CN101624424B - 一种制备羧甲基变性淀粉的方法 - Google Patents

一种制备羧甲基变性淀粉的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备羧甲基变性淀粉的方法,该方法以非晶颗粒态淀粉为基础,微波法为核心,结合干法和溶剂法的部分工艺;其步骤如下:①将一定量的纯水和95%的乙醇混合,在搅拌状态下加入淀粉,保持反应容器密闭,维持反应体系温度,搅拌反应数分钟;②在搅拌状态下破碎滤饼,喷洒配制好的氢氧化钠乙醇液,在25℃下搅拌,反应数分钟,待反应结束,再喷入配制好的氯乙酸钠乙醇液,搅拌使其混匀;③将反应混合物均匀铺开,置于微波反应器中,照射数分钟;④将微波照射后的反应物,用乙醇洗涤、离心;⑤经干燥、粉碎、筛分制得羧甲基变性淀粉。该方法可制得高取代度羧甲基淀粉,具有反应效率高、反应周期短、反应能耗低的优点。

Description

一种制备羧甲基变性淀粉的方法
技术领域
本发明属于变性淀粉技术领域,具体涉及非晶颗粒态处理,结合微波法、干法、溶剂法部分工艺制备羧甲基变性淀粉的方法。
背景技术
随着工业和科学技术的迅速发展,在众多淀粉产品中,变性淀粉占有非常重要的地位,是拓宽淀粉应用的主要途径。变性淀粉是指利用物理、化学或者生物酶制剂方法,通过分子切断、重排或在淀粉分子中引入官能团,加强原淀粉的某些品质或者引进原淀粉所不具备的一些特性,以适应现代工业对淀粉品质提出的更高要求而制备的淀粉衍生物。
羧甲基变性淀粉(Carboxymentyl Starch,CMS)又称淀粉甘醇酸钠,是淀粉的羧甲基衍生物,是变性淀粉的主要品种之一。羧甲基淀粉能直接溶于冷水,具有亲水性好、常温易凝胶化,糊的粘度稳定、透明度高、冻融稳定性好等优点。目前羧甲基淀粉已被广泛应用于纺织、印染、造纸、医药、食品、化妆品、建材、胶黏剂、皮革和油田开发助剂等众多领域,享有“工业味精”之称。
目前,羧甲基淀粉的制备方法主要有水媒法、干法、半干法和溶剂法;水媒法生产的羧甲基淀粉取代度(DS)较低,一般都在0.1以下,而且反应时间较长,需3-12h不等。干法、半干法制备的羧甲基淀粉虽然取代度较高,但对设备要求较高,淀粉和化学试剂混匀困难,反应不均一,且取代基仅分布在淀粉颗粒表面,产品溶解性差,副产物难以除去,影响产品质量。溶剂法克服了水媒法不能制备较高取代度产品的缺点,但是洗涤产品时又需要大量的有机溶剂,致使成本提高,而且在生产DS>0.5的高取代度产品时,易发生反应物结块,造成搅拌器抱死,反应无法继续的现象。
综上所述几种制备方法通常都是直接以淀粉作为原料,淀粉颗粒是由结晶区和非结晶区构成,由于结晶区的存在,试剂很难进入到淀粉颗粒的内部,一方面导致结晶区内化学反应的效率和活性降低,另一方面导致淀粉颗粒外部和内部、以及结晶区和非晶区的化学反应程度不均匀,从而影响变性淀粉的品质以及应用效果。而非晶颗粒态是一种特殊的淀粉物态形式,是介于淀粉的多晶颗粒态和非晶糊化态的中间体系,由于非晶颗粒态淀粉具有颗粒态,但没有结晶性的限制,因此与试剂作用时会更加容易。
另外,微波属于一种无梯度的加热方式,其热效与传统的加热不同,它可以进入到物体内部,随着电磁场的变化,使杂乱无章的分子运动变成有序的高频振动,短时间内产生大量的热能,更重要的是这种热能产生于介质内部,不但可以加速化学反应速率,还可以引起一些化学反应的动力学改变。
发明内容
本发明克服了现有羧甲基淀粉制备技术的不足,在综合现有淀粉改性技术优点的基础上,提供一种结合非晶颗粒态预处理、干法、微波法、溶剂法制备羧甲基淀粉的新型工艺。该制备方法具有反应效率高、反应周期短、反应能耗低、产品取代度高等特点。
本发明采取的技术方案是:以非晶颗粒态淀粉为基础,微波法为核心,结合干法和溶剂法的部分工艺,制备羧甲基淀粉的方法,其步骤如下:
(1)、试剂配制:
①、氢氧化钠乙醇液配制:将容器置于冷水浴中,将13~108g的氢氧化钠溶于14~113ml纯水中,待其溶解后,缓缓加入35~282ml 95%的乙醇,搅拌使其完全溶解。
②、氯乙酸钠乙醇液配制:将容器置于冷水浴中,将5~143g的氢氧化钠溶于6~150ml纯水中,待其溶解后,缓缓加入15~375ml 95%的乙醇,搅拌使其完全溶解后,再向其中缓缓加入14~352g的氯乙酸,搅拌使其完全反应。
(2)、操作步骤:
①、非晶颗粒态预处理:将312~1560ml纯水和488~2440ml 95%乙醇混合后,在搅拌状态下加入200g~1000g干基淀粉,保持搅拌和反应容器密闭,维持反应体系温度为85℃,保持40r/min的速度,搅拌反应30~35min,反应结束后,进行离心,收集滤液;
②、碱化反应:将滤饼破碎后,在搅拌状态下,喷洒配制好的氢氧化钠乙醇液,在25℃下搅拌,保持55r/min的速度,碱化反应25~30min,待碱化反应结束后,在50~55r/min速度的搅拌状态下,再喷入配制好的氯乙酸钠乙醇液,搅拌10~20min,使其混合均匀;
③、醚化反应:将反应混合物以3~6mm的厚度均匀铺开,置于微波反应器中,设定微波功率为400~1500w,照射时间5~15min;
④、洗涤过程:将微波照射产物用定量的乙醇洗涤、离心后,收集滤液,直至滤液经定量的硝酸银溶液检测,无白色絮状沉淀物为止;
⑤、干燥、粉碎、包装:经干燥、粉碎、筛分、包装制得不同取代度的羧甲基淀粉。
