CN108203470A - 一种预胶化羟丙基淀粉及其制备方法 - Google Patents

一种预胶化羟丙基淀粉及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预胶化羟丙基淀粉及其制备方法，制备方法包括步骤：1、淀粉的预处理及活化；2、淀粉的羟丙基化；3、羟丙基淀粉的精制；4、预交化羟丙基淀粉的制备及精制。该法中在淀粉进行羟丙基化反应之前，对淀粉进行包合处理，即在淀粉分子中包合一种催化剂分子，破坏淀粉内部结晶区的晶体结构，使淀粉乳内部结构更为膨胀，催化剂与更多淀粉反应活性中心接触，羟丙基化程度有效提高至8.0%以上。该法获得的预交化羟丙基淀粉，不仅有效成分含量高，杂质含量少，微生物限度得到控制，达到药用辅料级标准。并且该法操作简单，反应条件温和，适合工业化生产。

Description

一种预胶化羟丙基淀粉及其制备方法
技术领域
本发明属于淀粉改性领域，涉及一种改性淀粉，特别涉及一种预胶化羟丙基淀粉的制备方法。
背景技术
淀粉是自然界产量最大的天然高分子之一，具有非常广泛的工业用途。淀粉由直链淀粉和支链淀粉两类。直链淀粉含几百个葡萄糖单元，支链淀粉含几千个葡萄糖单元。在天然淀粉中直链淀粉占20%~26%，它是可溶性的，其余的则为支链淀粉。然而，淀粉由α-（1,4）-链接的D-葡萄糖组成，分子上含有大量活性羟基，易形成分子内和分子间氢键，所以淀粉本身含有较高的洁净区，难溶、难熔，从而不能熔融加工，也不易与化学或生物变性剂作用。
结晶区对淀粉的加工改性主要有以下两个方面：一方面，物理改性主要是对淀粉分子施加外能场作用的加工过程，结晶态的变化，将直接影响产物的相结构，而物质的相结构，特别是均匀性直接影响加工所获得的材料的性能。另一方面，在进行化学和生物加工时，结晶态直接影响改性剂与高分子链上的活性基团发生反应和作用。在结晶态时，改性剂渗透到结晶区内部与结晶区内部高分子链上的活性基团发生反应和作用，同时反应和作用也难以调控，从而很难达到反应和作用的均匀性。这种反应和作用的不均匀性，使得淀粉在加工时难以控制目标产物的性能或使其加工过程难以进行。例如在结晶态的淀粉不能直接进行熔融加工；在进行酶水解和生物转化时，转化效率低；在进行化学变性时很难获得取代度均匀，质量稳定的产品。
综上所述，为了进一步拓展淀粉的应用，人们已经开发出了各种淀粉改性的方法，包括：水解、降解（糊精化、酸稀释、氧化）、酯化、醚化、稳定化（例如交联反应）水热处理、机械活化等物理、化学方法。
羟丙基淀粉是用途非常广泛的变性淀粉，大量应用于食品、医药、造纸、纺织、精细化工等工业中，其性质和用途主要取决于淀粉的变性程度，即分子取代度MS。目前，羟丙基淀粉的制备方法主要有淀粉乳湿法、有机溶媒法、干法和微乳化法等，已实现工业化生产的方法有淀粉乳湿法与有机溶媒法。淀粉乳湿法是将淀粉、1,2-环氧丙烷等原料投入水中进行反应，由于是以水为反应介质，易造成反应过程淀粉过度溶胀，使得淀粉乳液的粘度大大增加，从而造成1,2-环氧丙烷与淀粉的羟丙基化反应效率下降，仅能得到分子取代度（MS）较低的产品，使其应用的范围受到限制。有机溶媒法是将淀粉分散于醇或酮有机溶剂中，然后与环氧丙烷反应，此法可制得较高取代度羟丙基淀粉。
预胶化羟丙基淀粉是将羟丙基淀粉用化学法或物理法将淀粉颗粒的结晶区部分或全部破裂而得，具有良好的崩解、粘合作用。预胶化羟丙基淀粉可明显改善制崩解度与表面光亮度，还可以增强制剂的硬度，而硬度增加有利于脆碎度提高。另外，预胶化羟丙基淀粉还可以优先结合水分从而增强药物的稳定性，在缓释制剂中起到控制药物释放速率的作用。
授权公告号为CN 101768224 公开了一种羟丙基淀粉的制备方法，其采用了极性的异丙醇为分散剂，首先将淀粉加入极性分散剂配成淀粉乳液，再加入淀粉重量2-6% 的溶胀剂，所述的溶胀剂为氢氧化钠或氢氧化钾，加热回流反应100-140 分钟后降至室温，经过滤、洗涤，得到预溶胶淀粉；然后将预溶胀淀粉、极性分散剂、碱性催化剂及环氧丙烷混合后，加热回流反应，然后降至室温，中和催化剂至体系中性，经中和、过滤、洗涤和干燥后，得到羟丙基淀粉。但是采用该专利的方法具有如下问题：1、所采用的碱性催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾，其用量为淀粉重量的12-20%，强碱性物质不仅会加速环氧丙烷的开环反应，而且也会加速副产物的形成，如丙二醇等。2、整个反应过程中所需使用的强碱性物质的量也比较大，如溶胀剂、催化剂均为强碱，因此对于设备的腐蚀及对环境的影响也比较令人担忧。3、由于反应是在非密闭条件下进行的，而环氧丙烷和分散介质异丙醇均为易挥发物质，单纯的冷凝回流仍然会造成一定的损失。因此，为了达到理想的产物取代度，反应中需要加入过量的环氧丙烷，而环氧丙烷的价格较为昂贵，因此进一步增加了反应的成本。
