玉米淀粉是人类主要的淀粉来源之一，也是工业淀粉和以淀粉作为原料的深加工产业的主要原料。

 

美国淀粉加工业95%的淀粉都是玉米淀粉，我国淀粉的主要生产原料也是玉米。

 

通常所说的玉米淀粉是直链淀粉和支链淀粉的混合物，高直链玉米淀粉是指玉米淀粉之中直链淀粉含量高达55%～85%，而普通玉米籽粒之中直链淀粉的含量只有22%～27%。

 

直链淀粉是由葡萄糖通过α-1，4键连接在一起的聚合物，聚合度为100个～6000个葡萄糖单位，呈链状结构。它的水悬浮液在加热时不产生糊精，而以胶体溶解，形成黏度较低的不稳定溶液，在50℃～60℃下静置较长时间后，会析出晶状沉淀，反应是可逆的，遇碘反应呈蓝色。

 

1.直链淀粉在生物降解塑料中的应用

直链淀粉具有近似纤维的性能，相对于一般淀粉具有独特的应用价值，尤其是经过理化修饰后的直链淀粉功能进一步加强，为开拓淀粉在工业生产中的应用提供了新原料。

 

用直链淀粉制成的薄膜，具有较好的透明度、柔韧性、抗张强度和水不溶性，并且无毒、无污染，广泛应用于密封材料、包装材料和耐水耐压材料。

 

德国BATTELLE研究所已经成功改良了青豌豆品种，研制出直链含量很高的淀粉，可以直接用通常的方法成形，得到的膜透明柔软，性能与PVC类似，在水中或潮湿土壤中可完全降解。美国曾申请过生产直链淀粉薄膜的专利，它既可包装粉状产品，又可包装速冻食品。

 

由于直链淀粉较高的抗切力和强度，以及良好的抗水性能，还被用于起皱和胶粘剂工业。直链淀粉可用于多种胶片和各种胶条的制造。用直链淀粉制造的胶片具有突出的透明度、弹性、抗拉强度和抗水性。

 

目前，全世界都在呼吁治理白色污染，即农用地膜、生活垃圾中的塑料污染已经成为世界一大公害，特别在我国尤为突出；而以直链淀粉为原料制成的光解膜已成为在塑料工业中应用的最新科技成果，这也是高直链淀粉玉米最具吸引力的地方。利用高直链淀粉取代聚苯乙烯生产光降解塑料，这种塑料有可能应用于包装工业和农用薄膜加工业，是解决目前日益严重的白色污染的有效途径，它的利用将为世界环保事业带来一次重大革命。美国已选育出高直链淀粉玉米，主要供应美国和西欧生产光解塑料膜的原料。

 

据报道，利用含有不同直链的4种干燥玉米淀粉在185℃与PLA进行共混，共混物拉伸强度和断裂伸长率随淀粉含量的增加而降低，但是在与PLA同比率共混时，4种淀粉的共混物没有明显的不同。淀粉中PLA吸水率的速度和程度随淀粉含量的增加而增加。高含量直链淀粉的共混物要比普通的和蜡质玉米淀粉的共混物的吸水率低。

 

Kim等人制备了PLLA玉米淀粉和PLLA/高直链玉米淀粉（≤40%）共混物，研究发现，共混物断裂时的拉伸强度和伸长率随淀粉含量的增加而降低。在相同淀粉含量下，含高直链淀粉共混物的拉伸强度比天然玉米淀粉的拉伸强度大。

 

为了进一步改善直链淀粉的加工性能，邱礼平等人对高直链交联变性淀粉结构及糊化性质进行了研究。研究表明，直链淀粉含量越高，分子间易结合，易发生凝沉，糊化越难；但其剪切力强，成膜性能好。淀粉经过变性后其性质也会改变，高直链淀粉经交联形成的交联变性淀粉的分子量比高直链淀粉大，剪切力强，更易凝沉，不易膨胀，难糊化，但成膜性能好；而且70%高直链淀粉交联效果比50%高直链淀粉好；直链淀粉含量越高的淀粉越难溶于水。由于直链淀粉以上特性，在工业上，高直链交联淀粉对进一步改善降解材料的耐水性有着广阔的应用前景。

