CN115010817A - 一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法及反应设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法及反应设备，方法包括使淀粉与辛烯基琥珀酸酐在碱和水的存在下、在反应设备中进行反应的步骤，反应设备包括反应釜及剪切装置，剪切装置包括搅拌轴、分别设置于搅拌轴上的剪切组件和轴流式叶轮，反应设备还包括位于剪切组件下方的导流筒，轴流式叶轮位于导流筒内，轴流式叶轮与导流筒构成轴流泵结构，能够将导流筒下方的物料自导流筒底部的出口吸入并向上传送而从导流筒顶部的出口排出；在进行反应的步骤中，将辛烯基琥珀酸酐从反应釜内导流筒下方的位置通入到反应釜内。本发明方法能够提高酯化反应的液‑液‑固三相反应的效果，加快反应速度，提高辛烯基琥珀酸酐的利用率。

Description

一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法及反应设备

技术领域

本发明具体涉及一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法及反应设备。

背景技术

辛烯基琥珀酸淀粉酯(Starch Octenyl Succinate)是一种重要的变性淀粉，是由Calldwell和Wurzburg在1953年首次合成。淀粉用辛烯基琥珀酸酐(OSA)改性时，亲水的淀粉因辛烯基的存在而获得了疏水性，导致了辛烯基琥珀酸淀粉酯具有亲水、亲油的特性。辛烯基琥珀酸淀粉酯具有广泛的应用，尤其是在乳化剂、增稠剂、微胶囊化壁材及凝胶生产方面。

辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法主要有：

(1)水相法：将淀粉与水混合形成淀粉浓度30～45％的浆料，加入NaOH或NaHCO₃调整pH值8～9，在一定温度条件下缓慢加入辛烯基琥珀酸酐，直至反应结束。再经过滤、洗涤、干燥得到不同取代度的成品；

(2)有机相法：以苯、丙酮、乙醇等惰性有机溶剂作为反应介质，用吡啶等有机碱或无机碱调节体系pH值在8～9，缓慢加入辛烯基琥珀酸酐进行酯化反应。反应完毕，过滤，用乙醇洗去杂质，干燥，得到不同取代度的辛烯基琥珀酸淀粉酯；

(3)干法：将一定量碱和淀粉混合，加入辛烯基琥珀酸酐，搅拌均匀后加热得辛烯基琥珀酸淀粉酯。

上述方法中以水相法的应用最为普遍。但水相法存在如下缺陷：a、以水作为酯化反应的溶剂，不可避免要发生辛烯基琥珀酸酐的水解副反应，所以水相法辛烯基琥珀酸酐的利用率低，辛烯基琥珀酸钠在淀粉酯成品中的残留量大；b、酯化反应为固、液、液三相反应，放大效应严重，产品质量差；c、辛烯基琥珀酸淀粉酯糊化、酶解后易产生絮状物。

2017年，沈阳师范大学粮食学院聂文文等在《食品工业》上发表了题为《辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备、性质及应用研究》的文章，介绍了如下内容：以水作为反应介质，形成淀粉乳浓度为30～40％的溶液。用NaOH或NaHCO₃等碱性试剂调节反应体系pH保持在8～9，在一定温度下，缓慢加入辛烯基琥珀酸酐稀溶液，并伴随不断搅拌，直至反应结束。再经水或乙醇洗涤、过滤、干燥，得到不同取代度的产品。

Song等以早籼米淀粉为原料，研究了辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备工艺，得出最佳制备条件为：淀粉乳浓度为35％，反应时间4h，pH为8.5，反应温度为35℃，OSA用量(淀粉干基为基准)为3％，得出产品的取代度和反应效率分别为0.018、78％。Zhang等提出先将淀粉用球磨机进行机械化预处理，再用水相法反应，以增加接触面积从而提高反应效率。

