第八講 淀粉及其衍生物

第四章藥用天然高分子材料本章內(nèi)容第一節(jié)淀粉及其衍生物第二節(jié)纖維素第三節(jié)纖維素衍生物第四節(jié)藥用纖維素衍生物各論第五節(jié)其他天然藥用高分子材料第一節(jié)淀粉及其衍生物淀粉糊精和麥芽糖糊精預(yù)膠化淀粉羧甲淀粉鈉羥丙淀粉本節(jié)要求掌握淀粉、糊精、預(yù)膠化淀粉的性質(zhì)及其在制劑中的用途。熟悉淀粉、糊精、預(yù)膠化淀粉、羧甲基淀粉鈉的來源、制法。了解淀粉、羧甲基淀粉鈉的化學(xué)結(jié)構(gòu)，糊精、預(yù)膠化淀粉、羥丙基淀粉。一、淀粉和氧化淀粉（一）淀粉1.來源與制法淀粉(starch)廣泛存在于綠色植物的須根和種子中，根據(jù)植物種類、部位、含量不同，各以特有形狀的淀粉粒而存在。在玉米、麥和米中，約含淀粉75%以上，馬鈴薯、甘薯和許多豆類中淀粉含量也很多。如:大米約80%；小麥約70%；馬鈴薯約20％薏米淀粉顆粒結(jié)構(gòu)大米淀粉顆粒結(jié)構(gòu)來源

淀粉含量品種淀粉含量糙米73%豌豆58%高梁70%蠶豆49%燕麥面67%蕎麥面40%小麥66%甘薯19%大麥60%馬鈴薯16%谷子60%

藥用淀粉多以玉米淀粉為主，中國是玉米生產(chǎn)大國，年產(chǎn)量650萬噸以上，我國藥用淀粉年產(chǎn)量在萬噸以上，尤其是近年來，在引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，大大提高了麩質(zhì)分離和精制工序的效率，使淀粉質(zhì)量有進(jìn)一步提高。近年來，由于化學(xué)合成輔料的問世，出現(xiàn)了新輔料部分取代藥用淀粉的趨勢，但淀粉目前仍然是主要的藥用輔料，因?yàn)樗哂性S多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。如無毒無味，價格低廉，來源廣泛，供應(yīng)十分穩(wěn)定。故迄今為止，仍不失為最基本的藥用輔料之一。淀粉的生產(chǎn)主要是物理過程，其工藝過程有以下幾部分:(1)原料預(yù)處理：將玉米篩選，風(fēng)力除塵，水洗，磁力吸鐵，除去機(jī)械性雜質(zhì)。(2)浸泡：用0.25%-0.30%的亞硫酸，于48-50℃將玉米浸泡2天以上，使玉米軟化并除去可溶性雜質(zhì)。(3)粗破碎：將脫胚機(jī)使玉米破碎成10-12瓣，但不能損壞胚芽，用分離器分離去胚芽。(4)細(xì)研磨：將玉蜀黍稀漿用錘式粉碎機(jī)及金剛砂磨進(jìn)行細(xì)研磨，用曲篩、轉(zhuǎn)筒等設(shè)備過篩，得粗淀粉乳。(5)分離、脫水、干燥：將粗淀粉乳經(jīng)細(xì)斜槽和真空吸濾器分離去蛋白質(zhì)，于低壓低溫干燥1-1.5h，經(jīng)粉碎過篩可得水分在13%的淀粉。2.化學(xué)結(jié)構(gòu)淀粉是天然存在的糖類，它是由兩種多糖分子組成，一為直鏈淀粉(amylose)，一為支鏈淀粉(amylopectin)，它們的結(jié)構(gòu)單元是D-吡喃環(huán)形葡萄糖：淀粉是由許多葡萄糖分子脫水縮聚而成的高分子化合物是以α-1，4苷鍵連接的葡萄糖單元，分子量為3.2×l04-1.6×1O5，此值相當(dāng)于聚合度n為200-980，直鏈淀粉由于分子內(nèi)氫鍵作用，鏈卷曲成螺旋形，每個螺旋圈大約有6個葡萄糖單元。直鏈淀粉支鏈淀粉是由D-葡萄糖聚合而成的分支狀淀粉，其直鏈部分也為α-1，4苷鍵，而分支處則為α-1，6苷鍵，支鏈淀粉的分子量較大，根據(jù)分支程度的不同，平均分子量范圍在1000萬-2億，相當(dāng)于聚合度為5萬-100萬，一般認(rèn)為每隔15個單元，就有一個α-1，6苷鍵接出的分支。支鏈淀粉分子的形狀如高粱穗，小分支極多，估計至少在50個以上。-1,4-苷鍵直鏈淀粉由于分子內(nèi)氫鍵作用，直鏈淀粉的螺旋形結(jié)構(gòu)-1,6苷鍵-1,4-苷鍵支鏈淀粉支鏈淀粉構(gòu)象示意圖

