CN101967233B

CN101967233B - 一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法

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Publication number: CN101967233B
Application number: CN2010102996860A
Authority: CN
Inventors: 熊犍; 叶君
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: CN101967233A

Abstract

本发明公开一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法，首先向羧甲基纤维素钠原料加入酸溶液，超声处理，在设定温度下反应，进行分离除去分离心液，加入碱、超声处理，脱水、烘干、粉碎得产品。本发明能得到高纯度、高品质羧甲基纤维素钾。具有节能，省时，操作简单、方便、得到的产品具有性能高，批次间质量稳定的特点。

Description

一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法

技术领域

本发明涉及一种羧甲基纤维素钾的生产方法，具体是一种羧甲基纤维素钾的生产方法。

背景技术

国家标准食品添加剂GB2760-2007标准将羧甲基纤维素钠(CMC)列为：可在各类食品中按生产需要适量使用的添加剂名单(A3，53)，广泛应用于饮料、奶制品、冰淇淋、酱油、果冻、果酱、方便面等食品工业中。这就意味着在食品生产中，CMC可以大量添加。然而，研究证明，糖尿病、高血压、心血管病等疾病都与钠离子摄入过多有着密切的联系。

降低人体摄入钠离子的总量。一方面适当降低钠食盐的摄入量，行之有效的办法是增加食品中钾盐的量，从而降低人体内钠离子的总量。如市场上都出现了低钠盐的产品就是添加一定量的氯化钾取代氯化钠的食盐。

CMC生产工艺是精制浆与NaOH按照一定的比例反应生成碱纤维素，碱纤维素与氯乙酸按照一定的比例进行醚化反应，中和，纯化，干燥，粉碎。由于，KOH的碱性远大于NaOH的碱性，使得在碱化过程中，纤维素降解严重，无法得到高黏度的产品，在醚化过程中醚化剂利用率低，副产物增加，KOH的吸水性、吸二氧化碳性及价格远远高于NaOH，且KOH中含有一定量的Na⁺(分析纯的Na盐≤2％，GB/T2306)，KCl的使用量没有NaCl大，KCl的使用范围没有NaCl宽。因此，用生产羧甲基纤维素钠的工艺方法来生产羧甲基纤维素钾，所得到的产品取代度低，黏度低，不易溶解，Na含量高，生产成本高，严重限制了羧甲基纤维素钾的使用。

本发明一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的生产方法，可以得到高纯度不同取代度和黏度的羧甲基纤维素钾(Na盐≤0.5％)，增加了改性纤维素的品种，扩大了改性纤维素的使用范围，有效降低成本和增加羧甲基纤维素钾的生产效率，具有节能，省时，操作简单、方便、得到的产品具有性能高，批次间质量稳定的特点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法，该方法成本低、效率高、产品的品质高。本发明通过如下技术方案实现。

一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法，包括如下步骤：

第一步向原料加入质量浓度10～40％的H₂SO₄水溶液，H₂SO₄水溶液与原料的用量比为4～16升∶1公斤；所述原料是食品级羧甲基纤维素钠成品或未纯化食品级羧甲基纤维素钠；所述原料是食品级羧甲基纤维素钠成品或未纯化食品级羧甲基纤维素钠；

第二步间歇超声处理1～15分钟，每次超声处理0.5～5分钟，超声处理频率为15～104kHz，功率密度为0.1～1.5kW/m³；10～40℃保温0.5～1小时，分离，固体用pH＝1～3，0～30℃水洗涤，分离得固体；

第三步第二步得到的固体加入碱粉末，超声处理0.1～15分钟，超声处理频率为15～104kHz，功率密度为0.1～1.5kW/m³，中和到pH＝7.5～8；

第四步第三步得到固体的脱水、烘干、粉碎得产品。

上述一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法，第一步加酸前进行惰性气体保护处理，在真空度为0.05～0.10MPa下脱气5～20分钟，充入惰性气体。

上述一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法，第二步水洗涤时采用水或醇的水溶液，得到的固体含水量55～65％。

上述一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法，所述醇的水溶液是甲醇、乙醇或异丙醇溶液。

上述一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法，第三步是在惰性气体保护下进行，温度25～35℃保温0.1～0.5小时，碱粉末是按照重量份数K₂CO₃99.0～99.5份、(NH₄)₂CO₃1～1.5份组成的混合物，碱与原料中的羧甲基摩尔比为1∶2。