然而上述文章中并未提出酯化反应速度慢以及辛烯基琥珀酸酐利用率低的解决方法。

2019年，浙江师范大学化学与生命科学学院向露等在《食品工业科技》上发表了题为《不同分子量辛烯基琥珀酸蜡质玉米淀粉酯的制备及其性能》的文章，介绍了如下内容：1、将蜡质玉米淀粉分散到去离子水中，用2％氢氧化钠水溶液将pH值调整到8.5；2、滴加辛烯基琥珀酸酐的乙醇溶液进行酯化反应；3、调酸、过滤、洗涤、烘干得到辛烯基琥珀酸淀粉酯；4、将辛烯基琥珀酸淀粉酯在盐酸水溶液中加热糊化；5、加入β淀粉酶进行酶解；6、冷冻干燥得到酶解辛烯基琥珀酸淀粉酯。该工艺存在辛烯基琥珀酸酐利用率低，反应速度慢，产品中辛烯基琥珀酸钠残留量大的问题。

总之，现有的水相法制备辛烯基琥珀酸淀粉酯普遍存在如下问题：1)反应速度慢，辛烯基琥珀酸酐利用率低；2)产品质量差；3)产品中有絮状物。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有的水相法制备辛烯基琥珀酸淀粉酯存在反应速度慢及辛烯基琥珀酸酐利用率低的问题，提供一种改进的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法。

本发明的第二目的是提供一种反应设备。

本发明的第三目的是提供一种反应设备在酯化反应中的应用。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，包括使淀粉与辛烯基琥珀酸酐在碱和水的存在下、在反应设备中进行反应的步骤，所述反应设备包括反应釜及设置在所述反应釜内的剪切装置，所述剪切装置包括在驱动机构驱动下能够转动的搅拌轴、设置于所述搅拌轴上的剪切组件、设置于所述搅拌轴上并位于所述剪切组件下方的轴流式叶轮，所述反应设备还包括位于所述剪切组件下方的导流筒，所述导流筒的顶部和底部分别具有供物料进出的口部，所述轴流式叶轮位于所述导流筒内，所述轴流式叶轮与所述导流筒构成轴流泵结构，能够将所述导流筒下方的物料自所述导流筒底部的出口吸入并向上传送而从所述导流筒顶部的出口排出；

在进行所述反应的步骤中，将所述辛烯基琥珀酸酐从所述反应釜内所述导流筒下方的位置通入到所述反应釜内。

在一些实施方式中，所述剪切组件具有位于其自身内部的物料通道以及与位于其自身周侧的物料出口，所述物料通道与所述物料出口、所述的导流筒的顶部出口均连通，在进行所述反应的步骤中，从所述导流筒的顶部出口排出的物料的至少一部分进入所述的物料通道，在所述物料通道内经过剪切后，从所述物料出口排出。

进一步地，所述剪切组件包括定子和位于所述定子内的转子，其中所述转子随所述搅拌轴一起转动地设置，所述定子的内周面与所述转子的外周面之间形成所述物料通道，所述定子的周侧壁上开设多个通孔，所述多个通孔形成所述物料出口，所述定子位于所述导流筒之上且二者之间存在间隔。

在一些优选且具体实施方式中，所述定子通过上下方向延伸的一个、二个或更多个连接杆与所述导流筒连接，在进行所述反应的步骤中，从所述导流筒的顶部出口排出的物料的一部分进入所述物料通道，另一部分进入所述导流筒、所述定子、所述连接杆之间的空间并进一步向下流动，进入所述物料通道内的物料经过剪切后从所述定子上的通孔排出，并进一步向所述反应釜的内壁运动然后沿所述反应釜的内壁向下运动。

优选地，所述定子上的多个通孔沿所述定子的周向均匀分布。

优选地，所述定子通过多个所述连接杆与导流筒相连，多个所述连接杆沿所述导流筒的周向均匀分布。

根据本发明的一些实施方式，所述反应釜具有沿着其高度方向延伸的中心线，所述剪切装置的轴心线与所述反应釜的中心线重合，相比于将剪切装置在反应釜内偏心安装的方式，能够使所述反应釜内物料更好的实现循环流场，提高淀粉与辛烯基琥珀酸酐酯化反应的效果。

