第八讲 淀粉及其衍生物

第四章药用天然高分子材料本章内容第一节淀粉及其衍生物第二节纤维素第三节纤维素衍生物第四节药用纤维素衍生物各论第五节其他天然药用高分子材料第一节淀粉及其衍生物淀粉糊精和麦芽糖糊精预胶化淀粉羧甲淀粉钠羟丙淀粉本节要求掌握淀粉、糊精、预胶化淀粉的性质及其在制剂中的用途。熟悉淀粉、糊精、预胶化淀粉、羧甲基淀粉钠的来源、制法。了解淀粉、羧甲基淀粉钠的化学结构，糊精、预胶化淀粉、羟丙基淀粉。一、淀粉和氧化淀粉（一）淀粉1.来源与制法淀粉(starch)广泛存在于绿色植物的须根和种子中，根据植物种类、部位、含量不同，各以特有形状的淀粉粒而存在。在玉米、麦和米中，约含淀粉75%以上，马铃薯、甘薯和许多豆类中淀粉含量也很多。如:大米约80%；小麦约70%；马铃薯约20％薏米淀粉颗粒结构大米淀粉颗粒结构来源

淀粉含量品种淀粉含量糙米73%豌豆58%高梁70%蚕豆49%燕麦面67%荞麦面40%小麦66%甘薯19%大麦60%马铃薯16%谷子60%

药用淀粉多以玉米淀粉为主，中国是玉米生产大国，年产量650万吨以上，我国药用淀粉年产量在万吨以上，尤其是近年来，在引进国外先进设备的基础上，大大提高了麸质分离和精制工序的效率，使淀粉质量有进一步提高。近年来，由于化学合成辅料的问世，出现了新辅料部分取代药用淀粉的趋势，但淀粉目前仍然是主要的药用辅料，因为它具有许多独特的优点。如无毒无味，价格低廉，来源广泛，供应十分稳定。故迄今为止，仍不失为最基本的药用辅料之一。淀粉的生产主要是物理过程，其工艺过程有以下几部分:(1)原料预处理：将玉米筛选，风力除尘，水洗，磁力吸铁，除去机械性杂质。(2)浸泡：用0.25%-0.30%的亚硫酸，于48-50℃将玉米浸泡2天以上，使玉米软化并除去可溶性杂质。(3)粗破碎：将脱胚机使玉米破碎成10-12瓣，但不能损坏胚芽，用分离器分离去胚芽。(4)细研磨：将玉蜀黍稀浆用锤式粉碎机及金刚砂磨进行细研磨，用曲筛、转筒等设备过筛，得粗淀粉乳。(5)分离、脱水、干燥：将粗淀粉乳经细斜槽和真空吸滤器分离去蛋白质，于低压低温干燥1-1.5h，经粉碎过筛可得水分在13%的淀粉。2.化学结构淀粉是天然存在的糖类，它是由两种多糖分子组成，一为直链淀粉(amylose)，一为支链淀粉(amylopectin)，它们的结构单元是D-吡喃环形葡萄糖：淀粉是由许多葡萄糖分子脱水缩聚而成的高分子化合物是以α-1，4苷键连接的葡萄糖单元，分子量为3.2×l04-1.6×1O5，此值相当于聚合度n为200-980，直链淀粉由于分子内氢键作用，链卷曲成螺旋形，每个螺旋圈大约有6个葡萄糖单元。直链淀粉支链淀粉是由D-葡萄糖聚合而成的分支状淀粉，其直链部分也为α-1，4苷键，而分支处则为α-1，6苷键，支链淀粉的分子量较大，根据分支程度的不同，平均分子量范围在1000万-2亿，相当于聚合度为5万-100万，一般认为每隔15个单元，就有一个α-1，6苷键接出的分支。支链淀粉分子的形状如高粱穗，小分支极多，估计至少在50个以上。-1,4-苷键直链淀粉由于分子内氢键作用，直链淀粉的螺旋形结构-1,6苷键-1,4-苷键支链淀粉支链淀粉构象示意图

淀粉组成：直链淀粉约占20%-25%，支链淀粉约占75%-85%，与植物种类、品种、生长时期相关淀粉改性淀粉中葡萄糖单元的醇基:仲醇、伯醇、缩醛羟基，与一般醇类(如甲醇，乙醇)一样能进行酯化或醚化反应将淀粉改性为：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，羟丙基醚等衍生物在医药领域应用远不如纤维素衍生物1.形态与物理常数2.淀粉的溶解性、含水量与氢键作用力3.淀粉的吸湿与解吸4.淀粉的水化、膨胀、糊化5.淀粉的回升（老化、凝沉）3.性质