所述原料淀粉可以是玉米、小麦、大米、马铃薯、绿豆、蚕豆、豌豆中分离的淀粉的一种或几种混合物。
本发明的有益效果是:
1.对淀粉进行非晶颗粒态预处理,消除淀粉颗粒内部的结晶结构,使内部结构疏松,但保持完整的颗粒形貌,使淀粉颗粒拥有更高的渗透性,能更有效的与化学试剂充分接触进行反应,反应效率明显提高;
2.利用微波提供的能量进行醚化反应,与传统的加热方式相比,反应时间明显缩短,且能耗低,对环境污染小;
3.本方法可制备不同取代度的羧甲基淀粉,具有反应效率高,反应周期短,反应能耗低的优点。
具体实施方式
实施例1
1、试剂配制:
①、氢氧化钠乙醇液配制:将容器置于冷水浴中,将20.48g的氢氧化钠溶于21.5ml纯水中,待其溶解后,缓缓加入53.9ml 95%的乙醇,搅拌使其完全溶解。
②、氯乙酸钠乙醇液配制:将容器置于冷水浴中,将22.38g的氢氧化钠溶于23.5ml纯水中,待其溶解后,缓缓加入58.8ml 95%的乙醇,搅拌使其完全溶解后,再向其中缓缓加入55.09g的氯乙酸,搅拌使其完全反应。
2、操作方法:
①、将312ml纯水和488ml 95%的乙醇混合后,在搅拌状态下加入200g小麦淀粉(干基),保持搅拌和反应容器密闭,维持反应体系温度为85℃,保持40r/min的速度,搅拌反应30min,反应结束后,进行离心,收集滤液;
②、将滤饼破碎后,在搅拌状态下,喷洒配制好的氢氧化钠乙醇液,在25℃下搅拌,保持55r/min的速度,碱化反应25min,待碱化反应结束后,在55r/min速度的搅拌状态下,喷入已配制好的氯乙酸钠乙醇液,搅拌10min,使其混合均匀;
③、将反应混合物以3~6mm的厚度均匀铺开,置于微波反应器中,设定微波功率为700w,照射时间5min;
④、将微波照射后的反应产物,用86%的乙醇洗涤,离心后,收集滤液,如此重复3-4次,直至滤液经1%的硝酸银溶液检测,无白色絮状沉淀物为止;
⑤、经干燥、粉碎、筛分、包装可制得DS=0.40±0.03的羧甲基淀粉。
实施例2
1、试剂配制:
①、氢氧化钠乙醇液配制:将容器置于冷水浴中,将57.15g的氢氧化钠溶于60ml纯水中,待其溶解后,缓缓加入150ml 95%的乙醇,搅拌使其完全溶解。
②、氯乙酸钠乙醇液配制:将容器置于冷水浴中,将83.33g的氢氧化钠溶于87.56ml纯水中,待其溶解后,缓缓加入219ml 95%的乙醇,搅拌使其完全溶解后,再向其中缓缓加入205.15g的氯乙酸,搅拌使其完全反应。
2、操作方法:
①、将780ml纯水和1220ml 95%的乙醇混合后,在搅拌状态下加入500g马铃薯淀粉(干基),保持搅拌和反应容器密闭,维持反应体系温度为85℃,保持40r/min的速度,搅拌反应30min,反应结束后,进行离心,收集滤液;
②、将滤饼破碎后,在搅拌状态下,喷洒配制好的氢氧化钠乙醇液,在25℃下搅拌,保持55r/min的速度,碱化反应25min,待碱化反应结束后,在55r/min速度的搅拌状态下,喷入配制好的氯乙酸钠乙醇液,搅拌15min,使其混合均匀;
③、将反应混合物以3~6mm的厚度均匀铺开,置于微波反应器中,设定微波功率为900w,照射时间10min;
④、将微波照射后的反应产物,用86%的乙醇洗涤,离心后,收集滤液,如此重复3-4次,直至滤液经1%的硝酸银溶液检测,无白色絮状沉淀物为止;
⑤、经干燥、粉碎、筛分、包装可制得DS=0.60±0.03的羧甲基淀粉。
实施例3
1、试剂配制:
①、氢氧化钠乙醇液配制:将容器置于冷水浴中,将107.15g的氢氧化钠溶于112.5ml纯水中,待其溶解后,缓缓加入282ml 95%的乙醇,搅拌使其完全溶解。
②、氯乙酸钠乙醇液配制:将容器置于冷水浴中,将142.85g的氢氧化钠溶于150ml纯水中,待其溶解后,缓缓加入375ml 95%的乙醇,搅拌使其完全溶解后,再向其中缓缓加入352g的氯乙酸,搅拌使其完全反应。
2、操作方法:
①、将1560ml纯水和2440ml 95%的乙醇混合后,在搅拌状态下加入1000g玉米淀粉(干基),保持搅拌和反应容器密闭,维持反应体系温度为85℃,以40r/min的速度搅拌反应35min,反应结束后,进行离心,收集滤液;
②、将滤饼破碎后,在搅拌状态下,喷洒配制好的氢氧化钠乙醇液,在25℃下搅拌,保持55r/min的速度,碱化反应30min,待碱化反应结束后,在55r/min速度的搅拌状态下,喷入配制好的氯乙酸钠乙醇液,搅拌20min,使其混合均匀;
③、将反应混合物以3~6mm的厚度均匀铺开,置于微波反应器中,设定微波功率为1200w,照射时间12min;
④、将微波照射后的反应产物,用86%的乙醇洗涤,离心后,收集滤液,如此重复3-4次,直至滤液经1%的硝酸银溶液检测,无白色絮状沉淀物为止;
⑤、经干燥、粉碎、筛分、包装可制得DS=0.50±0.03的羧甲基淀粉。
所述其制备方法中包括了4个步骤:淀粉的非晶颗粒态预处理,干法反应器中的碱化反应,微波反应器中的醚化反应,湿法反应器中的洗涤过程。
所述制备方法中的原料淀粉可以是玉米、小麦、大米、马铃薯、绿豆、蚕豆、豌豆中分离淀粉的一种或几种混合物。
本制备方法通过控制淀粉、氢氧化钠、氯乙酸加入量及改变照射功率、照射时间,制取不同取代度的羧甲基淀粉。以200g小麦淀粉为例,通过调整各项参数,可制备不同取代度的羧甲基淀粉。
具体参数详见下表:
制备不同取代度小麦羧甲基淀粉的各项参数
Figure GSB00000409584200061