上述一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法，所述惰性气体是氮气或氩气，得到的产品中Na盐≤0.5％wt。

上述一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法，所述食品级羧甲基纤维素钠为FH6型、FH9型、FVH9型或FM9型。

适用于本发明的原料的品质与批次，以及工艺的稳定对最终产品的品质产生较大影响。

本发明采用的惰性气体保护技术，和利用食品级羧甲基纤维素钠成品或未纯化食品级羧甲基纤维素钠为原料，得到高纯度的产品(Na盐≤0.5％)，具有高取代度、高黏度的羧甲基纤维素钾，批次间质量稳定，可以直接在现有设备上实现本发明。本发明采用的超声处理技术，是利用超声的具有的湍流效应、微扰效应、界面效应、聚能效应，同时采用的惰性气体保护技术，并在所限定的工艺条件下使得到的产品具有性能高，批次间质量稳定。

总的来说，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、得到批次间质量稳定、品质高的高纯度羧甲基纤维素钾(Na盐≤0.5％)，加了改性纤维素的品种，扩大了改性纤维素的使用范围，有效降低成本和增加羧甲基纤维素钾的生产效率；

2、由于使用超声处理技术，节能，省时；

3、设备清洗及操作简单、方便。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施做进一步地详细说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。

发明人对本发明进行了深入地创造性研究和试验，有许多成功的实施例，下面列举五个实施例。

实施例1

第一步将食品级羧甲基纤维素钠(FH6型，DS＝0.62，1％水溶液黏度(Brookfield)250mPa，纯度98.8％)51g，真空度为0.05MPa下脱气5分钟，充入氮气，加入质量浓度10％的H₂SO₄水溶液816mL；

第二步超声处理1分钟，超声处理频率为15kHz，功率密度为1.5kW/m³，间歇3分钟超声处理2次，每次0.5分钟，10℃保温1小时，分离，10℃保温10小时，分离，固体用pH＝1，0℃水洗涤，分离，得到含水量为55％的固体；

第三步第二步得到的固体在氮气保护下进行超声处理0.1分钟，超声处理频率为15kHz，功率密度为0.1kW/m³，温度25℃，加入K₂CO₃99份、(NH₄)₂CO₃1.5份组成的碱混合物粉末7.3g(碱∶原料中的羧甲基为1∶2(摩尔比))，保温0.5小时pH＝7.5；

第四步第三步得到固体的脱水、烘干、粉碎、得产品。

所得产品DS＝0.62，1％wt水溶液黏度(Brookfield)320mPa，纯度99.8％，Na盐≤0.15％wt。

在同样的时间，没有超声处理的产品没有完全溶解，无法进行黏度测定。

实施例2

第一步将生产没有纯化的食品级羧甲基纤维素钠(FH6型，DS＝0.62，2％水溶液黏度(Brookfield)50mPa，纯度85.0％)65g，真空度为0.10MPa下脱气20分钟，充入氮气，加入质量浓度40％的H₂SO₄水溶液260mL；

第二步超声处理15分钟，超声处理频率为104kHz，功率密度为0.1kW/m³；间歇1分钟超声处理3次，每次5分钟，40℃保温1小时，分离，固体用pH＝3，30℃，80％乙醇水洗涤，分离，得到含水量为65％的固体；

第三步第二步得到的固体在氮气保护下进行超声处理15分钟，超声处理频率为104kHz，功率密度为0.1kW/m³，温度35℃，加入K₂CO₃99.5份、(NH₄)₂CO₃1份组成的碱混合物粉末8.1g(碱∶原料中的羧甲基为1∶2(摩尔比))，保温0.3小时，pH＝8.0；

第四步第三步得到固体的脱水、烘干、粉碎、得产品。

所得产品DS＝0.60，1％水溶液黏度(Brookfield)330mPa，纯度98.9％，Na盐≤0.5％wt。

实施例3

第一步将食品级羧甲基纤维素钠(FH9型，DS＝1.0，1％水溶液黏度(Brookfield)400mPa，纯度98.8％)40g，真空度为0.05MPa下脱气10分钟，充入氩气，加入质量浓度15％的H₂SO₄水溶液300mL；

第二步超声处理10分钟，超声处理频率为25kHz，功率密度为0.5kW/m³；间歇1.5分钟超声处理5次，每次2分钟，10℃保温0.5小时，分离，固体用pH＝1，10℃，80％甲醇水洗涤，分离，得到含水量为60％的固体；