玉米淀粉为白色结晶粉末，显微镜下观察其颗粒呈球状或多角形，平均粒径为10-15μm堆密度0.462g/ml，实密度为0.658g/ml比表面积0.6-0.72m2/g，吸水后体积增加78%流动性不良，流动速度为10.8-11.7g/s。淀粉在干燥处且不受热时，性质稳定1.形态与物理常数2.淀粉的溶解性、含水量与氢键作用力3.淀粉的吸湿与解吸4.淀粉的水化、膨胀、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单元的羟基排列于内侧，故呈微弱的亲水性并能分散于水，2%的水混合液pH为5.5-6.5，与水的接触角为80.5-85.0°，淀粉不溶于冷水、乙醇、乙醚。

不溶于冷水——淀粉制造工业的理论基础。所谓水磨法，就是利用这一性质。先将原料打碎成糊(若原料为玉米一类籽粒粮则必须先行浸泡，然后湿磨破坏组织，使其成糊)，除去蛋白质及其它杂质，再使淀粉在水中沉淀析出。

直链淀粉溶于热水（60-80度），支链淀粉不可溶。（可用于分离二者）②含水量在常温、常压下，淀粉有一定的平衡水分，谷类淀粉为10-12%，薯类为17-18%。尽管淀粉含有如此高的水分，但却不显示潮湿而呈干燥的粉末状，这主要是淀粉中的葡萄糖单元存在的众多醇羟基与水分子相互作用形成氢键的缘故。③氢键

不同淀粉的含水量存在差异，这是由于淀粉分之中羟基自行缔合及与水缔合程度不同所致，例如：玉米淀粉分子中的羟基比马铃薯淀粉分子中能够与水分子形成缔合氢键的游离羟基数目相对较少，因而含水量较低。1.形态与物理常数2.淀粉的溶解性、含水量与氢键作用力3.淀粉的吸湿与解吸4.淀粉的水化、膨胀、糊化5.淀粉的回升（老化、凝沉）①吸湿淀粉吸湿性很强，淀粉中含水量受空气湿度和温度的影响阴雨天，空气相对湿度较高，淀粉中的含水量增加天气干燥，则淀粉含水量减少一定相对湿度和温度条件下，淀粉吸收水分与释放水分达到平衡，此时所含水分称为平衡水分在常温常压下，谷类淀粉的平衡水分为10-12%，薯类为17-18%用做稀释剂的淀粉和崩解剂的淀粉，宜用平衡水分下的玉米淀粉②解吸

淀粉中存在的水，分为自由水和结合水两种状态，自由水保留在物体团粒间或孔隙内，仍具有普通水的性质，随环境的变化而变化，这种水与吸附的物质只是表面接触，它具有生理活性，可被微生物利用，排除这部分水，就有可能改变物质的物理性质。1.形态与物理常数2.淀粉的溶解性、含水量与氢键作用力3.淀粉的吸湿与解吸4.淀粉的水化、膨胀、糊化5.淀粉的回升（老化、凝沉）①水化

淀粉颗粒中的淀粉分子有的处于有序态（晶态），有的处于无序态（非晶态），它们构成淀粉颗粒的结晶相和无定形相，无定形相是亲水的，进入水中就吸水，产生水化作用。②膨胀

淀粉在60-80℃热水中，能发生膨胀，直链淀粉分子从淀粉粒中向水中扩散，形成胶体溶液，而支链淀粉则仍以淀粉粒残余的形式保留在水中，二者可离心分离。淀粉粒:支链淀粉构成有序立体网络，中间为直链淀粉占据在热水中，处于无序状态的螺旋结构的直链淀粉分子，伸展成线形，脱离网络，分散于水中分离了直链淀粉的支链淀粉粒，在热水中加热并加搅拌后可形成稳定的黏稠胶体溶液③糊化若不实施直链淀粉与支链淀粉的分离，在过量水中，淀粉加热至60-80℃，则颗粒吸水膨胀，至某一温度时，整个颗粒突然大量膨化、破裂，晶体结构消失，最终变成黏稠的糊，这种现象称为“糊化”，相应温度称为“糊化温度”,处于这种状态的淀粉称为-淀粉。直链淀粉占有比例大，糊化困难，支链淀粉比例较大时，较容易使淀粉粒破裂。

糊化的本质：淀粉在水中加热后，破坏结晶胶束区的弱的氢键，水分子开始侵入淀粉粒内部，淀粉粒开始水合和溶胀，结晶胶束结构逐渐消失，淀粉粒破裂，直链淀粉由螺旋线形分子伸展成直线形，从支链淀粉的网络中逸出，分散于水中；支链淀粉呈松散的网状结构，此时淀粉分子被水分子包围,呈黏稠亲水胶体溶液。糊化温度：

