CN101284878B - 一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法。包括如下步骤:1)在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加醇,搅拌,醇与浓硫酸的摩尔比为1∶1.6~2.8,混合均匀,制成磺化剂;2)在磺化剂中加入淀粉,磺化剂与淀粉的质量比为18~60∶1,搅拌反应,静置沉降,过滤,用醇冲洗沉淀数次,得到淀粉硫酸酯;3)将淀粉硫酸酯加入到水中,用氢氧化钠溶液调节pH值为8~10,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;4)在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇进行沉淀,离心分离,经干燥,得到淀粉硫酸钠。本发明的制备过程不使用有毒溶剂,制备的淀粉硫酸钠具有取代度较高、淀粉分子降解少、分子量较大等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法。
背景技术
淀粉是自然界蕴含丰富的可再生资源,由葡萄糖单元之间脱水缩合经糖苷键连接起来的多糖高分子化合物。淀粉可以分为两大类,即直链淀粉和支链淀粉。不同来源淀粉的支链淀粉和直链淀粉含量不同,大部分由约30%直链淀粉和70%支链淀粉组成的。含淀粉的农作物种类很多,工业上主要以谷类作物(如玉米、小麦、大米)和薯类作物(如马铃薯、木薯、甘薯、山芋等)为原料进行生产,所得的淀粉产品称为原淀粉。淀粉经衍生化改性,即变性淀粉,可以显著提高其性能。淀粉硫酸钠就是一种化学变性淀粉。
淀粉硫酸酯作为变性淀粉的成员之一,自二十世纪五十年代开发后,由于理化性质及生产成本不具备与其它变性淀粉产品竞争的优势,曾一度退出研究、生产及应用行列。近年来,随着淀粉硫酸酯生物活性的不断发现,尤其是抗病毒和抗肿瘤活性,重新受到关注。淀粉硫酸酯的衍生物具有肝素样抗血凝作用,可以作为天然抗凝剂肝素的廉价代用品。淀粉硫酸钠能抑制胃蛋白酶,可以用于治疗胃溃疡。淀粉硫酸钠还能使血小板具有可逆的凝血作用,用于沉淀血清β-脂蛋白。直链淀粉硫酸酯是胰核糖核酸酶的抑制剂,能迅速进入淋巴系统,可作为某些药物的载体。淀粉硫酸酯在食品、医药、石油等许多领域具有良好的应用前景。
美国专利(4,093,79)曾报道用烷基卤磺酸制备淀粉硫酸钠,但是烷基卤磺酸大毒性较大,对环境污染严重。国内有人(河北化工,27(3):41,2004)报道了采用淀粉半干法酯化制备淀粉硫酸钠,制备过程用到亚硫酸钠,但是亚硝酸钠属于致癌物质,应在食品、医药类产品的生产中慎用。还有人(精细化工,23(7):711-716,2006)报道氯磺酸法制备淀粉硫酸钠,氯磺酸是剧毒物质,且污染较严重,同样在食品、医药类产品的生产中也应慎用。
本研究采用浓硫酸和醇的混合液为磺化剂,制备水溶性、取代度在0.1~0.6之间的淀粉硫酸钠,具有明显的蛋白酶抑制作用。淀粉、浓硫酸和醇都是十分易得的工业原料,制备过程不采用有毒溶剂,环保经济。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法。
包括如下步骤:
1)在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加醇,醇与浓硫酸的摩尔比为1∶1.6~2.8,在-10~0℃下搅拌反应8~12h,搅拌转速为200~2000转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;
2)在磺化剂中加入淀粉,磺化剂与淀粉的质量比为18~60∶1,在-10~0℃下搅拌反应2~20h,静置,过滤,固体沉淀物用醇冲洗6~10次,得到淀粉硫酸酯;
3)将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至8~10,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;
4)在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为3000~8000转/分钟,30~40℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。
所述的淀粉硫酸钠的取代度为0.1~0.6。淀粉为谷类作物淀粉或薯类淀粉。谷类作物淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉或大米淀粉。薯类淀粉为马铃薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉或山芋淀粉。醇为正丙醇、异丙醇、丁醇中的一种或者多种。醇与浓硫酸的摩尔比优选为1∶1.8~2.6。磺化剂与淀粉的质量比优选为20~50∶1。
本发明在制备工艺上采取“非均相反应法”,使用浓硫酸和醇的混合液作为磺化剂,与淀粉实现非均相反应,经适当时间后除去磺化剂,加入氢氧化钠中和,得到淀粉硫酸钠。所开发的淀粉硫酸钠可以控制取代度在0.1~0.6之间,具有一定的生物活性,适合作为胃蛋白酶抑制剂。本发明的优点在于:1)磺化剂由浓硫酸和醇混合反应而成,醇起稀释作用,稀释浓硫酸,避免用浓硫酸直接磺化的剧烈程度,减少淀粉原料的降解,另外醇和浓硫酸反应生成硫酸酯,与淀粉发生转酯化反应,得到淀粉硫酸钠。2)通过控制磺化剂中浓硫酸和醇的配比、淀粉加入量、反应温度和反应时间,可根据产品需要把淀粉硫酸钠的取代度控制在0.1~0.6之间,同时还可防止淀粉分子的大量降解;3)制备工艺简单,易于控制和放大;3)生产和原料成本低廉,环境污染小,过程安全无毒。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的描述:
实施例1
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加正丙醇,正丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶1.9,在-10℃下搅拌反应8h,搅拌转速为1800转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入山芋淀粉,磺化剂与山芋淀粉的质量比为25∶1,在-6℃下搅拌反应4h,静置,过滤,固体沉淀物用正丙醇冲洗9次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至9,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为4000转/分钟,30℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.23。
实施例2
