CN102718876B - 一种高流动性淀粉及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高流动性淀粉及其制备方法与应用。本发明的制备工艺简单，反应均匀，生产成本低，反应耗时短，通过硫酸钠抑制淀粉颗粒在碱性反应条件下的膨胀，避免淀粉糊化，使淀粉的化学改性集中在颗粒表面；在反应过程中引入超声场，能提高反应效率，减少化学试剂的用量，缩短反应时间，降低成本；同时以不同价位金属离子对带有负电的取代基团进行交联，屏蔽了淀粉颗粒表面大量的羟基，能显著降低淀粉的休止角，提高流动性，得到休止角在2°～5°之间的高流动性淀粉，该流动性淀粉在食品、日化、印刷、农业和石油等工业具有广泛的应用价值。

Description

一种高流动性淀粉及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于淀粉改性及其精深加工领域，特别涉及一种高流动性淀粉及其制备方法与应用。

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。

原淀粉在干燥状态下不能自由流动，淀粉颗粒倾向于互相凝聚和抱团。通过对淀粉进行化学改性处理，屏蔽了淀粉颗粒表面的大量亲水性羟基，颗粒间的分子作用力大大降低，产品在干燥状态下能够自由流动，其流动形态与液体相似。

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，如果混合不均会影响包覆效果和休止角等理化指标。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种具有反应均匀、生产成本低、流动性好等突出优点的高流动性淀粉的制备方法。

本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的高流动性淀粉。

本发明的再一目的在于提供上述高流动性淀粉的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种高流动性淀粉的制备方法，包括以下步骤：

（1）用水将淀粉配制成浓度为质量百分比25～35%的淀粉乳；加入相当于淀粉干基质量百分比3～10%的硫酸钠，搅拌均匀，将淀粉乳泵入管道中，在管道与反应罐中循环，管道上装有超声波发生装置，在后续的化学反应过程施加超声场对反应体系起催化作用；将淀粉乳的pH值调至9.0～10.0，温度控制在40～50℃，加入相当于淀粉干基质量百分比0.5～1.0%的氯乙酸进行反应；反应结束后将pH值调至8.0～8.5，温度30～40℃，加入相当于淀粉干基质量百分比0.5～1.0%的辛烯基琥珀酸酐进行反应，反应结束后将pH值调节为6.0，过滤，去离子水洗涤，得到滤饼；

（2）将步骤（1）得到的滤饼分散在去离子水中，配制成浓度为质量百分比25～35%的淀粉乳，调节淀粉乳的pH值为3.0～5.0，加入二价金属盐和三价金属盐，期间保持淀粉乳的pH值，二价金属盐和三价金属盐的添加量分别为相当于淀粉干基质量百分比0.5～1.0%；

（3）待pH值不变后，过滤，去离子水洗涤，干燥，粉碎、筛选，得到高流动性淀粉；

步骤（3）优选为待pH值不变后维持30分钟，过滤，去离子水洗涤，干燥，粉碎、筛选，得到高流动性淀粉；

步骤（1）中所述的淀粉为普通玉米淀粉、木薯淀粉和小麦淀粉等；

步骤（1）中所述的通过超声波对淀粉乳进行作用的条件为：超声频率为15～25KHz，超声强度控制在0.01W/cm³～0.10W/cm³；

步骤（1）和（2）中所述的pH值优选通过使用氢氧化钠或盐酸进行调节，更优选通过使用质量百分比为3%的氢氧化钠溶液或5%的盐酸进行调节；

步骤（2）中所述的二价金属盐包含钙盐、镁盐或锌盐，优选为氯化钙、氯化镁或氯化锌；

步骤（2）中所述的三价金属盐包含铁盐或铝盐，优选为硫酸铁或硫酸铝；

步骤（2）中所述的保持淀粉乳的pH值优选通过使用氢氧化钠保持pH值，更优选通过使用质量百分比为3%的氢氧化钠溶液保持pH值；

步骤（3）中所述的干燥为40℃低温干燥24小时；

步骤（3）中所述的筛选为过200目筛选。

与传统方法制备流动性淀粉相比，本发明的突出特点为采用超声强化淀粉改性，提高反应效率、缩短反应时间；采用两种不同分子大小物质对淀粉进行阴离子化改性，并配以两种不同价位金属离子进行交联，在添加少量试剂的情况下大大提高淀粉流动性，具有显著创造性。

一种高流动性淀粉，通过上述制备方法得到，其休止角在2°～5°。

所述的高流动性淀粉在食品、日用化工、印刷、石油开采、农业等领域中的应用。

本发明的原理如下：

通过硫酸钠抑制淀粉颗粒在碱性反应条件下的膨胀，避免淀粉糊化，使淀粉的化学改性集中在颗粒表面；在反应过程中引入超声场，能提高反应效率，减少化学试剂的用量，缩短反应时间，降低成本；同时以不同价位金属离子对带有负电的取代基团进行交联，屏蔽了淀粉颗粒表面大量的羟基，能显著降低淀粉的休止角，提高流动性，得到高流动性淀粉。