第三步第二步得到的固体在氩气保护下进行超声处理10分钟，超声处理频率为252kHz，功率密度为0.25kW/m³，温度30℃，加入、K₂CO₃99.5份、(NH₄)₂CO₃1份组成的碱混合物粉末8.4g(碱∶原料中的羧甲基为1∶2(摩尔比))，保温0.5小时，pH＝8.0；

第四步第三步得到固体的脱水、烘干、粉碎、得产品。

所得产品DS＝0.99，1％水溶液黏度(Brookfield)460mPa，纯度99.8％，Na盐≤0.17％。

实施例4

第一步将食品级羧甲基纤维素钠(FVH9型，DS＝0.90，1％水溶液黏度(Brookfield)800mPa，纯度98.8％)40g，真空度为0.09MPa下脱气15分钟，充入氩气，加入质量浓度15％的H₂SO₄水溶液500mL；

第二步超声处理5分钟，超声处理频率为35kHz，功率密度为0.2kW/m³；间歇1.5分钟超声处理5次，每次1分钟，20℃保温0.5小时，分离，固体用pH＝1，20℃，80％异丙醇水洗涤，分离，得到含水量为65％的固体；

第三步第二步得到的固体在氩气保护下进行超声处理5分钟，超声处理频率为35kHz，功率密度为0.2kW/m³，温度20℃，加入K₂CO₃99.5份、(NH₄)₂CO₃1份组成的碱混合物粉末7.5g(碱∶原料中的羧甲基为1∶2(摩尔比))，保温0.3小时，pH＝8.0；

第四步第三步得到固体的脱水、烘干、粉碎、得产品。

所得产品DS＝0.90，1％水溶液黏度(Brookfield)950mPa，纯度99.8％，Na盐≤0.15％wt。

实施例5

第一步将食品级羧甲基纤维素钠(FM9型，DS＝0.90，2％水溶液黏度(Brookfield)800mPa，纯度98.8％)40g，真空度为0.09MPa下脱气15分钟，充入氩气，加入质量浓度15％的H₂SO₄水溶液500mL；

第二步超声处理12分钟，超声处理频率为28kHz，功率密度为0.1kW/m³；间歇2分钟超声处理，每次2分钟，20℃保温0.5小时，分离，固体用pH＝1，20℃，85％异丙醇水洗涤，分离，得到含水量为65％的固体；

第三步第二步得到的固体在氩气保护下进行超声处理8分钟，超声处理频率为28kHz，功率密度为0.1kW/m³，温度25℃，加入K₂CO₃99.5份、(NH₄)₂CO₃1份组成的碱混合物粉末7.5g(碱∶原料中的羧甲基为1∶2(摩尔比))，保温0.1小时，pH＝8.0；

第四步第三步得到固体的脱水、烘干、粉碎、得产品。

所得产品DS＝0.90，2％水溶液黏度(Brookfield)950mPa，纯度99.8％，Na盐≤0.16％wt。

Claims

1.一种超声用于生产羧甲基纤维素钾的方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步向原料加入质量浓度10～40％的H₂SO₄水溶液，H₂SO₄水溶液与原料的用量比为4～16升∶1公斤；所述原料是食品级羧甲基纤维素钠成品；

第二步间歇超声处理1～15分钟，每次超声处理0.5～5分钟，超声处理频率为15～104kHz，功率密度为0.1～1.5kW/m³；10～40℃保温0.5～1小时，分离，固体用pH＝1～3，0～30℃采用水或醇的水溶液洗涤，分离得固体，得到的固体含水质量分数为55～65％；

第三步在惰性气体保护下，25～35℃保温0.1～0.5小时，向第二步得到的固体加入碱粉末，超声处理0.1～15分钟，超声处理频率为15～104kHz，功率密度为0.1～1.5kW/m³，中和到pH＝7.5～8；碱粉末是按照重量份数K₂CO₃99.0～99.5份、(NH₄)₂CO₃1～1.5份组成的混合物，碱与原料中的羧甲基摩尔比为1∶2；

第四步第三步得到固体的脱水、烘干、粉碎得产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步加酸前进行惰性气体保护处理，在真空度为0.05～0.10MPa下脱气5～20分钟，充入惰性气体。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述醇的水溶液是甲醇、乙醇或异丙醇溶液。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述惰性气体是氩气或采用氮气代替，得到产品中Na盐≤0.5％wt。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述食品级羧甲基纤维素钠成品为FH6型、FH9型、FVH9型或FM9型。