CN110452310A - 一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法 - Google Patents

一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法 Download PDF

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张东杰
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Abstract

本发明涉及一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，将马铃薯淀粉干燥至恒重后通过流化气床进行粉碎，收集粉碎后的淀粉配制成淀粉乳液，缓慢加入辛烯基琥珀酸酐进行反应，反应结束后，中和、洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到高取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯。本发明通过流化气床对淀粉进行粉碎，能使淀粉的粒径减小，比表面积增大，持水性提高，乳化性稳定，使淀粉与辛烯基琥珀酸酐的反应效率显著提高，反应时间大大缩短；在产品达到相同取代度和使用效果的情况下可以减少酸酐的用量和减少碱的用量，同时还可减少和降低废水处理的成本和产品生产成本；本发明实现辛烯基琥珀酸淀粉酯的高效制备，具有很好的市场推广前景。

Description

一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法
技术领域
本发明属于淀粉制备领域，特别涉及一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法。
背景技术
烯基琥珀酸酯化淀粉是一大类变性淀粉，由美国的Caldwell和Wurzburg研制成功，并于1953年申请了专利，但在食品行业的仅有一种，即辛烯基琥珀酸淀粉酯被允许使用，商品名为纯胶，它是以淀粉为原料经辛烯基琥珀酸酐酯化改性所得到的，该产品具有天然、安全、低热量、乳化与增稠多功能等特点，是一种安全性高的乳化增稠剂。1972年美国将辛烯基琥珀酸淀粉酯列入食品添加剂手册，并对辛烯基琥珀酸酐的使用量做了明确规定。我国在1997年批准使用辛烯基琥珀酸淀粉酯作为食品乳化增稠剂，2001年对产品在食品中使用的范围进行的扩大批准，用量可根据需求添加，无需控制。
目前，辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法主要有三种：水相法、有机相法和干法。其中，水相法是目前生产食品用辛烯基琥珀酸淀粉酯的主要方法，水相法生产的优点是反应均匀，不足是由于酸酐不溶于水，要采用乳化方法以增加反应速度，对酸酐的水解也是不可忽视的问题；有机相法生产优点在于反应效率高、产品取代度高，缺点是生产成本高、对环境污染大，另外用这种方法得到的产品，不适合用于食品或化妆品中；干法生产工艺简单、成本低、反应效率高、对环境污染小，但反应物料难以均匀混合，这是干法生产变性淀粉中普遍存在的问题。
现有技术中制备的辛烯基琥珀酸淀粉酯取代度低，反应周期长，且常规的辛烯基琥珀酸淀粉酯在应用于制备乳化剂添加于酸奶等食品中时，导致产品出现黏度过大，体系不均匀等问题，因此一种取代度高、粘度低的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法是目前的一个研究方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备辛烯基琥珀酸淀粉酯的方法，通过使用该方法得到的淀粉制备辛烯基琥珀酸淀粉酯的反应周期短，制得的辛烯基琥珀酸淀粉酯的取代度高、粘度低。
本发明通过以下技术方案来实现：
一、一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，具体步骤如下：
步骤一、将马铃薯淀粉干燥至恒重后通过流化气床进行粉碎，收集粉碎后的淀粉；
步骤二、将步骤一收集的淀粉配制成淀粉乳液；
步骤三、向步骤二配制成的淀粉乳液中缓慢加入辛烯基琥珀酸酐(OSA)进行反应；
步骤四、步骤三反应结束后，中和、洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到高取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯。
具体的，所述的步骤一流化气床粉碎时，流化气床压力为0.6MPa，频率设置为30-60Hz，进料量为2kg，粉碎时间为1h。
具体的，所述的步骤二淀粉乳液的质量分数为35～40％，淀粉乳液中的溶剂为去离子水。
具体的，所述的步骤三辛烯基琥珀酸酐的添加量为淀粉干基的3～5％。
具体的，所述的步骤四中和反应是通过加入盐酸溶液调节实现，盐酸溶液的质量浓度为2-4％，所述的洗涤过程是分别使用去离子水和95％乙醇洗涤两次，所述的干燥、粉碎、过筛过程是在45℃恒温干燥箱干燥12h，粉碎，过100目筛。
具体的，所述的淀粉乳液pH值为8.0～9.0，淀粉乳液温度为35～40℃，反应时长为3-4h。
具体的，所述pH值8.0～9.0是通过加入氢氧化钠溶液调节实现，氢氧化钠溶液的质量浓度为2-4％。
