CN101585889A - 羧甲基魔芋葡甘聚糖制备方法 - Google Patents

Abstract

一种羧甲基魔芋葡甘聚糖的制备方法，将微波应用于CMKGM的工业化生产，实现了高效、节能；与传统方法相比，本方法的反应体系为半干状态，没有废水的处理和排放，辅料的用量可以减少20％－50％；生产时间与湿法相比可以节约50％－70％，能耗减少20％－30％，可有效降低生产成本。用本发明方法制备的CMKGM的取代度为0.10～0.45。

Description

羧甲基魔芋葡甘聚糖制备方法

技术领域

本发明涉及食品加工、生物、医药等领域，特别是涉及一种羧甲基魔芋葡甘聚糖的制备方法。

背景技术

魔芋葡甘聚糖(koniac glucomannan polysaccharids，简称KGM)是魔芋块茎中所含的储备性多糖，约占魔芋干物质的50％以上。其自然资源比较丰富，可生物降解，与生物组织有良好的相容性，是一种性能优良的天然高分子材料。KGM具有不产生热量、强吸水、抗菌性、增稠性、成膜性、胶凝性等特点，在药物的添加与释放，助控体重，排除重金属离子，酶固定床，控制血脂，提高免疫力，糖尿病，晶体材料、纺织、石油钻探等方面有广阔的应用前景。然而天然KGM固有的物理性质：如流变性较差，水溶液稳定性差，易降解，不易存放，近中性条件下形成的KGM膜抗水性很弱，在水中很快就会溶胀分解等，这些缺点限制了其在工业生产中的广泛应用。为改善KGM的物理、化学和生物学性能，实际应用中，常常通过一定方法(主要是化学方法)对KGM改性。KGM的化学改性研究主要涉及脱乙酰基、酸降解、醚化、酯化、氧化、交联、接枝共聚以及两种改性方法相结合等方法。

羧甲基魔芋葡甘聚糖(Carboxymethyl koniac glucomannan polysaccharids，简称CMKGM)是KGM的主要改性品种之一，是KGM在碱性条件下与醚化试剂反应所得的水溶性衍生物，为黄色粉末。与KGM相比，CMKGM的溶解性、抗潮性、成膜性能、水溶液稳定性、抗菌性能等明显改善，可作为保鲜剂、上浆剂、生物囊材、重金属离子吸附剂等，广泛应用于食品添加剂、保健品、药用添加剂、排铅药物、化工、纺织等领域。

目前关于KGM的羧甲基化改性均是采用湿法。主要方法是：KGM与氯乙酸或氯乙醇在碱性条件下，以有机溶剂(主要是乙醇、异丙醇、丙酮)或者水为反应介质，在50℃～70℃水浴温度下反应3～5小时而制得。如：张小菊等将KGM加适量水，一定温度分散溶胀1h后与一定量的氯乙酸、碘化钾溶液混合，洗涤、干燥、粉碎后所得CMKGM溶解性、抗潮性、成膜性能等明显改善，可用作空心胶囊的囊材；田大听等也以水为分散介质，在NaOH浓度3.5mol/L，CH₂ClCOOH浓度为2mol/L，50℃条件下反应5小时制得了CMKGM，并且改性后产品的粘度稳定性提高。汪超等在乙醇介质中先混合醚化试剂，在pH为12、55℃条件下经过3小时反应制备CMKGM。牛春梅等以异丙醇为分散剂，制备的CMKGM糖再经交联后可吸附水溶液中的Pb⁺，去除率可达97.3％。无论采用哪种方法，当前生产CMKGM的方法均存在耗时长，反应介质严重浪费，生产成本较高的缺点。

干法和半干法连续合成反应工艺是高分子改性研究的热点，具有快速、高效、无废水排放、降耗等特点。微波法又因其热效率高，升温快，成为固(半固)相连续合成法的研究重点。

微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁波(波长1米-1毫米)。物料介质由极性分子和非极性分子组织，在电磁场作用下，这些极性分子从随机分布状态转为依电场方向进行取向排列。而在微波电磁场作用下，这些取向运动以每秒数十亿次的频率不断变化，造成分子的剧烈运动与碰撞摩擦，从而产生热量，达到电能直接转化为介质内的热能。因此，微波加热是介质材料自身损耗电场能量而发热。微波应用于魔芋多糖的改性加工具有如下优点：微波加热是通过微波能与魔芋多糖直接相互作用进行表面与内部一致的整体加热，加热速度快、时间短、产品质量高、加热均匀，且加热过程具有自动热平衡性能，反应灵敏易于控制，热效率高，设备占地面积少等。

微波加热是国家推广应用的一项节能技术，将微波加热应用于KGM的改性，能够达到高效、节能、减排、降耗的效果。国内外尚无相关研究报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种比传统方法省事省时、节能的CMKGM制备方法，该方法将微波的快速升温加热方式应用到CMKGM生产领域。