糊化通常发生在一个狭窄的温度范围，较大的颗粒先糊化，较小的颗粒后糊化。淀粉粒溶胀、内部结构破坏的温度范围，称为糊化温度。几种谷物淀粉粒的糊化温度淀粉种类糊化温度范围（℃）糊化开始温度（℃）大米58~6158小麦65~67.565玉米64~7264高粱69~7569影响糊化的因素

（1）淀粉粒结构（分子间缔合程度，支直链比例，颗粒大小）（2）温度高低

（3）共存的其它组分：糖、脂类、盐会不利糊化

（4）pH值

（5）淀粉酶1.形态与物理常数2.淀粉的溶解性、含水量与氢键作用力3.淀粉的吸湿与解吸4.淀粉的水化、膨胀、糊化5.淀粉的回升（老化、凝沉）淀粉糊或淀粉稀溶液在低温静置一段时间，会变成不透明的凝胶或析出沉淀，这种现象称为回升或老化（凝沉），形成的淀粉称为“回升淀粉”。老化可视为糊化的逆转，但老化不能是淀粉彻底逆转复原成生淀粉的结构状态。老化后的淀粉失去与水的亲和力，难以被淀粉酶水解，因此不易被人体消化吸收，遇碘不变蓝色。

回升的本质是糊化的淀粉在温度降低时分子运动速度降低直链淀粉分子和支链淀粉分子的分枝趋于平行排列，相互靠拢，彼此以氢键结合，与水的亲和力下降，浓度低时，从水中分离，重新组成高度致密的结晶化的不溶性淀粉分子微晶束，析出沉淀浓度高时或冷却速度很快，糊化分子又自动排列，但直链淀粉分子来不及重新排列成束状结构，构成致密的三维网状结构，使形成凝胶体。影响老化的因素

1)温度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；含水量过低或过高，均不易老化

3)结构直链淀粉、中等聚合度的淀粉易老化4)pH值＜7或＞10，因带同种电荷，老化减慢

5)共聚物脂类、乳化剂、多糖、蛋白质等抗老化6)其他淀粉浓度、无机盐老化作用的防止生产上为防止淀粉的老化作用，采用高温糊化，同时进行激烈搅拌，严格控制加热时间及搅拌条件，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）用于糖果制作过程中的填充剂，也可以作为淀粉糖浆的原料。为防黏、便于操作，可使用少量淀粉代替有害滑石粉。2）作为雪糕、冰棍及罐头增稠剂，增加制品结着性和持水性。3）用于稀释饼干的面筋浓度和调节面筋膨润度，解决饼干坯收缩变形的问题。4.应用②在药物制剂中的应用淀粉在药物制剂中主要用作片剂的稀释剂、崩解剂、黏合剂。崩解用量3%-15%，黏合剂用量5%-25%。崩解原理：淀粉遇水体积膨胀。（二）氧化淀粉用次氯酸盐或过氧化氢等氧化剂使淀粉氧化。氧化淀粉主要用于造纸工业的施胶剂，包装工业的纸箱胶黏剂，纺织工业的上浆剂和食品工业的增稠剂等。其他淀粉衍生物交联淀粉淀粉与具有两个或多个官能团的化学试剂如环氧氯丙烷和甲醛等交联剂作用，使不同淀粉分子的羟基间联结在一起，所得衍生物称为交联淀粉。用于食品工业增稠剂，纺织工业上浆剂和医药工业外科乳胶手套的润滑剂及赋形剂。淀粉酯（与纤维素衍生物的结构类似）乙酸酯、高级脂肪酸酯、磷酸酯、黄原酸酯、硫酸酯、硝酸酯等。淀粉醚（与纤维素衍生物的结构类似）羟丙基淀粉和羧甲基淀粉等。二、糊精和麦芽糖糊精(一)糊精1.来源与制法

淀粉易水解，与水加热即可引起分子的裂解；与无机酸共热时，可彻底水解为糊精或葡萄糖。淀粉水解是大分子逐步降解为小分子的过程，这个过程的中间产物总称为糊精，糊精分子有大小之分，根据它们遇碘-碘化钾溶液产生的颜色不同，分为蓝糊精、红糊精和无色糊精等，其分子量由4.5×103-8.5×104不等。在药剂学中应用的糊精按淀粉转化条件的不同，有白糊精和黄糊精之分。酸水解一般用稀硝酸，因盐酸含氯离子影响药物制剂氯化物杂质测定。淀粉水解糊精酸性、干燥蓝糊精红糊精无色糊精糊精的制法是在干燥状态下将淀粉水解，其过程有四步：酸化、预干燥、糊精化及冷却。淀粉转化成糊精可因用酸量、加热温度及淀粉含水量等不同，而得不同黏度的产品，其转化条件见表4-1(P104)。2.性质