本发明与现有技术相比具有如下突出的优点及有益效果：

（1）本发明采用湿法制备工艺，反应均匀，生产成本低，反应耗时短，产品流动性等理化性能优异。

（2）采用本发明所提供的制备方法对淀粉进行改性，可在变性淀粉企业现有生产设备上增加简易超声发生器，并可轻易实现工业化生产。

（3）采用本发明所提供的制备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，可显著降低生产成本。

（4）采用本发明所提供的制备方法获得的流动性淀粉，其休止角在2°～5°之间，具有优良的休止角和流动性能，产品在食品、日化、印刷、农业和石油等工业具有广泛应用价值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

（1）用75kg水将25kg干基普通玉米淀粉配制成浓度为质量百分比25%的淀粉乳，加入相当于淀粉干基质量百分比3%（0.75kg）的硫酸钠，将淀粉乳泵入管道中，在管道和反应罐之间循环，管道上安装有钳式超声波发生器（广州市新栋力超声电子设备有限公司生产，NPFS型），在超声频率15KHz，超声强度为0.01W/cm³下对淀粉后续反应过程进行作用，反应罐中通过夹套水浴循环控制淀粉浆的温度为40℃，用质量百分比为3%的氢氧化钠溶液将pH值调节为9.0，以10毫升/分钟的流速缓慢滴加相当于淀粉干基质量百分比0.5%（0.125kg）的氯乙酸进行反应，并保持淀粉的pH为9.0，反应结束后用质量百分比3%的氢氧化钠溶液将pH值调至8.0，温度控制为30℃，以10毫升/分钟的流速缓慢滴加相当于淀粉干基质量百分比0.5%（0.125kg）的辛烯基琥珀酸酐进行反应，反应结束后将pH调至6.0，过滤，去离子水洗涤，得滤饼。

（2）将上述滤饼分散在去离子水中，配制成浓度为质量百分比25%的淀粉乳，用质量分数为5%的盐酸调节淀粉乳pH值为3.0，将相当于淀粉干基质量百分比0.5%（0.125kg）的氯化钙溶解在去离子水中，逐滴加入，然后以同样方式加入相当于淀粉干基质量百分比0.5%（0.125kg）的硫酸铝，在上述金属盐反应过程中，始终用3%的氢氧化钠保持淀粉的pH为3.0，待金属盐滴加结束，pH基本不变后维持30分钟，过滤，去离子水洗涤，所得滤饼40℃干燥24小时，粉碎，过200目筛，得到高流动性淀粉。

所得高流动性淀粉的休止角为4.8°，而未经改性的普通玉米淀粉休止角为44.2°。

有关淀粉的休止角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。

采用国标法（GB11986-89）。称取定量的淀粉样品，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：

$\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{2h}{d}\right)$

式中，α：样品休止角，°；h：淀粉堆高，cm；d：淀粉堆直径，cm；

下面实施例关于淀粉的休止角的界定以及测试方法同实施例1。

本实施例所制备的高流动性淀粉可在食品、日用化工、印刷、石油开采、农业等领域中应用。

实施例2

（1）用70kg水将30kg干基木薯淀粉配制成浓度为质量百分比30%的淀粉乳，加入相当于淀粉干基质量百分比5%（1.5kg）的硫酸钠，将淀粉乳泵入管道中，在管道和反应罐之间循环，管道上安装有钳式超声波发生器（广州市新栋力超声电子设备有限公司生产，NPFS型），在超声频率20KHz，超声强度为0.05W/cm³下对淀粉后续反应过程进行作用，反应罐中通过夹套水浴循环控制淀粉浆的温度为45℃，用质量百分比为3%的氢氧化钠溶液将pH值调节为9.5，以10毫升/分钟的速度缓慢滴加相当于淀粉干基0.8%的氯乙酸（0.24kg）进行反应，并保持淀粉的pH为9.5，反应结束后用质量百分比3%的氢氧化钠溶液将pH调至8.5，温度控制为33℃，以10毫升/分钟的速度缓慢滴加相当于淀粉干基质量百分比0.8%的辛烯基琥珀酸酐（0.24kg）进行反应，反应结束后将pH调至6.0，过滤，去离子水洗涤，得滤饼。

（2）将上述滤饼分散在去离子水中，配制成浓度为质量百分比30%的淀粉乳，用质量分数为5%的盐酸调节淀粉乳pH为4.0，将相当于淀粉干基质量百分比0.8%的氯化锌（0.24kg）溶解在去离子水中，逐滴加入，然后以同样方式添加相当于淀粉干基质量百分比0.8%的硫酸铝（0.24kg），在上述金属盐反应过程中，始终用3%的氢氧化钠保持淀粉的pH为4.0，待金属盐滴加结束，pH基本不变后维持30分钟，过滤，去离子水洗涤，所得滤饼40℃干燥24小时，粉碎，过200目筛，得到高流动性淀粉。