根据本发明的一些实施方式，所述搅拌轴、剪切组件、轴流式叶轮以及导流筒的轴心线重合。

根据本发明的一些实施方式，所述导流筒、所述剪切组件中的一者或二者与所述反应釜连接。

根据本发明的一些实施方式，所述导流筒的下部形成自上而下截面积逐渐增大的喇叭状口部。

根据本发明的一些实施方式，所述导流筒的上部形成自上而下截面积逐渐减小的喇叭状口部。

根据本发明的一些实施方式，所述导流筒在非口部的位置处的外径小于所述定子的外径。

根据本发明的一些实施方式，所述反应设备还包括与所述搅拌轴连接的驱动机构。优选地，所述驱动机构为电机，或其他驱动机构。

根据本发明的一些实施方式，所述反应设备还包括供所述辛烯基琥珀酸酐进料的进料管，所述进料管的出口位于所述导流筒的下方；优选地，所述进料管的出口朝向所述导流筒底部的口部设置。该种结构设置，便于将辛烯基琥珀酸酐通入到导流筒的下方的位置。

根据本发明的一些优选且具体实施方式，所述制备方法包括如下步骤：

向所述反应釜中投入饮用水、所述淀粉，设定转速、开启所述剪切装置，进行初步混合；

初步混合结束后，调高所述剪切装置的转速，向所述反应釜内通入所述辛烯基琥珀酸酐和所述碱的水溶液，进行所述反应，至所述辛烯基琥珀酸酐添加完毕以及所述反应釜内物料的pH不再降低，停止通入所述碱的水溶液，并向所述反应釜内通入酸性水溶液进行中和，至pH为6.0～7.0；

中和完毕，将物料送入过滤器进行过滤，滤饼经过水洗，得到所述的辛烯基琥珀酸淀粉酯的湿品。

进一步地，所述初步混合步骤中，设定所述剪切装置的转速为300～400r/min。

进一步地，所述的反应步骤中，设定所述剪切装置的转速为900～2000r/min。在实际操作中，反应设备的反应釜容积小，剪切转速可以设置高一些，反应设备的反应釜容积大剪切转速可以设置低一些。

进一步地，在进行所述反应过程中，控制所述反应釜内物料温度为15～25℃，在此反应温度下，酯化反应较合适，淀粉糊化比例小，后处理过程简单，且产品中无絮状物，产品质量好。

进一步地，在进行所述反应过程中，控制通入所述碱的水溶液的添加，以使所述反应釜内物料的pH为7.5～8.5。进一步地，所述碱的水溶液可以采用连续投料方式或滴加方式投料，在所述反应釜内物料的上方投料。

进一步地，所述酸性水溶液为盐酸、硫酸、磷酸、柠檬酸、抗坏血酸中的一种或多种，优选为盐酸。

进一步地，将所述碱的水溶液加入至所述反应釜内物料的表面。

淀粉与辛烯基琥珀酸酐的投料比例直接决定了淀粉的酯化反应程度，间接决定了杂质辛烯基琥珀酸钠在最终产品中的残留量。淀粉与辛烯基琥珀酸酐的投料比例小，即辛稀基琥珀酸酐与淀粉的投料比例大，酯化反应程度高(需要小于相关标准要求，GB 28303-2012食品安全国家标准食品添加剂辛烯基琥珀酸淀粉钠中规定，辛稀基琥珀酸基团的质量含量≤3.0％)，但辛烯基琥珀酸淀粉酯中辛烯基琥珀酸钠的残留量也增大。淀粉与辛烯基琥珀酸酐的投料比例大，即辛稀基琥珀酸酐与淀粉的投料比例小，则相反。采用本申请所述的反应设备进行酯化反应，淀粉与辛烯基琥珀酸酐的投料质量比例为1：0.025～0.030，可以达到最佳的反应效果和质量水平。

