CN112812195A - 一种制备改性淀粉的复合工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备改性淀粉的复合工艺，步骤为：以普通淀粉或面粉为原料，在进入双螺杆挤压机前或双螺杆挤压机后，添加酸性改性剂、氧化剂、水、辅助成分或其混合物，在螺杆机内同时对淀粉进行预糊化、酸化或氧化改性，得到改性淀粉。通过物理改性和化学改性结合，生产出复合性能的改性淀粉，利用双螺杆的复合工艺，利用机械混合挤压，在高温高压下及一定水含量下在螺杆挤压机内同时对淀粉进行预糊化改性，酸性改性及氧化改性及改性分子交联一次到位，使生产出的改性淀粉具有冷水可形成粘度、无需加热，成膜性好、增加凝胶能力，热粘度降低、可制备高浓度淀粉糊等特点，满足纸板，医药，食品及建材的使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及改性淀粉生产领域，具体为一种制备改性淀粉的复合工艺。
背景技术
将植物中的非淀粉物质如蛋白质、纤维、油脂等分离开，可获得原淀粉。 原淀粉可广泛应用于食品、化工、医药、纺织、造纸等工业中。不同来源的 淀粉，其物理和化学性质有一定差别，这主要取决于淀粉颗粒的大小、形状， 淀粉分子的直链淀粉与支链淀粉比例以及分子某些基团等因素，因而原淀粉 在应用中存在各种的不足。
为此可将原淀粉进行物理、化学或酶的方法处理，改善原淀粉的分子结 构和性质，增强某些功能或形成新的物化特性，这个过程称为淀粉的改性。 通过改性处理所获得的产物称为改性淀粉(或称变性淀粉)。
改性淀粉的生产从工艺上有湿法改性和干法改性，从改性机理上有预糊 化，酸性变形，高温降解变形及氧化改性等多种。
湿法也称浆法，是将淀粉分散在水或其他液体介质中，配成一定浓度的 悬浮液(淀粉乳)，在一定的温度条件下，与化学试剂进行氧化、酯化、醚化、 交联等反应，生成改性淀粉。如果采用的分散介质不是水，而是有机溶剂或 含水的混合溶剂时，为了以示区别，将这种方法也称为溶剂法。大多数改性 淀粉都可以通过湿法来生产。
干法，即淀粉在含少量水(通常在30％左右)或少量有机溶剂的情况下，与 化学试剂发生反应生成改性淀粉的一种生产方法。干法反应体系由于含水量 小，所以干法生产中的一个最大的困难就是淀粉与化学试剂的均匀混合问题。
传统的湿法工艺有点是设备和工艺流程简单，但存在生产工艺时间过长 及废水排放极高，从而很多湿法生产工艺基于环保因素被逐步禁止或淘汰。 而干法工艺改进了湿法的废水排放及大大缩短反应时间，但基本不适合预糊 化淀粉也存在改性时助剂和淀粉混合分布不均引发的局部改性过度从而改性 淀粉质量不均一不稳定的问题。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种制备改性淀粉的复合工艺，用于针对纸 板、医药、食品及建材用的改性淀粉，从而同时解决了湿法生产工艺时间过 长，废水排放过高从而效率低下导致的成本过高问题，也解决了传统干法工 艺的质量不稳定不均匀及不能同时预糊化的问题。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种制备改性淀粉的复合工艺，步骤为：以普通淀粉或面粉为原料，在 进入双螺杆挤压机前或双螺杆挤压机后，添加酸性改性剂、氧化剂、水、辅 助成分或其混合物，在螺杆机内同时对淀粉进行预糊化、酸化或氧化改性， 得到改性淀粉。
进一步的，所述普通淀粉为谷物淀粉、块根淀粉或豆类淀粉；
所述面粉为谷物面粉、块根面粉或豆类面粉。
进一步的，所述氧化剂为双氧水、次氯酸或其盐溶液、过硫酸盐、碘酸 盐或其水溶液、硫酸盐或其水溶液。
进一步的，所述酸性改性剂为无机酸或酸性盐。