淀粉組成：直鏈淀粉約占20%-25%，支鏈淀粉約占75%-85%，與植物種類、品種、生長時期相關(guān)淀粉改性淀粉中葡萄糖單元的醇基:仲醇、伯醇、縮醛羥基，與一般醇類(如甲醇，乙醇)一樣能進(jìn)行酯化或醚化反應(yīng)將淀粉改性為：醋酸酯、丙酸酯、丁酸酯、琥珀酸酯、油酸酯，甲基丙烯酸酯和乙基醚，氰乙基醚，羥丙基醚等衍生物在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用遠(yuǎn)不如纖維素衍生物1.形態(tài)與物理常數(shù)2.淀粉的溶解性、含水量與氫鍵作用力3.淀粉的吸濕與解吸4.淀粉的水化、膨脹、糊化5.淀粉的回升（老化、凝沉）3.性質(zhì)

玉米淀粉為白色結(jié)晶粉末，顯微鏡下觀察其顆粒呈球狀或多角形，平均粒徑為10-15μm堆密度0.462g/ml，實(shí)密度為0.658g/ml比表面積0.6-0.72m2/g，吸水后體積增加78%流動性不良，流動速度為10.8-11.7g/s。淀粉在干燥處且不受熱時，性質(zhì)穩(wěn)定1.形態(tài)與物理常數(shù)2.淀粉的溶解性、含水量與氫鍵作用力3.淀粉的吸濕與解吸4.淀粉的水化、膨脹、糊化5.淀粉的回升（老化、凝沉）①溶解性淀粉的表面由于其葡萄糖單元的羥基排列于內(nèi)側(cè)，故呈微弱的親水性并能分散于水，2%的水混合液pH為5.5-6.5，與水的接觸角為80.5-85.0°，淀粉不溶于冷水、乙醇、乙醚。

不溶于冷水——淀粉制造工業(yè)的理論基礎(chǔ)。所謂水磨法，就是利用這一性質(zhì)。先將原料打碎成糊(若原料為玉米一類籽粒糧則必須先行浸泡，然后濕磨破壞組織，使其成糊)，除去蛋白質(zhì)及其它雜質(zhì)，再使淀粉在水中沉淀析出。

直鏈淀粉溶于熱水（60-80度），支鏈淀粉不可溶。（可用于分離二者）②含水量在常溫、常壓下，淀粉有一定的平衡水分，谷類淀粉為10-12%，薯類為17-18%。盡管淀粉含有如此高的水分，但卻不顯示潮濕而呈干燥的粉末狀，這主要是淀粉中的葡萄糖單元存在的眾多醇羥基與水分子相互作用形成氫鍵的緣故。③氫鍵