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加正丙醇,正丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶2.6,在-6℃下搅拌反应9h,搅拌转速为1500转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入小麦淀粉,磺化剂与小麦淀粉的质量比为30∶1,在-8℃下搅拌反应16h,静置,过滤,固体沉淀物用异丙醇冲洗8次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至10,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为6000转/分钟,35℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.48。
实施例3
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加正丁醇,正丁醇与浓硫酸的摩尔比为1∶2.1,在-8℃下搅拌反应10h,搅拌转速为1200转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入玉米淀粉,磺化剂与玉米淀粉的质量比为40∶1,在-6℃下搅拌反应12h,静置,过滤,固体沉淀物用异丙醇冲洗7次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至8,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为7500转/分钟,40℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.31。
实施例4
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加异丙醇,异丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶1.8,在-4℃下搅拌反应8h,搅拌转速为900转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入大米淀粉,磺化剂与大米淀粉的质量比为35∶1,在-4℃下搅拌反应10h,静置,过滤,固体沉淀物用正丁醇冲洗10次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至9,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为3500转/分钟,30℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.25。
实施例5
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加正丙醇,正丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶2.7,在-3℃下搅拌反应10h,搅拌转速为600转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入马铃薯淀粉,磺化剂与马铃薯淀粉的质量比为45∶1,在-2℃下搅拌反应8h,静置,过滤,固体沉淀物用正丁醇冲洗9次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至10,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为7000转/分钟,35℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.28。
实施例6
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加正丙醇,正丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶2.3,在-7℃下搅拌反应9h,搅拌转速为300转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入玉米淀粉,磺化剂与玉米淀粉的质量比为20∶1,在-4℃下搅拌反应20h,静置,过滤,固体沉淀物用正丙醇冲洗9次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至8,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为6500转/分钟,40℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.54。
实施例7
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加异丙醇,异丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶2.5,在-9℃下搅拌反应10h,搅拌转速为1500转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入木薯淀粉,磺化剂与木薯淀粉的质量比为25∶1,在-8℃下搅拌反应18h,静置,过滤,固体沉淀物用异丙醇冲洗8次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至9,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为5000转/分钟,30℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.5。
实施例8
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加正丙醇,正丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶2.4,在-2℃下搅拌反应11h,搅拌转速为1000转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入甘薯淀粉,磺化剂与甘薯山芋淀粉的质量比为28∶1,在0℃下搅拌反应6h,静置,过滤,固体沉淀物用正丙醇冲洗6次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至10,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为5500转/分钟,35℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.16。
实施例9