 

2.高直链淀粉玉米的研究与应用的局限性

直链淀粉的合成受复杂的基因环境相互作用的影响，增加直链淀粉含量，就可能降低产量和其他农艺性状。在高直链淀粉玉米育种中遇到的问题主要有：

 

① 淀粉总含量的下降；② 水分含量的增加；③ 产量的下降。

 

目前，高直链淀粉玉米杂交种的产量仅为普通玉米的65%～75%。既基因虽然可以显著提高直链淀粉的含量，但是也会引起其他农艺性状的不良表现。2001年，滕文涛等人研究发现，在自交系转育成具有ae基因高直链淀粉玉米过程中，籽粒的光泽度和饱满度均发生变化。籽粒饱满度下降必然引起千粒质量降低，这可能就是造成产量下降的主要原因。正是因为存在着与基因相联系的某些农艺性状和加工方面的缺陷，虽然美国对高直链淀粉玉米的研究已有40年的历史，但目前只有卡斯汤姆农场种子公司生产这种玉米，只有两家大型玉米湿磨厂生产玉米直链淀粉。因此，选育高直链淀粉玉米时，既要保证ae基因高效表达，又要注意千粒质量的选择。

 

3.高直链淀粉玉米的发展前景

白色污染给人类生存环境带来难以估量的损失，这已引起全社会乃至全人类对环境保护的高度重视。面对日益枯竭的石油资源，符合潮流的生物降解材料作为高科技环保产品正成为一个研发热点。降解塑料要进入市场必须达到以下要求：

 

① 实用性，具有与同类普通塑料近似的应用性能；

 

② 降解性，在完成使用功能后能在自然环境中较快地降解，成为易被环境消纳的碎片，最终回归自然；

 

③ 安全性，降解过程中和降解后的残留物对自然环境无害或无潜在危害；

 

④ 经济性，价格与同类普通塑料接近或持平。

 

然而生物降解塑料的价格过高，降解塑料比同类现行塑料产品的价格高50%以上，其中能完全降解的高出4倍～8倍，成为其推广应用的最大障碍。为了降低成本，保证产品的降解性能，淀粉可生物降解塑料成为全国都在关注的热点产品。

 

淀粉是目前使用最广泛的一类可完全生物降解的多糖类天然高分子，具有原料来源广泛、价格低廉和易生物降解等优点，在生物降解材料领域占有重要的地位。国内外公布的各种牌号淀粉塑料的力学性能一般可以与同类应用的传统塑料相比，但其使用性能往往不尽如人意，其主要缺点之一是含淀粉的降解塑料耐水性都不好，湿强度差，一遇水其力学性能则严重降低，而耐水性恰恰是传统塑料在使用过程中的优点。高直链淀粉相对于普通淀粉有较好的抗水性、耐剪切性和成膜性，因此在塑料工业中的发展潜力巨大。

 

从混合淀粉中分离直链淀粉的成本是很高的，如果只靠进口，价格十分昂贵的，一般为2000美元/t～2500美元/t。到现在为止，我国对高直链淀粉玉米还没有进行完整系统的研究，尚无杂交种育成。我国直链淀粉仍然主要依靠进口，每年需要花去大量外汇，这就要求我们加强对高直链淀粉玉米品种的培育，选育出优质、高产、多抗性的高直链淀粉玉米品种投入生产，使得玉米从单纯的粮食作物、饲料作物逐步向经济作物和工业原料过渡，由单纯产量型向品质型和专用型转变。

 

法国农业工业研究和开发中心的尼古拉?博吉翁认为，可生物降解塑料的制造将成为世界各国生产谷物的一个重要出路。随着全球经济一体化进程的加快，为了适应新需求，高直链淀粉玉米商业生产利用，将对改善农村产业结构及国民经济的可持续发展有重要意义。