根据实施例1所描述的休止角测量方法，测定本实施例所得高流动性淀粉休止角为3.1°。

本实施例所制备的高流动性淀粉可在食品、日用化工、印刷、石油开采、农业等领域中应用。

实施例3

（1）用65kg水将35kg干基小麦淀粉配制成浓度为质量百分比35%的淀粉乳，加入相当于淀粉干基质量百分比10%的硫酸钠（3.5kg），将淀粉乳泵入管道中，在管道和反应罐之间循环，管道上安装有钳式超声波发生器（广州市新栋力超声电子设备有限公司生产，NPFS型），在超声频率25KHz，超声强度为0.1W/cm³下对淀粉后续反应过程进行作用，反应罐中通过夹套水浴循环控制淀粉浆的温度为50℃，用质量百分比为3%的氢氧化钠溶液将pH值调节为10.0，以10毫升/分钟的速度缓慢滴加相当于淀粉干基质量百分比1%的氯乙酸（0.35kg）进行反应，并保持淀粉的pH为10.0，反应结束后将pH调至8.5，温度35℃，以10毫升/分钟缓慢滴加相当于淀粉干基质量百分比1%的辛烯基琥珀酸酐（0.35kg）进行反应，反应结束后将pH调至6.0，过滤，去离子水洗涤，得滤饼。

（2）将上述滤饼分散在去离子水中，配制成浓度为质量百分比35%的淀粉乳，用质量分数为5%的盐酸调节淀粉乳pH为5.0，将相当于淀粉干基质量百分比1%的氯化镁（0.35kg）溶解在去离子水中，逐滴加入，然后以同样方式加入相当于淀粉干基质量百分比1%的硫酸铁（0.35kg），在上述金属盐反应过程中，始终用3%的氢氧化钠保持淀粉的pH为5.0，待金属盐滴加结束，pH基本不变后维持30分钟，过滤，去离子水洗涤，所得滤饼40℃干燥24小时，粉碎，过200目筛，得到高流动性淀粉。

根据实施例1所描述的休止角测量方法，测定本实施例所得高流动性淀粉休止角为2.0°。

本实施例所制备的高流动性淀粉可在食品、日用化工、印刷、石油开采、农业等领域中应用。

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 (10)

1.一种高流动性淀粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）用水将淀粉配制成浓度为质量百分比25～35%的淀粉乳；加入相当于淀粉干基质量百分比3～10%的硫酸钠，搅拌均匀，将淀粉乳泵入管道中，在管道与反应罐中循环，管道上装有超声波发生装置，在后续的化学反应过程施加超声场对反应体系起催化作用；将淀粉乳的pH值调至9.0～10.0，温度控制在40～50℃，加入相当于淀粉干基质量百分比0.5～1.0%的氯乙酸进行反应；反应结束后将pH值调至8.0～8.5，温度30～40℃，加入相当于淀粉干基质量百分比0.5～1.0%的辛烯基琥珀酸酐进行反应，反应结束后将pH值调节为6.0，过滤，去离子水洗涤，得到滤饼；

（2）将步骤（1）得到的滤饼分散在去离子水中，配制成浓度为质量百分比25～35%的淀粉乳，调节淀粉乳的pH值为3.0～5.0，加入二价金属盐和三价金属盐，期间保持淀粉乳的pH值，二价金属盐和三价金属盐的添加量分别为相当于淀粉干基质量百分比0.5～1.0%；

（3）待pH值不变后，过滤，去离子水洗涤，干燥，粉碎、筛选，得到高流动性淀粉。

2.根据权利要求1所述的高流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的淀粉为普通玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉。

3.根据权利要求1所述的高流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的通过超声波对淀粉乳进行作用的条件为：超声频率为15～25KHz，超声强度控制在0.01W/cm³～0.10W/cm³；

步骤（1）和（2）中所述的pH值通过使用氢氧化钠或盐酸进行调节。

4.根据权利要求1所述的高流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的保持淀粉乳的pH值通过使用氢氧化钠保持pH值。

5.根据权利要求4所述的高流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的保持淀粉乳的pH值通过使用质量百分比为3%的氢氧化钠溶液保持pH值。

6.根据权利要求1所述的高流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的二价金属盐包含钙盐、镁盐或锌盐；

步骤（2）中所述的三价金属盐包含铁盐或铝盐。

7.根据权利要求1所述的高流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（3）为待pH值不变后维持30分钟，过滤，去离子水洗涤，干燥，粉碎、筛选，得到高流动性淀粉；

步骤（3）中所述的干燥为40℃低温干燥24小时；

步骤（3）中所述的筛选为过200目筛选。

8.根据权利要求6所述的高流动性淀粉的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的二价金属盐为氯化钙、氯化镁或氯化锌；

步骤（2）中所述的三价金属盐为硫酸铁或硫酸铝。

9.一种高流动性淀粉通过权利要求1～8任一项所述的制备方法得到，其特征在于：所述的高流动性淀粉休止角为2°～5°。

10.权利要求9所述的高流动性淀粉在食品、日用化工、印刷、石油开采、农业领域中的应用。