不同淀粉的含水量存在差異，這是由于淀粉分之中羥基自行締合及與水締合程度不同所致，例如：玉米淀粉分子中的羥基比馬鈴薯淀粉分子中能夠與水分子形成締合氫鍵的游離羥基數(shù)目相對較少，因而含水量較低。1.形態(tài)與物理常數(shù)2.淀粉的溶解性、含水量與氫鍵作用力3.淀粉的吸濕與解吸4.淀粉的水化、膨脹、糊化5.淀粉的回升（老化、凝沉）①吸濕淀粉吸濕性很強(qiáng)，淀粉中含水量受空氣濕度和溫度的影響陰雨天，空氣相對濕度較高，淀粉中的含水量增加天氣干燥，則淀粉含水量減少一定相對濕度和溫度條件下，淀粉吸收水分與釋放水分達(dá)到平衡，此時所含水分稱為平衡水分在常溫常壓下，谷類淀粉的平衡水分為10-12%，薯類為17-18%用做稀釋劑的淀粉和崩解劑的淀粉，宜用平衡水分下的玉米淀粉②解吸

淀粉中存在的水，分為自由水和結(jié)合水兩種狀態(tài)，自由水保留在物體團(tuán)粒間或孔隙內(nèi)，仍具有普通水的性質(zhì)，隨環(huán)境的變化而變化，這種水與吸附的物質(zhì)只是表面接觸，它具有生理活性，可被微生物利用，排除這部分水，就有可能改變物質(zhì)的物理性質(zhì)。1.形態(tài)與物理常數(shù)2.淀粉的溶解性、含水量與氫鍵作用力3.淀粉的吸濕與解吸4.淀粉的水化、膨脹、糊化5.淀粉的回升（老化、凝沉）①水化

淀粉顆粒中的淀粉分子有的處于有序態(tài)（晶態(tài)），有的處于無序態(tài)（非晶態(tài)），它們構(gòu)成淀粉顆粒的結(jié)晶相和無定形相，無定形相是親水的，進(jìn)入水中就吸水，產(chǎn)生水化作用。②膨脹

淀粉在60-80℃熱水中，能發(fā)生膨脹，直鏈淀粉分子從淀粉粒中向水中擴(kuò)散，形成膠體溶液，而支鏈淀粉則仍以淀粉粒殘余的形式保留在水中，二者可離心分離。淀粉粒:支鏈淀粉構(gòu)成有序立體網(wǎng)絡(luò)，中間為直鏈淀粉占據(jù)在熱水中，處于無序狀態(tài)的螺旋結(jié)構(gòu)的直鏈淀粉分子，伸展成線形，脫離網(wǎng)絡(luò)，分散于水中分離了直鏈淀粉的支鏈淀粉粒，在熱水中加熱并加攪拌后可形成穩(wěn)定的黏稠膠體溶液③糊化若不實(shí)施直鏈淀粉與支鏈淀粉的分離，在過量水中，淀粉加熱至60-80℃，則顆粒吸水膨脹，至某一溫度時，整個顆粒突然大量膨化、破裂，晶體結(jié)構(gòu)消失，最終變成黏稠的糊，這種現(xiàn)象稱為“糊化”，相應(yīng)溫度稱為“糊化溫度”,處于這種狀態(tài)的淀粉稱為-淀粉。直鏈淀粉占有比例大，糊化困難，支鏈淀粉比例較大時，較容易使淀粉粒破裂。

糊化的本質(zhì)：淀粉在水中加熱后，破壞結(jié)晶膠束區(qū)的弱的氫鍵，水分子開始侵入淀粉粒內(nèi)部，淀粉粒開始水合和溶脹，結(jié)晶膠束結(jié)構(gòu)逐漸消失，淀粉粒破裂，直鏈淀粉由螺旋線形分子伸展成直線形，從支鏈淀粉的網(wǎng)絡(luò)中逸出，分散于水中；支鏈淀粉呈松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此時淀粉分子被水分子包圍,呈黏稠親水膠體溶液。糊化溫度：

