CN102702368A

CN102702368A - 一种流动性淀粉及其干法制备方法

Info

Publication number: CN102702368A
Application number: CN2012101410663A
Authority: CN
Inventors: 黄强; 扶雄; 罗发兴; 何小维
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-05-08
Also published as: CN102702368B

Abstract

本发明公开了一种流动性淀粉及其干法制备方法。该方法将淀粉在干法反应器中进行加热干燥处理，冷却至室温；将干燥的淀粉分别与盐和碱溶液在干法反应器中混合均匀，加热干燥淀粉，然后冷却至室温；将烯基琥珀酸酐喷入干法反应器中，密闭反应器，在30℃～50℃下保持搅拌反应1～4小时，然后在80℃～120℃继续反应30～100分钟；向反应罐中喷入盐酸溶液，使淀粉呈酸性，调节并控制淀粉水分含量，喷入高价金属离子盐溶液反应，并升温继续反应间，最后将粉碎，过筛，得到高性能流动性淀粉。所得产品具有生产成本低，疏水性和流动性好，在日用化工、印刷、石油开采、农业等领域具有广泛应用。

Description

一种流动性淀粉及其干法制备方法

技术领域

本发明属于淀粉改性及其精深加工领域，特别涉及一种流动性淀粉的干法制备方法。

背景技术

淀粉是天然可再生资源，具有生物可降解，无环境污染，价格低廉等特点，天然淀粉及其改性产物在食品、化工、医药等领域广泛应用。淀粉颗粒中含有大量羟基，亲水性强，流动性差。在淀粉分子中引入疏水基团并以适当方式屏蔽亲水性羟基，可以使淀粉的流动性得到显著提高，产品在造纸、食品、印刷、化妆品、石油开采等领域广泛应用。

目前，流动性淀粉的制备技术多采用湿法工艺，该工艺是将淀粉分散在水中形成淀粉乳体系，并在此体系中进行物理化学改性，产物具有反应均匀，流动性好等优点，但存在反应时间长，用水量大，三废问题突出，生产成本高等不足。淀粉干法制备具有工艺简单，产品得率高，无环境污染，产品成本低，反应耗时短，设备投资少等优点，是目前淀粉改性新的增长点。

中国发明专利ZL 200710304696.7公开了一种高流动性和强疏水性淀粉及其制备方法，该方法采用淀粉进行干法改性处理，通过铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂等复配使用在淀粉颗粒表面包覆一层疏水性薄膜，从而获得疏水性淀粉；同时以二氧化硅和氧化铝在疏水性淀粉颗粒表面包覆一层流动性改善剂，使疏水性的淀粉有良好的流动性。但该方法制备流动性淀粉的主要原理是对淀粉颗粒进行物理包覆，如混合不均会影响包覆效果和活化指数等理化指标。

发明内容

为了克服现有湿法和干法制备技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种高性能流动性淀粉的制备方法，通过淀粉干法制备工艺，产品具有生产工艺简单，耗时短，流动性好等突出优点。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的高性能流动性淀粉，该流动性淀粉的休止角为4°～12°，活化指数为96%～99%。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种流动性淀粉的干法制备方法，包括以下步骤：

（1）以质量份数计，将100份淀粉在干法反应器中进行加热干燥处理，将淀粉水分质量含量干燥至3%～10%，然后冷却至室温；

（2）将步骤（1）干燥的淀粉先后分别与1～5质量份，质量百分比浓度为15～25%硫酸钠溶液和5～15份，质量百分比浓度为2～5%氢氧化钠或碳酸钠溶液，在干法反应器中混合均匀，以150～200转/分搅拌30～60分钟，并升温至80℃～100℃加热干燥淀粉，控制淀粉水分含量在5%～15%，然后冷却至室温；