申请公布号CN104262493A公布了一种药用预胶化羟丙基淀粉的制备方法，其首先用酸对食品级淀粉进行预处理及活化，再以四甲基氢氧化铵为催化剂对淀粉进行羟丙基化及其精制，最后进行预胶化羟丙基淀粉的制备及精制。本发明在此专利的基础上进一步提高淀粉的羟丙基化程度。
发明内容
本发明的首要目的是为了克服现有技术的不足，提供一种药用预胶化羟丙基淀粉的制备方法。
本发明所述淀粉指的是来源于自然界中广泛存在的植物淀粉，如玉米淀粉，马铃薯淀粉、番薯淀粉、大麦淀粉和木薯淀粉等，本发明优选食品级的木薯或甘薯淀粉。
本发明由食品级淀粉制备预胶化淀粉通过以下技术方案实现：
步骤A、称取一定量的食品级淀粉溶于含有少量酸的溶液中，然后加入催化剂混合，在适当温度下保持30min后，形成淀粉乳包合物；
步骤B、用氢氧化钠溶液滴定上述淀粉包合物，调pH至9~11，缓慢搅拌，环氧丙烷和催化剂溶于分散介质后，加入上述淀粉包合物中，然后在高纯氮的保护下，加热反应一段时间；
步骤C、反应结束后加入乙醇，经醇沉、离心洗涤、过滤后，冷冻干燥制得羟丙基淀粉；
步骤D、将羟丙基淀粉溶于少量热水中形成一定浓度的水性糊，经超声处理后进行喷雾干燥即得预交化羟丙基淀粉固体，最后粉碎至所需粒度范围即可。
进一步，本发明所述的原料食品级淀粉的来源为木薯或甘薯淀粉。
进一步，本发明所述的的酸为醋酸、盐酸或磷酸:，优选为醋酸。
进一步，本发明所述的步骤A中加入的催化剂优选为25%的四甲基氢氧化铵，加入量与淀粉的比例为1ml：25~60g。
进一步，本发明所述的步骤B中加入的催化剂优选为25%的四甲基氢氧化铵，加入量与淀粉的比例为1ml：38~120g。
进一步，本发明所述的步骤A中包合温度为30~40℃。
进一步，本发明所述的步骤B中加入环氧丙烷的量与淀粉原料之比为（1.5~3）ml：1.0g。
进一步，本发明所述的步骤D中热水的温度，即与交化反应的温度为55~60℃。
进一步，本发明所述的超声处理的超声功率为200W~300W，超声时间为15~45mn。
进一步，本发明所述的喷雾干燥器的温度为75~85℃，干燥时间为1~2小时。
进一步，本发明所述步骤B的分散介质选自异丙醇。
同时本发明进一步提供上述制备方法制备得到的预胶化羟丙基淀粉。
并提供一种预胶化羟丙基淀粉，其羟丙基含量大于8%，优选为8%-20%。
包括以下步骤制备得到：
（1）、将淀粉溶于酸的溶液后加入催化剂四甲基氢氧化铵混合，再将氢氧化钠溶液加入上述混合溶液，形成淀粉乳包合物；
（2）、环氧丙烷和催化剂四甲基氢氧化铵溶于分散介质后，加入上述淀粉包合物中，加热反应；
（3）、将步骤（2）制备的羟丙步基淀粉加水形成水性糊，再经超声处理和喷雾干燥即得预胶化羟丙基淀粉。本发明的技术效果及优点在于：
该法中在淀粉进行羟丙基化反应之前，对淀粉进行包合处理，即在淀粉分子中包合一种催化剂分子，原理为直链淀粉分子单螺旋呈圆筒形腔体结构，内腔由于C3、C5上氢原子和糖苷键上氢原子而呈疏水性，外腔因羟基而呈亲水性。这种“内腔疏水，外腔亲水”特殊结构，使直链淀粉可作为一种主体分子，与催化剂分子相互作用形成包合物。该催化剂分子的包合破坏淀粉内部结晶区的晶体结构，使淀粉乳内部结构更为膨胀，催化剂与更多淀粉反应活性中心接触，羟丙基化程度有效提高至8.0%以上。同时由原来酸化反应时间3-4小时缩短至30min，有效的提高了工业化生产效率。该法获得的预交化羟丙基淀粉，不仅有效成分含量高，杂质含量少，微生物限度得到控制，达到药用辅料级标准。并且该法操作简单，反应条件温和，适合工业化生产。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明发明的技术方案。应理解，本发明提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤；还应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1：