糊化通常發(fā)生在一個狹窄的溫度范圍，較大的顆粒先糊化，較小的顆粒后糊化。淀粉粒溶脹、內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞的溫度范圍，稱為糊化溫度。幾種谷物淀粉粒的糊化溫度淀粉種類糊化溫度范圍（℃）糊化開始溫度（℃）大米58~6158小麥65~67.565玉米64~7264高粱69~7569影響糊化的因素

（1）淀粉粒結(jié)構(gòu)（分子間締合程度，支直鏈比例，顆粒大小）（2）溫度高低

（3）共存的其它組分：糖、脂類、鹽會不利糊化

（4）pH值

（5）淀粉酶1.形態(tài)與物理常數(shù)2.淀粉的溶解性、含水量與氫鍵作用力3.淀粉的吸濕與解吸4.淀粉的水化、膨脹、糊化5.淀粉的回升（老化、凝沉）淀粉糊或淀粉稀溶液在低溫靜置一段時間，會變成不透明的凝膠或析出沉淀，這種現(xiàn)象稱為回升或老化（凝沉），形成的淀粉稱為“回升淀粉”。老化可視為糊化的逆轉(zhuǎn)，但老化不能是淀粉徹底逆轉(zhuǎn)復(fù)原成生淀粉的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。老化后的淀粉失去與水的親和力，難以被淀粉酶水解，因此不易被人體消化吸收，遇碘不變藍(lán)色。

回升的本質(zhì)是糊化的淀粉在溫度降低時分子運(yùn)動速度降低直鏈淀粉分子和支鏈淀粉分子的分枝趨于平行排列，相互靠攏，彼此以氫鍵結(jié)合，與水的親和力下降，濃度低時，從水中分離，重新組成高度致密的結(jié)晶化的不溶性淀粉分子微晶束，析出沉淀濃度高時或冷卻速度很快，糊化分子又自動排列，但直鏈淀粉分子來不及重新排列成束狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使形成凝膠體。影響老化的因素

1)溫度2～4℃，淀粉易老化；＞60或＜-20，不易老化

2)含水量含水量30%～60%，易老化；含水量過低或過高，均不易老化

3)結(jié)構(gòu)直鏈淀粉、中等聚合度的淀粉易老化4)pH值＜7或＞10，因帶同種電荷，老化減慢

5)共聚物脂類、乳化劑、多糖、蛋白質(zhì)等抗老化6)其他淀粉濃度、無機(jī)鹽老化作用的防止生產(chǎn)上為防止淀粉的老化作用，采用高溫糊化，同時進(jìn)行激烈攪拌，嚴(yán)格控制加熱時間及攪拌條件，使淀粉分子充分分散，使淀粉糊液保持一定的黏度。①在食品加工中的作用1）用于糖果制作過程中的填充劑，也可以作為淀粉糖漿的原料。為防黏、便于操作，可使用少量淀粉代替有害滑石粉。2）作為雪糕、冰棍及罐頭增稠劑，增加制品結(jié)著性和持水性。3）用于稀釋餅干的面筋濃度和調(diào)節(jié)面筋膨潤度，解決餅干坯收縮變形的問題。4.應(yīng)用②在藥物制劑中的應(yīng)用淀粉在藥物制劑中主要用作片劑的稀釋劑、崩解劑、黏合劑。崩解用量3%-15%，黏合劑用量5%-25%。崩解原理：淀粉遇水體積膨脹。（二）氧化淀粉用次氯酸鹽或過氧化氫等氧化劑使淀粉氧化。氧化淀粉主要用于造紙工業(yè)的施膠劑，包裝工業(yè)的紙箱膠黏劑，紡織工業(yè)的上漿劑和食品工業(yè)的增稠劑等。其他淀粉衍生物交聯(lián)淀粉淀粉與具有兩個或多個官能團(tuán)的化學(xué)試劑如環(huán)氧氯丙烷和甲醛等交聯(lián)劑作用，使不同淀粉分子的羥基間聯(lián)結(jié)在一起，所得衍生物稱為交聯(lián)淀粉。用于食品工業(yè)增稠劑，紡織工業(yè)上漿劑和醫(yī)藥工業(yè)外科乳膠手套的潤滑劑及賦形劑。淀粉酯（與纖維素衍生物的結(jié)構(gòu)類似）乙酸酯、高級脂肪酸酯、磷酸酯、黃原酸酯、硫酸酯、硝酸酯等。淀粉醚（與纖維素衍生物的結(jié)構(gòu)類似）羥丙基淀粉和羧甲基淀粉等。二、糊精和麥芽糖糊精(一)糊精1.來源與制法