（3）将1～5质量份烯基琥珀酸酐喷入干法反应器中的淀粉，并以150～200转/分搅拌混合均匀，密闭干法反应器，在30℃～50℃下保持100～150转/分搅拌反应1～4小时，然后升温至80～120℃继续反应30～100分钟；

（4）向反应罐中喷入1～5质量份，浓度为质量百分比浓度为2～5%的盐酸溶液，使淀粉呈酸性，调节并控制淀粉水分含量为25%～35%，向淀粉中喷入1～5质量份饱和金属盐溶液，在25～35℃下反应30～100分钟，将水分含量干燥至10%～18%，升温至80～120℃继续反应30～100分钟，反应结束后粉碎，过200目筛，得到高性能流动性淀粉；所述金属盐为三价铝盐或三价铁盐。

为进一步实现本发明目的，步骤（1）所述淀粉优选为普通玉米淀粉、木薯淀粉、小麦B淀粉或马铃薯淀粉。

步骤（1）所述干法反应器为带夹套耐压不锈钢反应器，采用蒸汽加热和自来水冷却。

步骤（1）所述加热干燥处理是从室温到100℃程序升温，程序升温速率为每分钟5℃～10℃。

步骤（3）所述烯基琥珀酸酐为辛烯基琥珀酸酐或十二烯基琥珀酸酐。

一种流动性淀粉，有上述方法制备；流动性淀粉的休止角为4°～12°，活化指数为96%～99%。

本发明的流动性淀粉产品具有生产成本低，流动性好，在日用化工、印刷、石油开采、农业等领域具有广泛应用。

相对于淀粉的湿法制备方法，淀粉干法制备方法对工艺条件要求高，工艺条件控制不当易导致淀粉反应不均匀，易糊化。在流动性淀粉的制备过程中，反应不均或糊化会导致流动性差，产物的休止角和活化指数等技术参数不易达到理想水平。现有技术的干法生产流程为化学试剂用水或有机溶剂稀释后常温下在混合器中与原淀粉充分混合，混合后物料含水40%左右，然后进行预干燥，生产中一般采用气流干燥器，将体系含水量降至20%以下以防止糊化，物料进入反应器进行反应，干法反应的温度较高（130～180℃），反应结束后，将产品快速冷却。此时物料的含水量通常较低，在1%～3%左右，需对其进行加湿。干法反应后的物料中会存在一些结块产品，经粉碎、筛分后，最终得到变性淀粉产品。可见现有技术认为先要将淀粉与有关溶剂混合再进行干燥，预先干燥淀粉没有必要，本发明采用淀粉预干燥处理，将淀粉水分含量控制在3%～10%较低水平，然后加入硫酸钠抑制淀粉颗粒膨胀和糊化，加入氢氧化钠进行预混合，使淀粉颗粒在不糊化情况下达到较佳活化状态，为制备具有较好流动性能的产品奠定基础。

本发明在烯基琥珀酸酐酯化和金属离子交联改性过程中，在采用80～120℃较低温度改性，并通过控制淀粉水分的基础上采用高温加热的措施能进一步促进淀粉的酯化和交联反应，提高反应效率。经过这些处理后，能使产物的流动性达到目标水平，成功制备出高性能的流动性淀粉产品。

本发明采用干法制备高性能流动性淀粉的优点在于：

（1）采用干法制备工艺，工艺简单，生产成本低，节能环保，无污染，反应耗时短，产品疏水性和流动性等理化性能优异。

（2）根据产品应用需要和成本考虑，采用该方法可方便对工艺进行调整，制备具有不同休止角和活化指数的系列流动性淀粉产品。

（3）采用该方法对淀粉进行改性，可在变性淀粉企业现有生产设备上实现，并可轻易实现工业化生产。

（4）采用该方法对淀粉进行改性处理，所用改性试剂多为常用化学试剂，添加量少，容易获得。

（5）采用该方法获得的流动性淀粉，具有优良的休止角和活化指数，产品在日化、印刷、农业和石油等工业具有广泛应用。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