进一步的，所述无机酸为浓度3％-30％的盐酸、硫酸或醋酸；
所述酸性盐为硫酸铝、氯化铝、硫酸钾铝、硫酸亚铁。
进一步的，所述辅助成分辅助剂硼酸盐或其水合物。
进一步的，所述改性淀粉的配比为：
普通淀粉或面粉100份、水15-30份、氧化剂0.2-3份、酸性改性剂0.3-5 份、硼酸盐为0-3份；
工艺温度为105-165℃。
进一步的，所述改性淀粉的直链淀粉分子的平均降解度为1.8～6.0，支链 淀粉的降解度为150～500。
进一步的，所述改性淀粉的预糊化度大于70％，羧基取代度为 0.007～0.025，羰基取代度为0.001～0.008。
一种纸板，包含上述改性淀粉。
应用本发明的技术方案，通过物理改性和化学改性结合，生产出复合性 能的改性淀粉，利用双螺杆的复合工艺，利用机械混合挤压，在高温高压下 及一定水含量下在螺杆挤压机内同时对淀粉进行预糊化改性，酸性改性及氧 化改性及改性分子交联一次到位，使生产出的改性淀粉具有冷水可形成粘度、 无需加热，成膜性好、增加凝胶能力，热粘度降低、可制备高浓度淀粉糊等 特点，满足纸板，医药，食品及建材的使用需求。
发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地 从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目 的和其他优点可通过在所写的说明书中所特别指出的结构来实现和 获得。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得 的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
改性淀粉工艺中，根据使用中对工艺品质的要求来确认改性淀粉的性质， 譬如粘度，碱流动指数，淀粉分子的改性降解程度等，通过改性生产过程的 工艺及配方来符合产品要求。本专利发明在于处双螺杆工艺外，还确定以干 基淀粉为基础，无论使用湿法或干法生产工艺却使用本发明专利的配方组合。 尤其是水分，酸性物质或氧化剂及辅组剂的配比组合。
对淀粉性质影响较大的外界条件：
高温：当蒸煮温度超过100℃，溶解过程将加速，并使体系黏度降低。 这种分散很可能是多聚物的一种溶液行为，然而在过高温度下，如150℃甚 至更高，部分糖苷键将断裂。
机械剪切：当淀粉糊受到搅拌或泵送过程中所发生的剪切作用，淀粉糊 的黏度便下降，热和机械剪切的综合效果也随之增加了对淀粉糊黏度的影响 程度。
酸性介质：在较低pH环境中，在一定温度条件下，将发生α-1，4糖苷 键的快速水解。
盐溶液：电解质严重地影响到淀粉糊的黏度,可相当程度地提高或降低淀 粉糊的黏度，主要取决于盐的种类和浓度，如NaCl和Na2SO4严重地抑制淀 粉颗粒的膨胀，使淀粉糊化向更高温度迁移，另一方面，氢氧化物，如NaOH 可增加淀粉颗粒的可溶解性。电解质对块茎类淀粉影响较大，特别是对土豆 淀粉。
一种制备改性淀粉的复合工艺，步骤为：以普通淀粉或面粉为原料，在 进入双螺杆挤压机前或双螺杆挤压机后，添加酸性改性剂、氧化剂、水、辅 助成分或其混合物，在螺杆机内同时对淀粉进行预糊化、酸化或氧化改性， 得到改性淀粉。原淀粉在水溶液中有着诸多不利因素，如冷水不溶，老化脱 水，耐盐性差，抗机械剪切能力低,成膜性差，耐热性差，以及耐冷性能差等 缺点，大大限制了淀粉的应用，为此采取合理加工条件和方公法，改变原淀 粉理化性能，利用双螺杆的复合工艺，利用机械混合挤压，在高温高压下及 一定水含量下在螺杆挤压机内同时对淀粉进行预糊化改性，酸性改性及氧化 改性及改性分子交联一次到位，使生产出的改性淀粉具有冷水可形成粘度、 无需加热，成膜性好、增加凝胶能力，热粘度降低、可制备高浓度淀粉糊等 特点，满足纸板，医药，食品及建材的使用需求。