在一些具体实施方式中，所述辛烯基琥珀酸酐可以采用连续投料方式或滴加方式投料。

根据本发明的一些实施方式，所述碱可以为碱金属或碱土金属的氢氧化物、氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐及其水合物中的一种或多种，如为NaOH、NaHCO₃、Na₂CO₃、KOH、Ca(OH)₂、NH₄OH、Na₃PO₄·12H₂O、Mg(OH)₂中的一种或多种。优选地，所述碱为NaOH、KOH中的一种。

根据本发明的一些实施方式，所述淀粉选自玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、大麦淀粉、稻米淀粉、高粱淀粉、甘薯淀粉、木薯淀粉、豆类淀粉中的一种或多种。所述玉米淀粉包括蜡质玉米淀粉和普通玉米淀粉。优选地，所述淀粉为蜡质玉米淀粉。

本发明采取的另一技术方案如下：

一种反应设备，包括：

反应釜，用于提供化学反应的场所；

剪切装置，用于对所述反应釜内的物料进行混合；

所述剪切装置包括在驱动机构驱动下能够转动的搅拌轴及设置于所述搅拌轴上的剪切组件，所述剪切装置还包括设置于所述搅拌轴上并位于所述剪切组件下方的轴流式叶轮，所述反应设备还包括位于所述剪切组件下方的导流筒，所述导流筒的顶部和底部分别具有供物料进出的口部，所述轴流式叶轮位于所述导流筒内，所述轴流式叶轮与所述导流筒构成轴流泵结构，能够将所述导流筒下方的物料自所述导流筒底部的出口吸入并向上传送而从所述导流筒顶部的出口排出。

根据本发明的一些实施方式，所述剪切组件具有位于其自身内部的物料通道以及与位于其自身周侧的物料出口，所述物料通道与所述物料出口、所述导流筒的顶部出口均连通。

进一步地，所述剪切组件包括定子和位于所述定子内的转子，其中所述转子随所述搅拌轴一起转动地设置，所述定子的内周面与所述转子的外周面之间形成所述物料通道，所述定子的周侧壁上开设多个通孔，所述多个通孔形成所述物料出口，所述定子位于所述导流筒之上且二者之间存在间隔。

进一步地，所述定子通过上下方向延伸的一个、二个或更多个连接杆与所述导流筒连接。

进一步地，所述反应釜具有沿着其高度方向延伸的中心线，所述剪切装置的轴心线与所述反应釜的中心线重合。

进一步地，所述搅拌轴、剪切组件、轴流式叶轮以及导流筒的轴心线重合。

进一步地，所述导流筒的下部形成自上而下截面积逐渐增大的喇叭状口部。

进一步地，所述导流筒的上部形成自上而下截面积逐渐减小的喇叭状口部。

进一步地，所述导流筒在非口部的位置处的外径小于所述定子的外径。

进一步地，所述导流筒、所述剪切组件中的一者或二者与所述反应釜连接。

进一步地，所述反应设备还包括与所述搅拌轴连接的驱动机构。

进一步地，所述反应设备还包括进料管，所述进料管的出口位于所述导流筒下方且优选朝向所述导流筒底部的口部。

本发明的上述反应设备，相比于现有的反应设备，具有更好的剪切、混合作用，已证明其在酯化反应中，有助于提升反应效果和反应速度，特别是对于非均相的反应而言，这种提升效果更加明显。

因此，本发明还特别涉及上述反应设备在酯化反应中的应用。

在一些应用中，所述酯化反应是原料包括淀粉的酯化反应，由于采用本发明的反应设备，这些酯化反应相比现有的酯化反应具有更好的反应效果和/或反应速度。

进一步地，所述酯化反应可以是各种反应，包括均相反应、液-固二相反应、液-液-固三相反应等，没有特别限制。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明的反应设备，在剪切组件的下方设置有导流筒和轴流式叶轮，导流筒和轴流式叶轮构成轴流泵结构，流量大、压头低，能够有效将导流筒下方的物料吸入、混合，之后向上输送至剪切组件进行剪切、乳化，先进行的混合为相对宏观的、大尺寸的混合，后续的剪切则可实现相对微观的、小尺寸的物料融合，整体上实现了对于反应物料更好的混合作用，有助于提高反应效果、增加反应速度，并相应地，有助于提升产品品质。