称取食品级木薯淀粉1000g 置于耐压反应器中，加入质量分数为10% 的醋酸80ml，然后加入25ml四甲基氢氧化铵，在30℃下保持30min后，形成淀粉包合物。用氢氧化钠溶液滴定上述混合溶液，调pH至9.0。将2000ml 的环氧丙烷溶液和15ml 25% 的四甲基氢氧化铵溶液溶于3L的异丙醇中，分散均匀后加入淀粉包合物中，在高纯氮的保护下，常压加热至50℃，搅拌反应4个小时，冷却至室温后，加入2 倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤3 次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉；将制备得到的羟丙基淀粉溶于温度为60℃的热水中制成浓度为48%的水性糊，经250W 超声处理25分钟后，将水性糊溶液经过气流式喷雾装置进行雾化，雾化后的料液在温度为75℃的干燥塔中干燥2 个小时即得预胶化羟丙基淀粉固体，最后粉碎至所需粒度范围即可。
本实施例羟丙基改性淀粉的羟丙基质量含量为8.2%（羟丙基含量测定方法参见2015版《中国药典》通则0712第一法）。
实施例2：
称取食品级甘薯淀粉1000g 置于耐压反应器中，加入质量分数为10% 的醋酸80ml，然后加入30ml四甲基氢氧化铵，在30℃下保持30min后，形成淀粉包合物。用氢氧化钠溶液滴定上述混合溶液，调pH至10.0。将2000ml 的环氧丙烷溶液和18ml 25% 的四甲基氢氧化铵溶液溶于3L的异丙醇中，分散均匀后加入淀粉包合物中，在高纯氮的保护下，常压加热至50℃，搅拌反应4个小时，冷却至室温后，加入2 倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤3 次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉；将制备得到的羟丙基淀粉溶于温度为60℃的热水中制成浓度为48%的水性糊，经250W 超声处理25分钟后，将水性糊溶液经过气流式喷雾装置进行雾化，雾化后的料液在温度为75℃的干燥塔中干燥2 个小时即得预胶化羟丙基淀粉固体，最后粉碎至所需粒度范围即可。
本实施例羟丙基改性淀粉的羟丙基质量含量为9.5%（羟丙基含量测定方法参见2015版《中国药典》通则0712第一法）。
实施例3：
称取食品级木薯淀粉1000g 置于耐压反应器中，加入质量分数为10% 的醋酸80ml，然后加入40ml四甲基氢氧化铵，在30℃下保持30min后，形成淀粉包合物。用氢氧化钠溶液滴定上述混合溶液，调pH至11.0。将2000ml 的环氧丙烷溶液和15ml 10% 的四甲基氢氧化铵溶液溶于3L的异丙醇中，分散均匀后加入淀粉包合物中，在高纯氮的保护下，常压加热至50℃，搅拌反应4个小时，冷却至室温后，加入2 倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤3 次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉；将制备得到的羟丙基淀粉溶于温度为60℃的热水中制成浓度为48%的水性糊，经250W 超声处理25分钟后，将水性糊溶液经过气流式喷雾装置进行雾化，雾化后的料液在温度为75℃的干燥塔中干燥2 个小时即得预胶化羟丙基淀粉固体，最后粉碎至所需粒度范围即可。
本实施例羟丙基改性淀粉的羟丙基质量含量为14.3%（羟丙基含量测定方法参见2015版《中国药典》通则0712第一法）。
实施例4：
称取豌豆淀粉1000g 置于耐压反应器中，加入质量分数为2% 的盐酸80ml，然后加入25ml四甲基氢氧化铵，在35℃下保持30min后，形成淀粉包合物。用氢氧化钠溶液滴定上述混合溶液，调pH至9.0。将2000ml 的环氧丙烷溶液和20ml 25% 的四甲基氢氧化铵溶液溶于3L的异丙醇中，分散均匀后加入淀粉包合物中，在高纯氮的保护下，常压加热至50℃，搅拌反应4个小时，冷却至室温后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤3 次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉；将制备得到的羟丙基淀粉溶于温度为50℃的热水中制成浓度为48%的水性糊，经250W 超声处理30分钟后，将水性糊溶液经过气流式喷雾装置进行雾化，雾化后的料液在温度为80℃的干燥塔中干燥1.5 个小时即得预胶化羟丙基淀粉固体，最后粉碎至所需粒度范围即可。