本实施案例中，固体氧化剂或酸化改性剂可以和淀粉事先混合后再进入 螺杆或者螺杆机的混合区混合；
氧化剂或酸化改性剂溶液，可以从计量泵进入螺杆混合区或进入螺杆机 前和主原料淀粉或面粉喷雾混合。
本实施案例中，所述普通淀粉为谷物淀粉、块根淀粉或豆类淀粉；
所述面粉为谷物面粉、块根面粉或豆类面粉。
本实施案例中，所述氧化剂优选为双氧水、次氯酸或其盐溶液、过硫酸 盐、碘酸盐或其水溶液、硫酸盐或其水溶液。淀粉在酸、碱、中性介质中与 氧化剂作用，使淀粉氧化。氧化淀粉具有低粘度、高固体分散性、极小的凝 胶化作用等特点。反应过程中淀粉分子链上引入了羰基和羧基，使直链淀粉 的凝沉作用降到最低，大大提高了糊液的稳定性、成膜性、粘合性和透明度。
氧化程度主要取决于氧化剂的种类和介质的pH值。所用的氧化剂一般可 分为三类:酸性氧化剂、碱性氧化剂和中性氧化剂。使用较多的一般是次氯酸 盐、高锰酸盐、双氧水和高碘酸。
本实施案例中，所述氧化剂为过硫酸钾。
本实施案例中，所述酸性改性剂为无机酸或酸性盐。酸解淀粉,酸处理淀 粉。是用酸来处理淀粉，改变淀粉团粒形状的一类变性淀粉。生产酸变性淀 粉的主要目的是降低淀粉糊的粘度。降低粘度通过酸解断链，降低分子量完 成。
纺织工业中由于酸变性淀粉粘度低,能配制高浓度的浆料渗透力强，成膜 性好，水溶性高，被广泛应用于棉、合成纤维或混纺制品的上浆和整理。
造纸工业中利用其特性作为特种纸张表面涂胶剂，改善纸张的耐磨性、 耐油性，并可提高印刷质量。
食品工业中主要用来制糖果及果冻食品，酸变性淀粉制作的糖果，质地 紧凑，外形柔软，富有弹性，耐咀嚼，不粘纸，高温下不收缩，不起砂，提 高了食品的稳定性。
本实施案例中，所述无机酸优选为优浓度3％-30％的盐酸、硫酸或醋酸；
所述酸性盐优选为硫酸铝、氯化铝、硫酸钾铝、硫酸亚铁。氯化铝，硫 酸铝，硫酸铝钾或硫酸亚铁的可以取代强酸如盐酸，硫酸的使用从而保护高 温高压下双螺杆挤压机。
本实施案例中，所述辅助成分辅助剂硼酸盐或其水合物。
本实施案例中，所述改性淀粉的配比为：
普通淀粉或面粉100份、水15-30份、氧化剂0.2-3份、酸性改性剂0.3-5 份、硼酸盐为0-3份；
工艺温度为105-165℃。
另一实施案例中，使用非螺杆挤压工艺如湿法工艺或其他干法工艺，同 时进行酸化改性及氧化改性的改性淀粉，无论是否预糊化，改性淀粉的配比 为普通淀粉或面粉100份、酸化剂0.3-5份、氧化剂0.2～3份、硼酸盐0.1-2 份。
本实施案例中，所述改性淀粉的直链淀粉分子的平均降解度为 1.8～6.0，即统计平均每个直链淀粉分子降解为1.8～6.0个直链分子段；
支链淀粉的降解度为150～500，即统计平均每个支链淀粉分子降解为 150～500个支链分子段。改性降解可通过凝胶挤出色谱检测对比改性前后 分子量来确定。
本实施案例中，所述改性淀粉的预糊化度大于70％，羧基取代度为 0.007～0.025，即淀粉中每100个葡萄糖单元有统计平均有0.7～2.5羧基；
羰基取代度为0.001～0.008，即淀粉中每100个葡萄糖单元有统计平均有 0.1～0.8羰基。
一种纸板，包含上述改性淀粉。
实施例1：含水量13％的1150g玉米淀粉，加入25.3克纯度为98％的过 硫酸钾混合后在5升密闭容器中振荡混合均匀后喷雾加入10％的盐酸36.5克， 让后通过料槽进入双螺杆挤压机，螺杆机温度为145℃得到产品为1175克。
检测产品预糊化度为78％，碱流动指数13秒，常温粘度125mPa.s，pH 值5.46。GPC检测质均分子量587KDa，数均平均分子量为148Kda，滴定 羧基质量分数DS 2.3％。