淀粉易水解，與水加熱即可引起分子的裂解；與無機(jī)酸共熱時，可徹底水解為糊精或葡萄糖。淀粉水解是大分子逐步降解為小分子的過程，這個過程的中間產(chǎn)物總稱為糊精，糊精分子有大小之分，根據(jù)它們遇碘-碘化鉀溶液產(chǎn)生的顏色不同，分為藍(lán)糊精、紅糊精和無色糊精等，其分子量由4.5×103-8.5×104不等。在藥劑學(xué)中應(yīng)用的糊精按淀粉轉(zhuǎn)化條件的不同，有白糊精和黃糊精之分。酸水解一般用稀硝酸，因鹽酸含氯離子影響藥物制劑氯化物雜質(zhì)測定。淀粉水解糊精酸性、干燥藍(lán)糊精紅糊精無色糊精糊精的制法是在干燥狀態(tài)下將淀粉水解，其過程有四步：酸化、預(yù)干燥、糊精化及冷卻。淀粉轉(zhuǎn)化成糊精可因用酸量、加熱溫度及淀粉含水量等不同，而得不同黏度的產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)化條件見表4-1(P104)。2.性質(zhì)

糊精為白色、淡黃色粉末。堆密度為0.8g/cm3，實(shí)密度為0.91g/cm3，熔點(diǎn)178℃(并伴隨分解)，含水量5%(W/W)。不溶于乙醇(95℃)、乙醚，緩緩溶于水，國內(nèi)習(xí)慣上稱高黏度糊精者，其水溶物約為80%。糊精易溶于熱水，水溶液煮沸變稀，呈膠漿狀，放冷黏度增加，顯觸變性。安全性無毒、無刺激性較大量攝入可能有害較大劑量用于營養(yǎng)補(bǔ)充未見不良反應(yīng)3.應(yīng)用

糊精在藥劑學(xué)中可作為顆粒劑、片劑、膠囊劑的稀釋劑，也可作為口服液體制劑或混懸劑的增黏劑。

但制成的片劑釋放性能差，對主藥含量的測定有干擾。(二)麥芽糖糊精1.來源與制法

淀粉部分水解糊精+麥芽糖混合物酸or酶、干燥相對分子量900-9000，葡萄糖當(dāng)量（DE）<20

葡萄糖當(dāng)量：淀粉水解程度的量度，定義為每100g干燥物中所含D-葡萄糖的克數(shù)。DE不同的麥芽糖糊精，其物理性質(zhì)（如溶解度、黏度）也不同。2.性質(zhì)麥芽糖糊精為無甜味、無臭的白色粉末或顆粒。易溶于水，微溶于乙醇。若其DE提高，則吸濕性、可壓性、溶解度、甜度也隨之提高，黏度下降。松密度和休止角很低。安全性無毒、無刺激性

3.應(yīng)用

片劑：黏合劑（直壓片、濕法制粒）稀釋劑（對溶出無影響）咀嚼片（DE較高）薄膜包衣材料噴霧干燥：輔料;糖漿結(jié)晶抑制劑溶液滲量調(diào)節(jié)劑;提高溶液黏度糖的口服營養(yǎng)代用品三、預(yù)膠化淀粉(一)來源與制法預(yù)膠化淀粉(prepelatinized)又稱部分預(yù)膠化淀粉、可壓性淀粉，它是淀粉經(jīng)物理或化學(xué)改性，有水存在下，淀粉粒全部或部分破壞的產(chǎn)物。

