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《药用高分子材料学》主讲:刘文教授2008年3月-7月厚德明志笃学力行全国高等中医院校规划教材第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行一、淀粉(一)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。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，仍不失力量基本的药用辅料之一。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行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。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(二)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-吡南环形葡萄糖：直链淀粉是以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。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。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行在各种淀粉中，直链淀粉约占20%-25%，支链淀粉约占75%-85%。淀粉是葡萄糖的聚合物，每个葡萄糖单元中含有2个仲醇和1个伯醇，在每一个分子的末端单元，有3个仲醇和1个伯醇，而首端单元含有2个仲醇和1个伯醇，1个内缩醛轻基，这些醇基与一般醇类(如甲醇，乙醇)一样能进行酯化或醚化反应，20世纪以来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，羟丙基醚等衍生物相继取得成功，但对其他的研究还不充分，它们在医药领域的应用远不如纤维素衍生物广泛。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(三)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）第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(三)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）玉米淀粉为白色结晶粉末，显微镜下观察其颗粒呈球壮或多角形，平均粒径为10-15μm，堆密度0.462ml-1，实密度为0.658ml-1，比表面积0.5-0.72m2g-1，吸水后体积增加78%，流动性不良，流动速度为10.8-11.7s-1。淀粉在干燥处切不受热时，性质稳定。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(三)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）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与水，2%的水混合液Ph为5.5-6.5，与水的接触角为80.5-85.0°，淀粉不溶于水、乙醇、乙醚。含水量：在常温、常压下，淀粉有一定的平衡水分，各类淀粉为10-12%，薯类为17-18%尽管淀粉含有如此高的水分，但确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。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与羟基自行缔合的程度比马铃薯淀粉分子大淀粉剩余的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。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(三)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）吸湿：淀粉中含水量受空气湿度和温度的影响，阴雨天，空气对湿度较高，淀粉中的含水量增加；天气干燥，则淀粉含水量减少。在一定的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，此时淀粉所含的水分称为平衡水分。在常温常压下，各类淀粉的平衡水分为10-15%，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。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，岁环境的变化而变化，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。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(三)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）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性相，无定性相是亲水的，进入水中就吸水，先是有限的可以膨胀，而后是整个颗粒膨胀。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。糊化：第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行在淀粉粒中，支链淀粉构成有序的立体网络，其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，故而分散于水中，而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粘稠胶体溶液，冷却后仍然不变化，这种支链淀粉经脱水干燥后，粉碎成粉末，仍易在凉水中溶胀并分散成胶体溶液；而分离出来的直链淀粉分散液虽经同样的处理，在热水中也不复溶。这种现象原因是什么？第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(三)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）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，最终变成粘稠的糊，这种现象成为“糊化”，相应的温度称为“糊化温度”。直链淀粉占有的比例大，糊化困难，甚至高压锅内长时间处理也不溶解，支链淀粉比例较大时，教容易使淀粉粒破裂。①水化②膨胀第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(三)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）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，最终变成粘稠的糊，这种现象成为“糊化”，相应的温度称为“糊化温度”。直链淀粉占有的比例大，糊化困难，甚至高压锅内长时间处理也不溶解，支链淀粉比例较大时，教容易使淀粉粒破裂。糊化的本质：水分子加入淀粉粒中，结晶相和无定性相的淀粉分子之间的氢键断裂，破坏了缔合状态，分散在水中成为亲水胶体。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(三)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）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，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。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，重新组成混合的微晶束，它们与水的亲和力下降，故易从水中分离，浓度低时析出沉淀，浓度高时，由于氢键作用，糊化分子又自动排列，构成致密的三维网状结构，便形成凝胶体。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(四)应用淀粉在药物制剂中主要用作片剂的稀释剂、崩解剂、粘合剂、助流剂，崩解剂。用量在3%-15%，粘合剂用量在5%-25%。淀粉应用安全无毒，同时药典品不得检出大肠杆菌、活蛹，1g淀粉含霉菌应在100个以下，杂菌不得多于1000个。英国药典现收载的可灭菌玉米淀粉是玉米淀粉经化学及物理改性后的淀粉，遇水或蒸汽灭菌不糊化，是供某些医疗用途的改性淀粉。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行二、糊精(一)来源与制法淀粉很易水解，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有白糊精和黄糊精。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。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行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。生产时，加热温度不得过高，酸在淀粉中的分布应保证均匀，一般用0.05%-0.15%硝酸喷雾，由于淀粉原料一般含水分在10%-18%，故需预干燥，在此过程要保持加热温度均匀(用蒸气夹层或油夹层加热)，并可在容器上方吹热风以加速除去挥发物及水分。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，而得不同粘度的产品，其转化条件见表4-1。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(二)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，国内习惯上称高粘度糊精者，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，放冷粘度增加，显触变性，原因是糊精中含有生产时残留的微量无机酸。在干燥态或制成胶浆后粘度缓缓下降。本品应放置在阴凉、干燥处密闭保存。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行(三)应用糊精在药剂学中可作为片剂或胶囊剂的稀释剂，片剂的粘合剂，也可作为口服液体制剂或混悬剂的增粘剂。第四章药用天然高分子材料第一节淀粉及其衍生物厚德明志笃学力行三、预胶化淀粉(一)来源与制法预胶化淀粉(prepelatinized)又称部分化α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。工业生产的预胶化淀粉有好几种型号，预