本发明的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其关键的反应在本发明的反应设备中进行，同时有机结合该设备的设计，在辛烯基琥珀酸酐的投料位置上进行优化，相比采用现有技术的制备方法，采用本发明的方法，淀粉与辛烯基琥珀酸酐在碱和水的存在下进行的液-液-固三相反应的效果得到提升，反应速度加快，辛烯基琥珀酸酐的利用率提高，杂质辛烯基琥珀酸钠盐在辛烯基琥珀酸淀粉酯中的残留减少，产品质量提高。

附图说明

图1为本发明实施例制备辛烯基琥珀酸淀粉酯采用的反应设备的结构示意图；

图2为本发明实施例制备辛烯基琥珀酸淀粉酯采用的反应设备的结构示意图(剪切装置剖视)；

图3为图2中A处放大结构示意图；

图4为本发明实施例制备辛烯基琥珀酸淀粉酯采用的反应设备的结构示意图(反应釜内物料流向示意图)；

图中，1、反应釜；2、夹套；3、剪切组件；3a、定子；3b、转子；4、电机；5、连接杆；6、导流筒；6a、本体段；6b、导流段；6c、过渡段；7、搅拌轴；8、轴流式叶轮；9、第一料槽；10、第二料槽；11、第三料槽；12、第一管道；13、第二管道；14、第三管道；15、通孔。

具体实施方式

本发明针对现有技术中辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法所存在的不足，提出了改进的方案，通过有机结合反应设备创新和工艺创新解决现有技术的不足。下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

根据本发明的一个具体实施方案中，反应设备如图1～4所示，该反应设备包括反应釜1、套设在反应釜1外部的夹套2及设置在反应釜1内的剪切装置。

剪切装置包括在驱动机构驱动下能够转动的搅拌轴7、设置于搅拌轴7上的剪切组件3、设置于搅拌轴7上并位于剪切组件3下方的轴流式叶轮8，该反应设备还包括位于剪切组件3下方的导流筒6，导流筒6的顶部和底部分别具有供物料进出的口部，轴流式叶轮8位于导流筒6内，轴流式叶轮8与导流筒6构成轴流泵结构，能够将导流筒6下方的物料自导流筒6底部的出口吸入并向上传送而从导流筒6顶部的出口排出。剪切组件3具有位于其自身内部的物料通道及与位于其自身周侧的物料出口，物料通道与物料出口、导流筒6的顶部出口均连通。

在一个具体实施例中，如图3所示，剪切组件3包括定子3a和位于定子3a内的转子3b，其中转子3b随搅拌轴7一起转动地设置，定子3a的内周面和转子3b的外周面之间形成物料通道，定子3a的周侧壁上开设多个通孔15，多个通孔15形成物料出口，且多个通孔15沿定子3a的周向均匀分布，定子3a位于导流筒6之上且二者之间存在间隔。

本例中，定子3a通过多个连接杆5与导流筒6连接。多个连接杆5沿导流筒6的周向均匀分布设置；定子3a与反应釜1相连(图中未示出)，以将定子3a和导流筒6固定在反应釜1内，此连接方式不是重点，只需将定子3a相对固定在反应釜1内即可，如可以采用杆件将定子3a固定连接在反应釜1内。

本例中，导流筒6的下部形成自上而下截面积逐渐增大的喇叭状口部，导流筒6的上部形成自上而下截面积逐渐减小的喇叭状口部，导流筒6在非口部的位置处的外径小于定子3a的外径。如导流筒6包括本体段6a、沿本体段6a的长度方向延伸且分别形成在本体段6a的下端部和上端部的导流段6b和过渡段6c，本体段6a的外径小于定子3a的外径，导流段6b自上而下截面积逐渐增大，过渡段6c自上而下截面积逐渐减小，过渡段6c与连接杆5相连。