采用上述技术方案的积极效果：1、由于淀粉颗粒具有强亲水性，辛烯基琥珀酸酐为油性物质，通过流化气床气流粉碎设备对淀粉进行粉碎，能使淀粉的粒径减小，比表面积增大，表面活性增强，乳化性稳定，能改善辛烯基琥珀酸酐与淀粉反应的界面接触、扩散困难等问题，使淀粉与辛烯基琥珀酸酐的反应效率显著提高，反应时间大大缩短；2、本发明提高了淀粉的反应效率，在产品达到相同取代度和使用效果的情况下可以减少酸酐的用量和减少碱的用量，同时还可减少和降低废水处理的成本和产品生产成本；3、本发明实现辛烯基琥珀酸淀粉酯的高效制备，具有很好的市场推广前景。
气流粉碎技术是制备超微粉体的有效技术手段，气流粉碎技术具有工艺简单、产品粒度细、纯度高、废弃物排放少等优点，淀粉颗粒在物理破碎下，随着大小、形貌和均匀度的改变，淀粉的分子结构也发生变化，从而导致理化性质如分散性、溶解度、糊化性质和化学活性等相应发生变化。通过流化气床气流粉碎可使淀粉分子量减小、反应活性增加，黏度下降，通过流化气床气流粉碎活化和辛烯基琥珀酸酐改性结合制备的高取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯具有较好的乳化性、成膜性。
附图说明
图1是本发明马铃薯淀粉流化气床气流粉碎前后扫描电镜图谱。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不应理解为对本发明的限定。
辛烯基琥珀酸淀粉酯取代度和反应效率的测定：
称取5.0g样品(干基)置于250mL烧杯中，加入25mL 2.5mol/L的盐酸-异丙醇溶液，磁力搅拌30min，然后加入50mL 90％(v/v)的异丙醇，继续搅拌10min。将样品移入布氏漏斗，用90％的异丙醇洗涤至无氯离子为止(用0.1mol/L硝酸银检验)，再将样品移入500mL的烧杯中，加300mL去离子水，沸水浴加热20min，加2滴酚酞指示剂，趁热用0.1mol/L NaOH标准溶液滴至粉红色。
取代度(Degree of substitution，DS)计算公式如下：
式中：A—耗用0.1mol/L NaOH标准溶液的体积(mL)；
W—辛烯基琥珀酸淀粉酯样品的干基质量(g)；
M—NaOH标准溶液的浓度(mol/L)。
实施例1
将马铃薯淀粉干燥至恒重后通过流化气床进行粉碎，流化气床压力为0.6MPa，频率分别为30Hz、40Hz、50Hz、60Hz，进料量为2kg，粉碎时间为1h，马铃薯淀粉扫描电镜图如图1所示，粉径及比表面积分析如表1所示，持水性和乳化性如表2所示：
表1马铃薯淀粉径及比表面积分析
粒径 比表面积
马铃薯原淀粉 中位径(D50):39.75um (SSA):0.118m^2/g
气流超微粉碎淀粉30hz 中位径(D50):19.60um (SSA):0.220m^2/g
气流超微粉碎淀粉40hz 中位径(D50):18.85um (SSA):0.219m^2/g
气流超微粉碎淀粉50hz 中位径(D50):13.98um (SSA):0.285m^2/g
气流超微粉碎淀粉60hz 中位径(D50):12.64um (SSA):0.300m^2/g
表2马铃薯淀粉持水性和乳化性
样品 持水性 乳化性 乳化稳定性
原始样品 810.03％ 26.32 92.40％
30hz 1092.55％ 23.08 100.00％
40hz 1273.85％ 25.64 100.00％
50hz 1288.35％ 25.64 100.00％
60hz 1297.15％ 25.64 94.85％
由结果可知，马铃薯淀粉在不同的流化气床频率下，破碎程度明显不同，随着频率的升高，马铃薯淀粉颗粒相对平滑的表面先是变得粗糙，然后发生破碎，其表面层部分地脱落，颗粒大小显著减小；通过对马铃薯淀粉粒径及比表面积进一步分析，发现随着，随着频率的升高，马铃薯淀粉粒径逐步减小，比表面积逐步增大；通过持水性和乳化性实验证明，气流粉碎后的淀粉具有较高的持水性和温度的乳化性。
实施例2
取实施例1中频率为30Hz条件下气流超微粉碎淀粉，使用去离子水将活性淀粉配制成质量分数为35％的淀粉乳液，缓慢加入辛烯基琥珀酸酐(OSA)进行反应，辛烯基琥珀酸酐的添加量为淀粉干基的3％，使用质量浓度为3％的氢氧化钠溶液调节淀粉乳pH值至8.5，淀粉乳温度控制在35℃，反应时长为3-4h，反应结束后，用质量浓度为3％的盐酸溶液中和、分别使用去离子水和95％的乙醇洗涤两次、45℃恒温干燥箱干燥12h，粉碎、过100目筛，得到辛烯基琥珀酸淀粉酯。
测得制备的辛烯基琥珀酸淀粉酯的取代度为0.01911。
实施例2
取实施例1中频率为50Hz条件下气流超微粉碎淀粉，使用去离子水将活性淀粉配制成质量分数为37％的淀粉乳液，缓慢加入辛烯基琥珀酸酐(OSA)进行反应，辛烯基琥珀酸酐的添加量为淀粉干基的5％，使用质量浓度为2％的氢氧化钠溶液调节淀粉乳pH值至8.0，淀粉乳温度控制在38℃，反应时长为3-4h，反应结束后，用质量浓度为4％的盐酸溶液中和、分别使用去离子水和95％的乙醇洗涤两次、45℃恒温干燥箱干燥12h，粉碎、过100目筛，得到辛烯基琥珀酸淀粉酯。
测得制备的辛烯基琥珀酸淀粉酯的取代度为0.01952。
实施例3
取实施例1中频率为60Hz条件下气流超微粉碎淀粉，使用去离子水将活性淀粉配制成质量分数为40％的淀粉乳液，缓慢加入辛烯基琥珀酸酐(OSA)进行反应，辛烯基琥珀酸酐的添加量为淀粉干基的4％，使用质量浓度为4％的氢氧化钠溶液调节淀粉乳pH值至9.0，淀粉乳温度控制在40℃，反应时长为3-4h，反应结束后，用质量浓度为2％的盐酸溶液中和、分别使用去离子水和95％的乙醇洗涤两次、45℃恒温干燥箱干燥12h，粉碎、过100目筛，得到辛烯基琥珀酸淀粉酯。
测得制备的辛烯基琥珀酸淀粉酯的取代度为0.02235。
综上所述，通过使用气流超微粉碎后得到的淀粉制备的淀粉乳浓度为40％、温度35℃、pH9.0、辛烯基琥珀酸酐的添加量为淀粉干基的4％时的取代度最高为0.02235，高于其它方法制备的辛烯基琥珀酸淀粉酯取代度。