糊精为白色、淡黄色粉末。堆密度为0.8g/cm3，实密度为0.91g/cm3，熔点178℃(并伴随分解)，含水量5%(W/W)。不溶于乙醇(95℃)、乙醚，缓缓溶于水，国内习惯上称高黏度糊精者，其水溶物约为80%。糊精易溶于热水，水溶液煮沸变稀，呈胶浆状，放冷黏度增加，显触变性。安全性无毒、无刺激性较大量摄入可能有害较大剂量用于营养补充未见不良反应3.应用

糊精在药剂学中可作为颗粒剂、片剂、胶囊剂的稀释剂，也可作为口服液体制剂或混悬剂的增黏剂。

但制成的片剂释放性能差，对主药含量的测定有干扰。(二)麦芽糖糊精1.来源与制法

淀粉部分水解糊精+麦芽糖混合物酸or酶、干燥相对分子量900-9000，葡萄糖当量（DE）<20

葡萄糖当量：淀粉水解程度的量度，定义为每100g干燥物中所含D-葡萄糖的克数。DE不同的麦芽糖糊精，其物理性质（如溶解度、黏度）也不同。2.性质麦芽糖糊精为无甜味、无臭的白色粉末或颗粒。易溶于水，微溶于乙醇。若其DE提高，则吸湿性、可压性、溶解度、甜度也随之提高，黏度下降。松密度和休止角很低。安全性无毒、无刺激性

3.应用

片剂：黏合剂（直压片、湿法制粒）稀释剂（对溶出无影响）咀嚼片（DE较高）薄膜包衣材料喷雾干燥：辅料;糖浆结晶抑制剂溶液渗量调节剂;提高溶液黏度糖的口服营养代用品三、预胶化淀粉(一)来源与制法预胶化淀粉(prepelatinized)又称部分预胶化淀粉、可压性淀粉，它是淀粉经物理或化学改性，有水存在下，淀粉粒全部或部分破坏的产物。

Starch1500G（卡乐康）：5%游离直链淀粉、15%游离支链淀粉、80%非游离态淀粉（淀粉粒）工业生产的预胶化淀粉有好几种型号，预胶化玉米淀粉简称为PCS(Pregelationcornstarch)。我国目前供药用的产品是部分预胶化淀粉，它的制法是：1．将药用淀粉加水混匀，在适当的设备中，控制加工温度在35℃以下，破坏淀粉粒，部分脱水制得，使含水量降至10%-14%。2．另一种制法是将淀粉的水混悬液(42%)加热(62-72℃)，破坏淀粉粒，间或加入少量凝胶化促进剂以及表面活性剂，以减少干燥时黏结，混悬液干燥，粉碎即得。(二)性质预胶化淀粉有不同等级，外观粗细不一，无定形粉末，颜色从白至类白色不等，其主要性质如下：1．扫描电镜观察，预胶化淀粉的表面形态不规则，并呈现裂隙、凹隙等，此种结构有利于粉末压片时颗粒的相互啮合。2．X-射线衍射图谱显示，原淀粉的结晶峰明显消失。

3．预胶化淀粉不溶于有机溶剂（乙醇、乙醚等），微溶以至可溶于冷水，冷水中可溶物为10%-20%，能在温水中溶解，碱中稳定，酸中较差。

4．国产预胶化淀粉，松密度为0.5-0.6g/ml，粒度分布:无大于80目者，大于120目者占5%，95%通过120目。

5．预胶化淀粉的吸湿性与淀粉相似，25℃及相对湿度为65%时，平衡吸湿量为13%，由于其具有保湿作用，与易吸水变质的药物配伍比较稳定。6．预胶化淀粉有自身润滑性，流动性比淀粉、微晶纤维素好，国内产品休止角为36.56°预胶化淀粉有干燥黏合性，可增加片剂硬度，减少脆碎度，可压性好，弹性复原率小。特征：（1）流动性好（无论干湿），并有黏合作用，可增加片剂硬度，减少脆碎度；（2）可压性好，弹性复原率小，适用于全粉末压片；（3）具自我润滑作用，减少片剂从模圈顶出的力量；（4）良好的崩解性质。稀释剂：5%-75%，兼具黏合剂、崩解剂作用。改善药物溶出作用，有利于生物利用度的提高黏合剂：湿法制粒浓度5%-10%，直接压片5%-20%。改善成粒性能，加水后有适度黏着性，故适于流化床制粒，高速搅拌制粒，并有利于粒度均匀，成粒容易。崩解剂：5%-10%，游离态支链淀粉润湿后的巨大溶胀作用和非游离态部分的变形复原作用，具有极好促进崩解作用，且不受崩解液pH影响(三)应用日本药局方外医药品规格：α淀粉是全预胶化淀粉的一种，在药剂学中只作黏合剂用。δ淀粉：一种加水用高压力物理改性的淀粉，可使淀粉溶解度、压制品的溶解度、崩解度、结合性和硬度等都大大改善。四、羧甲基淀粉钠来源与