为了更好地提高淀粉和辛烯基琥珀酸酐的酯化反应的效果，搅拌轴7、剪切组件3、轴流式叶轮8及导流筒6的轴心线重合；反应釜1具有沿着高度方向延伸的中心线，剪切装置的轴心线和反应釜1的中心线重合。

本例中，该反应设备还包括与搅拌轴7连接的驱动机构，如驱动机构为设置在反应釜1顶部的电机4，搅拌轴7与电机4的电机轴固定设置，转子3b套设在搅拌轴7上且与搅拌轴7相对固定。电机4的转速通过变频器设定。

本例中，反应设备还包括分别设置在反应釜1上的第一料槽9、第二料槽10和第三料槽11，第一料槽9、第二料槽10和第三料槽11分别通过第一管道12、第二管道13和第三管道14与反应釜1相连，第一料槽9用于盛放辛烯基琥珀酸酐，第一管道12由反应釜1的顶部伸入反应釜1内且下端部延伸至导流筒6的下方，并且第一管道12的出口朝上设置；第二料槽10用于盛放碱的水溶液，第二管道13的出口位于反应釜1顶部；第三料槽11用于盛放酸性水溶液，酸性水溶液用于酯化反应结束对物料进行中和。在一些具体实施例中，反应釜1的容积为500L，第一料槽9的容积为10L，第二料槽10的容积为100L，第三料槽11的容积为100L。

通常，淀粉与辛烯基琥珀酸酐在碱和水存在下的酯化反应是液、液、固三相反应，而淀粉本身是由微小颗粒组成的团聚物，在进行酯化反应时仅淀粉团表面的羟基位点可以参与反应，团聚物内部的淀粉微团不能进行反应，这样就形成了酯化反应的不均匀性，影响了辛烯基琥珀酸淀粉酯的包埋性能。

而采用上述的反应设备，则可以使淀粉团聚物更多的羟基位点暴露出来，促进淀粉与辛烯基琥珀酸酐的酯化反应。

采用上述反应设备进行酯化反应，导流筒6下方的物料在轴流式叶轮8与导流筒6构成的轴流泵结构的作用下自导流筒6底部的出口吸入导流筒6内并向上传送而从导流筒6顶部的出口排出。从导流筒6顶部的出口排出的物料一部分进入定子3a和转子3b之间的物料通道，另一部分从导流筒6、定子3a、连接杆5之间的空间流出导流筒6进入反应釜1内的物料主体中进一步向下流动并再次进入导流筒6形成大的循环流场；进入定子3a和转子3b之间的物料通道内的物料，在物料通道内经过剪切后，从定子3a上的通孔15射出并随着转子3b在物料通道中形成的高频压力突变下断裂，形成微小液滴。从定子3a上的通孔15出来的物料液滴向反应釜1内壁运动，并进一步沿反应釜1内壁向下与由导流筒6、定子3a、连接杆5之间的空间流出的物料合并向下运动并再次进入导流筒6，如图4所示，实现了两层循环剪切流动。

而辛烯基琥珀酸酐由导流筒6下方的位置进料，然后在导流筒6内与淀粉浆料实现大尺度剧烈混合，由导流筒6、定子3a、连接杆5之间的空间流出导流筒6的物料表观为宏观混合。从定子3a上的通孔15出来的物料表现为微观混合。采用将碱加入反应釜1内物料表面，物料的上表面是大量粒度极小的辛烯基琥珀酸酐和淀粉微团，可以快速进行酯化反应，并大量消耗了碱。

使辛烯基琥珀酸酐从导流筒6的下方位置通入到反应釜内，还有一个好处是，导流筒6内碱浓度低，且辛烯基琥珀酸酐颗粒大，酯化反应慢，辛烯基琥珀酸酐的水解反应也慢，抑制了辛烯基琥珀酸酐的水解反应，相应提升辛烯基琥珀酸酐的利用率。