实施例2：含水量13％的1150g玉米淀粉，加入12.2克纯度为98％的过 硫酸钾及11.45克硼砂混合后在5升密闭容器中振荡混合均匀后喷雾加入10％ 的盐酸47.5克，让后通过料槽进入双螺杆挤压机，螺杆机温度为165℃，得 到产品为1180克。
检测产品预糊化度为85％，碱流动指数15秒，常温粘度137mPa.s，pH 值5.12。GPC检测质均分子量615KDa，数均平均分子量为160Kda，滴定羧 基质量分数DS 1.1％。
实施例3：含水量14％的1150g小麦淀粉，分别加入20.3克纯度为98％ 的过硫酸钾，混合后再依次加11.45克硼砂混合后，最后加入50g硫酸铝并混 合后通过料槽进入双螺杆挤压机，螺杆机温度为165℃。得到产品为1225克。
检测产品预糊化度为80％，碱流动指数18秒，常温粘度145mPa.s，pH 值6.18。GPC检测质均分子量720KDa，数均分子量为200Kda，滴定羧基质 量分数DS 0.9％。
实施例4：含水量14％的1200g小麦面粉，淀粉含量测定为67％左右， 分别加入20.3克纯度为98％的过硫酸钾，混合后再依次加7.6克硼砂混合后， 最后加入40g硫酸铝并混合后通过料槽进入双螺杆挤压机，螺杆机温度为 150℃，得到产品为1250克。
检测产品预糊化度为75％，碱流动指数18秒，常温粘度166mPa.s，pH 值6.70，GPC检测质均分子量690KDa，数均分子量为193Kda，滴定羧基质 量分数DS 0.7％。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限 制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的 技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或 者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种制备改性淀粉的复合工艺，其特征在于，步骤为：以普通淀粉或面粉为原料，在进入双螺杆挤压机前或双螺杆挤压机后，添加酸性改性剂、氧化剂、水、辅助成分或其混合物，在螺杆机内同时对淀粉进行预糊化、酸化或氧化改性，得到改性淀粉。
2.根据权利要求1所述制备改性淀粉的复合工艺，其特征在于，所述普通淀粉为谷物淀粉、块根淀粉或豆类淀粉；
所述面粉为谷物面粉、块根面粉或豆类面粉。
3.根据权利要求2所述制备改性淀粉的复合工艺，其特征在于，所述氧化剂为双氧水、次氯酸或其盐溶液、过硫酸盐、碘酸盐或其水溶液、硫酸盐或其水溶液。
4.根据权利要求3所述制备改性淀粉的复合工艺，其特征在于，所述酸性改性剂为无机酸或酸性盐。
5.根据权利要求4所述制备改性淀粉的复合工艺，其特征在于，所述无机酸为浓度3％-30％的盐酸、硫酸或醋酸；
所述酸性盐为硫酸铝、氯化铝、硫酸钾铝、硫酸亚铁。
6.根据权利要求5所述制备改性淀粉的复合工艺，其特征在于，所述辅助成分辅助剂硼酸盐或其水合物。
7.根据权利要求6所述制备改性淀粉的复合工艺，其特征在于，所述改性淀粉的配比为：
普通淀粉或面粉100份、水15-30份、氧化剂0.2-3份、酸性改性剂0.3-5份、硼酸盐为0-3份；
工艺温度为105-165℃。
8.根据权利要求7所述制备改性淀粉的复合工艺，其特征在于，所述改性淀粉的直链淀粉分子的平均降解度为1.8～6.0，支链淀粉的降解度为150～500。
9.根据权利要求8所述制备改性淀粉的复合工艺，其特征在于，所述改性淀粉的预糊化度大于70％，羧基取代度为0.007～0.025，羰基取代度为0.001～0.008。
10.一种纸板，其特征在于，包含权利要求1-9任一所述改性淀粉。
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