本实施例羟丙基改性淀粉的羟丙基质量含量为8.7%（羟丙基含量测定方法参见2015版《中国药典》通则0712第一法）。
对比例1：
称取食品级木薯淀粉1000g 置于耐压反应器中，加入质量分数为10% 的醋酸80ml，酸化处理3小时。用氢氧化钠溶液滴定上述混合溶液，调pH至9.0。将2000ml 的环氧丙烷溶液和15ml 25% 的四甲基氢氧化铵溶液溶于3L的异丙醇中，分散均匀后加入淀粉包合物中，在高纯氮的保护下，常压加热至50℃，搅拌反应4个小时，冷却至室温后，加入2 倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤3 次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉；将制备得到的羟丙基淀粉溶于温度为60℃的热水中制成浓度为48%的水性糊，经250W 超声处理25分钟后，将水性糊溶液经过气流式喷雾装置进行雾化，雾化后的料液在温度为75℃的干燥塔中干燥2 个小时即得预胶化羟丙基淀粉固体，最后粉碎至所需粒度范围即可。
本对比例羟丙基改性淀粉的羟丙基质量含量为4.6%（羟丙基含量测定方法参见2015版《中国药典》通则0712第一法）。

Claims (10)

1.一种预胶化羟丙基淀粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、称取一定量的食品级淀粉溶于含有少量酸的溶液中，然后加入催化剂混合，在适当温度下保持30min后，形成淀粉乳包合物；
步骤B、用氢氧化钠溶液滴定上述混合溶液，调pH至9~11，缓慢搅拌，环氧丙烷和催化剂溶于分散介质后，加入上述淀粉包合物中，然后在高纯氮的保护下，加热反应一段时间；
步骤C、反应结束后加入乙醇，经醇沉、离心洗涤、过滤后，冷冻干燥制得羟丙基淀粉；
步骤D、将羟丙基淀粉溶于少量热水中形成一定浓度的水性糊，经超声处理后进行喷雾干燥即得预胶化羟丙基淀粉固体，最后粉碎至所需粒度范围即可。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，原料食品级淀粉的来源为木薯或甘薯淀粉。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，加入的酸为醋酸、盐酸或磷酸。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中加入的催化剂优选为25%的四甲基氢氧化铵，加入量与淀粉的比例为1ml：25~60g。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B中加入的催化剂优选为25%的四甲基氢氧化铵，加入量与淀粉的比例为1ml：38~120g。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中包合温度为30~40℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B中加入环氧丙烷的量与淀粉原料之比为（1.5~3）ml：1.0g。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤D中热水的温度，即与交化反应的温度为55~60℃。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的制备方法制备得到的预胶化羟丙基淀粉。
10.一种预胶化羟丙基淀粉，其特征在于：包括以下步骤制备得到：
（1）、将淀粉溶于酸的溶液后加入催化剂四甲基氢氧化铵混合，形成淀粉乳包合物；
（2）、在上述淀粉乳包合物中加入氢氧化钠溶液，环氧丙烷和催化剂四甲基氢氧化铵溶于分散介质后，加入上述淀粉包合物中，加热反应；
（3）、将步骤（2）制备的羟丙步基淀粉加水形成水性糊，再经超声处理和喷雾干燥即得预胶化羟丙基淀粉；
且所述预胶化羟丙基淀粉中羟丙基质量含量为8%-20%。
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