本发明依次通过下列工艺步骤实现：

(1)将氯乙酸溶于少量无水乙醇得氯乙酸乙醇溶液；将氢氧化钠溶于质量体积比等量的水中得氢氧化钠溶液；

(2)将魔芋葡甘聚糖和质量体积比1～1.5倍的水，在1000rpm～4000rpm的高速混合机中搅拌溶胀，然后加入氯乙酸乙醇溶液，混匀后喷入氢氧化钠溶液，魔芋葡甘聚糖、氯乙酸、氢氧化钠的质量比用量为：魔芋葡甘聚糖∶氯乙酸∶氢氧化钠＝1∶0.20～0.90∶0.25～0.85，边喷边搅拌，充分混匀后，送入带式微波反应器中，在30～200秒内将温度升至50℃～95℃的设定温度，在此温度下，利用输送过程的恒定温度保温反应3～20分钟，将反应完毕的物料用冰醋酸中和至中性后，用质量比浓度为50％～85％的乙醇溶液洗去副反应产生的物质和未参与反应的氯乙酸，重复洗涤三次后，滤去洗液，将滤饼粉碎进入35℃～45℃的鼓风干燥箱中干燥，干燥后的物料经粉碎过60目筛后得到的黄色粉末即为羧甲基魔芋葡甘聚糖。

用本发明方法制备的CMKGM的取代度为0.10～0.45。

本发明具有以下优点：

1、将微波应用于CMKGM的工业化生产，实现了高效、节能；2、与传统方法相比，本方法的反应体系为半干状态，没有废水的处理和排放，辅料的用量可以减少20％-50％；3、生产时间与湿法相比可以节约50％-70％，能耗减少20％-30％，可有效降低生产成本。

具体实施方式

实施例1：

将200kg的KGM和250L水，在1000rpm的高速混合机中溶胀混匀，加入125L含有135kg氯乙酸的氯乙酸乙醇溶液，充分混匀后喷入125L含有40kg氢氧化钠的氢氧化钠水溶液，边喷边搅拌，充分混匀后，送入带式微波反应器中，在30秒中内将温度升至50℃，并保持输送带上的物料在50℃输送，输送保温过程持续反应3分钟。反应完毕的物料用冰醋酸中和至中性后用50％的乙醇溶液洗去副反应产生的物质和未参与反应的氯乙酸，重复洗涤三次后，滤去洗液，将滤饼粉碎进入45℃的鼓风干燥箱中干燥，干燥后的物料经粉碎过60目筛后得到的黄色粉末即为CMKGM。经测定，其取代度为0.10。

实施例2：

将200kg的KGM和300L水，在4000rpm的高速混合机中溶胀混匀，加入125L含有120kg氯乙酸的氯乙酸乙醇溶液，充分混匀后喷入115L含有175kg氢氧化钠的氢氧化钠水溶液，边喷边搅拌，充分混匀后，送入带式微波反应器中，在200秒内将温度升至95℃，并保持输送带上的物料在95℃输送，输送保温过程持续反应20分钟。反应完毕的物料用冰醋酸中和至中性后用85％的乙醇溶液洗去副反应产生的物质和未参与反应的氯乙酸，重复洗涤三次后，滤去洗液，将滤饼粉碎进入35℃的鼓风干燥箱中干燥，干燥后的物料经粉碎过60目筛后得到的黄色粉末即为CMKGM。经测定，其取代度为0.45。

实施例3：

将200kg的KGM和200L水，在2000rpm的高速混合机中溶胀混匀，加入125L含有118kg氯乙酸的氯乙酸乙醇溶液，充分混匀后喷入100L含有100kg氢氧化钠的氢氧化钠水溶液，边喷边搅拌，充分混匀后，送入带式微波反应器中，在100秒内将温度升至70℃，并保持输送带上的物料在95℃输送，输送保温过程持续反应10分钟，反应完毕的物料用冰醋酸中和至中性后用70％的乙醇溶液洗去副反应产生的物质和未参与反应的氯乙酸，重复洗涤三次后，滤去洗液，将滤饼粉碎进入40℃的鼓风干燥箱中干燥，干燥后的物料经粉碎过40目筛后得到的黄色粉末即为CMKGM。经测定，其取代度为0.35。

Claims (1)

1、一种羧甲基魔芋葡甘聚糖制备方法，其特征在于，依次通过下列工艺步骤实现：

(1)将氯乙酸溶于少量无水乙醇得氯乙酸乙醇溶液；将氢氧化钠溶于质量体积比等量的水中得氢氧化钠溶液；

(2)将魔芋葡甘聚糖和质量体积比1～1.5倍的水，在1000rpm～4000rpm的高速混合机中搅拌溶胀，然后加入氯乙酸乙醇溶液，混匀后喷入氢氧化钠溶液，魔芋葡甘聚糖、氯乙酸、氢氧化钠的质量比用量为：魔芋葡甘聚糖∶氯乙酸∶氢氧化钠＝1∶0.20～0.90∶0.25～0.85，边喷边搅拌，充分混匀后，送入带式微波反应器中，在30～200秒内将温度升至50℃～95℃的设定温度，在此温度下，利用输送过程的恒定温度保温反应3～20分钟，将反应完毕的物料用冰醋酸中和至中性后，用质量比浓度为50％～85％的乙醇溶液洗去副反应产生的物质和未参与反应的氯乙酸，重复洗涤三次后，滤去洗液，将滤饼粉碎进入35℃～45℃的鼓风干燥箱中干燥，干燥后的物料经粉碎过60目筛后得到的黄色粉末即为羧甲基魔芋葡甘聚糖。