Starch1500G（卡樂康）：5%游離直鏈淀粉、15%游離支鏈淀粉、80%非游離態(tài)淀粉（淀粉粒）工業(yè)生產(chǎn)的預(yù)膠化淀粉有好幾種型號，預(yù)膠化玉米淀粉簡稱為PCS(Pregelationcornstarch)。我國目前供藥用的產(chǎn)品是部分預(yù)膠化淀粉，它的制法是：1．將藥用淀粉加水混勻，在適當(dāng)?shù)脑O(shè)備中，控制加工溫度在35℃以下，破壞淀粉粒，部分脫水制得，使含水量降至10%-14%。2．另一種制法是將淀粉的水混懸液(42%)加熱(62-72℃)，破壞淀粉粒，間或加入少量凝膠化促進(jìn)劑以及表面活性劑，以減少干燥時黏結(jié)，混懸液干燥，粉碎即得。(二)性質(zhì)預(yù)膠化淀粉有不同等級，外觀粗細(xì)不一，無定形粉末，顏色從白至類白色不等，其主要性質(zhì)如下：1．掃描電鏡觀察，預(yù)膠化淀粉的表面形態(tài)不規(guī)則，并呈現(xiàn)裂隙、凹隙等，此種結(jié)構(gòu)有利于粉末壓片時顆粒的相互嚙合。2．X-射線衍射圖譜顯示，原淀粉的結(jié)晶峰明顯消失。

3．預(yù)膠化淀粉不溶于有機(jī)溶劑（乙醇、乙醚等），微溶以至可溶于冷水，冷水中可溶物為10%-20%，能在溫水中溶解，堿中穩(wěn)定，酸中較差。

4．國產(chǎn)預(yù)膠化淀粉，松密度為0.5-0.6g/ml，粒度分布:無大于80目者，大于120目者占5%，95%通過120目。

5．預(yù)膠化淀粉的吸濕性與淀粉相似，25℃及相對濕度為65%時，平衡吸濕量為13%，由于其具有保濕作用，與易吸水變質(zhì)的藥物配伍比較穩(wěn)定。6．預(yù)膠化淀粉有自身潤滑性，流動性比淀粉、微晶纖維素好，國內(nèi)產(chǎn)品休止角為36.56°預(yù)膠化淀粉有干燥黏合性，可增加片劑硬度，減少脆碎度，可壓性好，彈性復(fù)原率小。特征：（1）流動性好（無論干濕），并有黏合作用，可增加片劑硬度，減少脆碎度；（2）可壓性好，彈性復(fù)原率小，適用于全粉末壓片；（3）具自我潤滑作用，減少片劑從模圈頂出的力量；（4）良好的崩解性質(zhì)。稀釋劑：5%-75%，兼具黏合劑、崩解劑作用。改善藥物溶出作用，有利于生物利用度的提高黏合劑：濕法制粒濃度5%-10%，直接壓片5%-20%。改善成粒性能，加水后有適度黏著性，故適于流化床制粒，高速攪拌制粒，并有利于粒度均勻，成粒容易。崩解劑：5%-10%，游離態(tài)支鏈淀粉潤濕后的巨大溶脹作用和非游離態(tài)部分的變形復(fù)原作用，具有極好促進(jìn)崩解作用，且不受崩解液pH影響(三)應(yīng)用日本藥局方外醫(yī)藥品規(guī)格：α淀粉是全預(yù)膠化淀粉的一種，在藥劑學(xué)中只作黏合劑用。δ淀粉：一種加水用高壓力物理改性的淀粉，可使淀粉溶解度、壓制品的溶解度、崩解度、結(jié)合性和硬度等都大大改善。四、羧甲基淀粉鈉來源與