Claims (2)

1.一种制备羧甲基变性淀粉的方法,其特征在于方法步骤如下:
(1)、试剂配制
①、氢氧化钠乙醇液配制:将容器置于冷水浴中,将13~108g的氢氧化钠溶于14~113ml纯水中,待其溶解后,缓缓加入35~282ml95%的乙醇,搅拌使其完全溶解;
②、氯乙酸钠乙醇液配制:将容器置于冷水浴中,将5~143g的氢氧化钠溶于6~150ml纯水中,待其溶解后,缓缓加入15~375ml 95%的乙醇,搅拌使其完全溶解后,再向其中缓缓加入14~352g的氯乙酸,搅拌使其完全反应;
(2)、操作步骤
①、非晶颗粒态预处理:将312~1560ml纯水和488~2440ml 95%的乙醇混合后,在搅拌状态下加入200g~1000g干基淀粉,保持搅拌和反应容器密闭,维持反应体系温度为85℃,保持40r/min的速度,搅拌反应30~35min,反应结束后,进行离心,收集滤液;
②、碱化反应:将滤饼破碎后,在搅拌状态下,喷洒配制好的氢氧化钠乙醇液,在25℃下搅拌,保持55r/min的速度,碱化反应25~30min,待碱化反应结束后,在50~55r/min速度的搅拌状态下,再喷入配制好的氯乙酸钠乙醇液,搅拌10~20min,使其混合均匀;
③、醚化反应:将反应混合物以3~6mm的厚度均匀铺开,置于微波反应器中,设定微波功率为400~1500w,照射时间3~15min;
④、洗涤过程:将微波照射产物用定量的乙醇洗涤、离心后,收集滤液,直至滤液经定量的硝酸银溶液检测,无白色絮状沉淀物为止;
⑤、干燥、粉碎、包装:经干燥、粉碎、筛分、包装制得不同取代度的羧甲基淀粉。
2.根据权利要求1所述一种制备羧甲基变性淀粉的方法,其特征在于原料淀粉可以是玉米、小麦、大米、马铃薯、绿豆、蚕豆、豌豆中分离的淀粉的一种或几种混合物。
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