Claims (7)

1.一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、将马铃薯淀粉干燥至恒重后通过流化气床进行粉碎，收集粉碎后的淀粉；
步骤二、将步骤一收集的淀粉配制成淀粉乳液；
步骤三、向步骤二配制成的淀粉乳液中缓慢加入辛烯基琥珀酸酐进行反应；
步骤四、步骤三反应结束后，中和、洗涤、干燥、粉碎、过筛，得到高取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯。
2.根据权利要求1所述辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：所述的步骤一流化气床粉碎时，流化气床压力为0.6MPa，频率设置为30-60Hz，进料量为2kg，粉碎时间为1h。
3.根据权利要求1所述辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：所述的步骤二淀粉乳液的质量分数为35～40％，淀粉乳液中的溶剂为去离子水。
4.根据权利要求1所述辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：所述的步骤三辛烯基琥珀酸酐的添加量为淀粉干基的3～5％。
5.根据权利要求1所述辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：所述的步骤四中和反应是通过加入盐酸溶液调节实现，盐酸溶液的质量浓度为2-4％，所述的洗涤过程是分别使用去离子水和95％乙醇洗涤两次，所述的干燥、粉碎、过筛过程是在45℃恒温干燥箱干燥12h，粉碎，过100目筛。
6.根据权利要求1所述辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：所述的淀粉乳液pH值为8.0～9.0，淀粉乳液温度为35～40℃，反应时长为3-4h。
7.根据权利要求6所述辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：所述pH值8.0～9.0是通过加入氢氧化钠溶液调节实现，氢氧化钠溶液的质量浓度为2-4％。
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