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加异丙醇,异丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶2.0,在-1℃下搅拌反应10h,搅拌转速为800转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入山芋淀粉,磺化剂与山芋淀粉的质量比为38∶1,在-6℃下搅拌反应8h,静置,过滤,固体沉淀物用异丙醇冲洗7次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至8,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为4500转/分钟,40℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.3。
实施例10
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加正丙醇,正丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶1.6,在-10℃下搅拌反应8h,搅拌转速为200转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入小麦淀粉,磺化剂与小麦淀粉的质量比为18∶1,在-10℃下搅拌反应2h,静置,过滤,固体沉淀物用正丙醇冲洗6次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至8,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为3000转/分钟,30℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.18。
实施例11
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加正丁醇,正丁醇与浓硫酸的摩尔比为1∶2.8,在0℃下搅拌反应12h,搅拌转速为2000转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入木薯淀粉,磺化剂与木薯淀粉的质量比为60∶1,在0℃下搅拌反应20h,静置,过滤,固体沉淀物用正丁醇冲洗10次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至10,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为8000转/分钟,40℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.5。
实施例12
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加正丙醇,正丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶1.8,在-10℃下搅拌反应8h,搅拌转速为200转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入山芋淀粉,磺化剂与山芋淀粉的质量比为20∶1,在-10℃下搅拌反应2h,静置,过滤,固体沉淀物用正丁醇冲洗8次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至8,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为3000转/分钟,30℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.1。
实施例13
在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加异丙醇,异丙醇与浓硫酸的摩尔比为1∶2.6,在0℃下搅拌反应12h,搅拌转速为2000转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;在磺化剂中加入玉米淀粉,磺化剂与玉米淀粉的质量比为50∶1,在0℃下搅拌反应20h,静置,过滤,固体沉淀物用正丙醇冲洗10次,得到淀粉硫酸酯;将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至10,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为8000转/分钟,40℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品。淀粉硫酸钠的取代度为0.6。
Claims (7)
1.一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
1)在反应器中加入浓硫酸,缓慢滴加醇,醇与浓硫酸的摩尔比为1∶1.6~2.8,在-10~0℃下搅拌反应8~12h,搅拌转速为200~2000转/分钟,混合均匀,得到磺化剂;
2)在磺化剂中加入淀粉,磺化剂与淀粉的质量比为18~60∶1,在-10~0℃下搅拌反应2~20h,静置,过滤,固体沉淀物用醇冲洗6~10次,得到淀粉硫酸酯;
3)将淀粉硫酸酯溶解于水,用氢氧化钠溶液调节pH值至8~10,过滤,得到淀粉硫酸钠溶液;
4)在淀粉硫酸钠溶液中加入乙醇,沉淀,离心分离,离心速度为3000~8000转/分钟,30~40℃干燥,得到淀粉硫酸钠产品;
所述的醇为正丙醇、异丙醇、丁醇中的一种或者多种。
2.根据权利要求1所述的一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法,其特征在于所述的淀粉硫酸钠的取代度为0.1~0.6。
3.根据权利要求1所述的一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法,其特征在于所述的淀粉为谷类作物淀粉或薯类淀粉。
4.根据权利要求3所述的一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法,其特征在于所述的谷类作物淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉或大米淀粉。
5.根据权利要求3所述的一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法,其特征在于所述的薯类淀粉为马铃薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉或山芋淀粉。
6.根据权利要求1所述的一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法,其特征在于所述的醇与浓硫酸的摩尔比为1∶1.8~2.6。
7.根据权利要求1所述的一种水溶性淀粉硫酸钠的制备方法,其特征在于所述的磺化剂与淀粉的质量比为20~50∶1。
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