)進行了研究。研究表明，直鏈淀粉含量越高，分子間易結(jié)合，易發(fā)生凝沉，糊化越難；但其剪切力強，成膜性能好。淀粉經(jīng)過變性后其性質(zhì)也會改變，高直鏈淀粉經(jīng)交聯(lián)形成的交聯(lián)變性淀粉的分子量比高直鏈淀粉大，剪切力強，更易凝沉，不易膨脹，難糊化，但成膜性能好；而且70%高直鏈淀粉交聯(lián)效果比50%高直鏈淀粉好；直鏈淀粉含量越高的淀粉越難溶于水。由于直鏈淀粉以上特性，在工業(yè)上，高直鏈交聯(lián)淀粉對進一步改善降解材料的耐水性有著廣闊的應用前景。

 

2.高直鏈淀粉玉米的研究與應用的局限性

直鏈淀粉的合成受復雜的基因環(huán)境相互作用的影響，增加直鏈淀粉含量，就可能降低產(chǎn)量和其他農(nóng)藝性狀。在高直鏈淀粉玉米育種中遇到的問題主要有：

 

① 淀粉總含量的下降；② 水分含量的增加；③ 產(chǎn)量的下降。

 

目前，高直鏈淀粉玉米雜交種的產(chǎn)量僅為普通玉米的65%～75%。既基因雖然可以顯著提高直鏈淀粉的含量，但是也會引起其他農(nóng)藝性狀的不良表現(xiàn)。2001年，滕文濤等人研究發(fā)現(xiàn)，在自交系轉(zhuǎn)育成具有ae基因高直鏈淀粉玉米過程中，籽粒的光澤度和飽滿度均發(fā)生變化。籽粒飽滿度下降必然引起千粒質(zhì)量降低，這可能就是造成產(chǎn)量下降的主要原因。正是因為存在著與基因相聯(lián)系的某些農(nóng)藝性狀和加工方面的缺陷，雖然美國對高直鏈淀粉玉米的研究已有40年的歷史，但目前只有卡斯湯姆農(nóng)場種子公司生產(chǎn)這種玉米，只有兩家大型玉米濕磨廠生產(chǎn)玉米直鏈淀粉。因此，選育高直鏈淀粉玉米時，既要保證ae基因高效表達，又要注意千粒質(zhì)量的選擇。

 

3.高直鏈淀粉玉米的發(fā)展前景

白色污染給人類生存環(huán)境帶來難以估量的損失，這已引起全社會乃至全人類對環(huán)境保護的高度重視。面對日益枯竭的石油資源，符合潮流的生物降解材料作為高科技環(huán)保產(chǎn)品正成為一個研發(fā)熱點。降解塑料要進入市場必須達到以下要求：

 

① 實用性，具有與同類普通塑料近似的應用性能；

 

② 降解性，在完成使用功能后能在自然環(huán)境中較快地降解，成為易被環(huán)境消納的碎片，最終回歸自然；

 

③ 安全性，降解過程中和降解后的殘留物對自然環(huán)境無害或無潛在危害；

 

④ 經(jīng)濟性，價格與同類普通塑料接近或持平。

 

然而生物降解塑料的價格過高，降解塑料比同類現(xiàn)行塑料產(chǎn)品的價格高50%以上，其中能完全降解的高出4倍～8倍，成為其推廣應用的最大障礙。為了降低成本，保證產(chǎn)品的降解性能，淀粉可生物降解塑料成為全國都在關(guān)注的熱點產(chǎn)品。

 

淀粉是目前使用最廣泛的一類可完全生物降解的多糖類天然高分子，具有原料來源廣泛、價格低廉和易生物降解等優(yōu)點，在生物降解材料領(lǐng)域占有重要的地位。國內(nèi)外公布的各種牌號淀粉塑料的力學性能一般可以與同類應用的傳統(tǒng)塑料相比，但其使用性能往往不盡如人意，其主要缺點之一是含淀粉的降解塑料耐水性都不好，濕強度差，一遇水其力學性能則嚴重降低，而耐水性恰恰是傳統(tǒng)塑料在使用過程中的優(yōu)點。高直鏈淀粉相對于普通淀粉有較好的抗水性、耐剪切性和成膜性，因此在塑料工業(yè)中的發(fā)展?jié)摿薮蟆?/div>