（1）以质量份数计，将100份普通玉米淀粉在干法反应器中进行加热干燥处理，加热温度为室温至100℃程序升温，程序升温速率为每分钟5℃，控制其水分含量为3%，冷却至室温；干法反应器为带夹套的耐压不锈钢反应器，采用蒸汽加热和自来水冷却。

（2）将1质量份，质量百分比浓度为20%的硫酸钠溶液喷入上述淀粉中，混合均匀，然后喷入3质量份，质量百分比浓度为3%的氢氧化钠溶液，混合均匀，以180转/分的转速搅拌30分钟，并升温至80℃加热干燥淀粉，控制其水分含量为5%，然后冷却至室温；

（3）将1质量份辛烯基琥珀酸酐喷入干法反应器中的淀粉，并以180转/分搅拌混合均匀，密闭干法反应器，在30℃下保持120转/分搅拌反应1小时，然后升温至120℃继续反应30分钟；

（4）向反应罐中喷入1质量份，质量百分比浓度为3%的盐酸溶液，使淀粉呈酸性，调节并控制淀粉水分含量为25%，向淀粉中喷入1质量份的饱和硫酸铝溶液，在30℃下反应30分钟，将水分含量干燥至10%，升温至120℃继续反应30分钟，反应结束后粉碎，过200目筛，得到高性能流动性淀粉。

所得高性能流动性淀粉的休止角为11.8°，活化指数为96.2%。而未经改性的普通玉米淀粉休止角为44.2°，活化指数为0%。

有关淀粉的休止角和活化指数的界定以及测试方法如下：

休止角的测定：休止角反映了粉体颗粒之间相对运动的自由程度，是评价粉体流动性的方法，其值越小表明粉体的流动性越好。其定义为：粉体自由堆积体形成的堆积坡面与水平面之间的夹角。

采用固定漏斗法。称取定量的流动性淀粉样品，置于固定好的漏斗中，使样品从漏斗中缓慢流出，呈锥形。测量锥形体的高度h和直径d。根据下式计算出休止角α

α = \arctan (\frac{2 h}{d})

式中，α：样品休止角，°；h：淀粉堆高，cm；d：淀粉堆直径，cm；

活化指数的测定：活化指数反映粉体表面反应程度和疏水性。活化指数越高表明改性后粉体的疏水性越强。

称取5g流动性淀粉样品，置于100mL蒸馏水中，并用玻璃棒搅拌5min，静置1h，澄清后刮去上层漂浮淀粉，将沉入底部的淀粉过滤、烘干、称重。依下式计算活化指数：

H = \frac{m_{0} - m_{1}}{m_{0}} \times 100 %

式中，H：活化指数，%；m₀：样品总重量，g；m₁：沉底样品重量，g；

下面实施例关于淀粉的休止角和活化指数的界定以及测试方法同实施例1。

实施例2

（1）以质量份数计，将100份木薯淀粉在干法反应器中进行加热干燥处理，加热温度为室温至100℃程序升温，程序升温速率为每分钟10℃。控制其水分含量为5%，冷却至室温；干法反应器为带夹套的耐压不锈钢反应器，采用蒸汽加热和自来水冷却。

（2）将3质量份，质量百分比浓度为20%的硫酸钠溶液喷入上述淀粉中，混合均匀，然后喷入6质量份，质量百分比浓度为4%的氢氧化钠溶液，混合均匀，以180转/分的转速搅拌50分钟，并升温至80℃加热干燥淀粉，控制其水分质量含量为8%，然后冷却至室温；

（3）将2质量份辛烯基琥珀酸酐喷入干法反应器中的淀粉，并以200转/分搅拌混合均匀，密闭干法反应器，在40℃下保持100转/分搅拌反应2小时，然后升温至100℃继续反应60分钟；

（4）向反应罐中喷入3质量份，质量百分比浓度为3%的盐酸溶液，使淀粉呈酸性，调节并控制淀粉水分含量为30%，向淀粉中喷入2质量份的饱和硫酸铁溶液，在30℃下反应60分钟，将水分含量干燥至13%，升温至100℃继续反应60分钟，反应结束后粉碎，过200目筛，得到高性能流动性淀粉。

所得高性能流动性淀粉的休止角为4.0°，活化指数为99.3%。

实施例3

（1）以质量份数计，将100份马铃薯淀粉在干法反应器中进行加热干燥处理，加热温度为室温至100℃程序升温，程序升温速率为每分钟8℃，控制其水分含量为10%，冷却至室温；干法反应器为带夹套的耐压不锈钢反应器，采用蒸汽加热和自来水冷却。

（2）将5质量份，质量百分比浓度为25%的硫酸钠溶液喷入上述淀粉中，混合均匀，然后喷入10质量份，质量百分比浓度为2%的碳酸钠溶液，以150转/分搅拌混合60分钟，并升温至80℃加热干燥淀粉，控制其水分含量为15%，然后冷却至室温。

（3）将5质量份十二烯基琥珀酸酐喷入干法反应器中的淀粉，并以150转/分搅拌混合均匀，在50℃下保持120转/分搅拌反应4小时，然后升温至80℃继续反应100分钟；

（4）向反应罐中喷入5质量份，质量百分比浓度为3%的盐酸溶液，使淀粉呈酸性，调节并控制淀粉水分含量为35%，向淀粉中喷入5份饱和硫酸铝溶液，在25℃下反应100分钟，将淀粉干燥至水分含量为18%，升温至90℃继续反应80分钟，反应结束后粉碎，过200目筛，得到高性能流动性淀粉。

所得高性能流动性淀粉的休止角为8.6°，活化指数为98.2%。

实施例4

（1）以质量份数计，将100份小麦B淀粉在干法反应器中进行加热干燥处理，加热温度为室温至100℃程序升温，程序升温速率为每分钟6℃；控制其水分含量为8%，冷却至室温；干法反应器为带夹套的耐压不锈钢反应器，采用蒸汽加热和自来水冷却。

（2）将3质量份，质量百分比浓度为20%的硫酸钠溶液喷入上述淀粉中，搅拌混合均匀，然后喷入8份，质量百分比浓度为3%的氢氧化钠溶液，混合均匀，以200转/分搅拌30分钟，并升温至80℃加热干燥淀粉，控制其水分含量为10%。

（3）将2份辛烯基琥珀酸酐喷入干法反应器中的淀粉，并以200转/分搅拌混合均匀，密闭干法反应器，在30℃下保持100转/分搅拌反应2小时，然后升温至120℃继续反应30分钟；

（4）向反应罐中喷入3质量份，质量百分比浓度为5%的盐酸溶液，使淀粉呈酸性，调节并控制淀粉水分含量为30%，向淀粉中喷入2份饱和硫酸铁溶液，在35℃下反应60分钟，将淀粉干燥至水分含量为12%，升温至120℃继续反应30分钟，反应结束后粉碎，过200目筛，得到高性能流动性淀粉。

所得高性能流动性淀粉的休止角为5.8°，活化指数为99.1%。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种流动性淀粉的干法制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述淀粉为普通玉米淀粉、木薯淀粉、小麦B淀粉或马铃薯淀粉。

3.根据权利要求1所述流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述干法反应器为带夹套耐压不锈钢反应器，采用蒸汽加热和自来水冷却。

4.根据权利要求1所述流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述加热干燥处理是从室温到100℃程序升温，程序升温速率为每分钟5℃～10℃。

5.根据权利要求1所述流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述烯基琥珀酸酐为辛烯基琥珀酸酐或十二烯基琥珀酸酐。

6.一种由权利要求1～5任一项所述方法制备得到的流动性淀粉；流动性淀粉的休止角为4°～12°，活化指数为96%～99%。