采用上述反应设备进行淀粉和辛烯基琥珀酸酐的反应，通过分两个尺度进行酯化、水解反应，加快了反应速度，提高辛烯基琥珀酸酐的利用率。而传统的水相制备方法，碱的浓度在整个体系中基本保持一致，辛烯基琥珀酸酐及淀粉的粒径在整体体系中也基本一致，即使将物料的混合加剧以提高淀粉与辛烯基琥珀酸酐之间的接触，但由于辛烯基琥珀酸酐易于发生水解，整体上辛烯基琥珀酸酐的利用率仍然较低。

下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。

实施例1

本实施例的辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法，采用上述如图1所示的反应设备和进料方式，具体包括以下步骤：

(1)向第一料槽9中加入辛烯基琥珀酸酐2.04kg；向第二料槽10中加入质量浓度2.2％的氢氧化钠水溶液70kg；向第三料槽11中加入质量浓度3.2％的稀盐酸70kg。

(2)向500L的反应釜1内投入饮用水180L和蜡质玉米淀粉80.1kg，通过变频器设置电机4的电机轴的转速为300～400r/min，进行初步混合。

(3)通过变频器设置电机轴的转速为950～1050r/min，夹套2内通入冷媒进行冷却，控制反应釜1内物料温度为15～17℃，分别向反应釜1内缓慢加入辛烯基琥珀酸酐和氢氧化钠水溶液，其中，控制辛烯基琥珀酸酐在40～60min内加完，控制氢氧化钠水溶液的加入速度使反应釜1内物料的pH值为7.5～8.5。辛烯基琥珀酸酐滴加完毕，当反应釜1内物料pH值不再降低，停止加入氢氧化钠水溶液，然后缓慢向反应釜1内加入稀盐酸进行中和，待反应釜1内物料pH值为6.0～7.0，停止加入稀盐酸。

(4)将反应釜1内的物料送入转鼓过滤器进行过滤，滤饼用饮用水洗涤至pH值为6.5～7.0，得到辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品。

经检测，辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品中，取代度为2.33％(单位质量淀粉酯所含辛烯基琥珀酸基团的质量，利用HPLC方法测定，具体参照文献Food Chem.2012，135，665-671)，游离OSA为0.08％，OSA的利用率为91.5％。

实施例2

本实施例的辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法，采用的反应设备同实施例1，制备方法基本同实施例1，不同之处在于：步骤(1)中，第一料槽9中的辛烯基琥珀酸酐的投料量为2.02kg；

步骤(2)中，反应釜1内投入蜡质玉米淀粉的量为80.0kg；

步骤(3)中，控制反应釜1内物料温度22～25℃，控制辛烯基琥珀酸酐在20～30min内加完。

经检测，辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品中，取代度为2.28％，游离OSA为0.06％，OSA的利用率为90.3％。

实施例3

本实施例的辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法，采用的反应设备同实施例1，制备方法基本同实施例1，不同之处在于：步骤(1)中，第一料槽9中的辛烯基琥珀酸酐的投料量为2.4kg。

经检测，辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品中，取代度为2.73％，游离OSA为0.08％，OSA的利用率为91.1％。

实施例4

本实施例的辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法，采用的反应设备同实施例1，制备方法基本同实施例1，不同之处在于：步骤(1)中，第一料槽9中的辛烯基琥珀酸酐的投料量为2.24kg。

经检测，辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品中，取代度为2.53％，游离OSA为0.09％，OSA的利用率为90.4％。

实施例5

本实施例的辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法，采用的反应设备同实施例1，制备方法基本同实施例1，不同之处在于：步骤(3)中，调整电机轴的转速为1500r/min。

经检测，辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品中，取代度为2.42％，游离OSA为0.07％，OSA的利用率为95.0％。

实施例6

本实施例的辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法，采用的反应设备同实施例1，制备方法基本同实施例1，不同之处在于：采用小麦淀粉代替蜡质玉米淀粉。

经检测，辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品中，取代度为2.38％，游离OSA为0.07％，OSA的利用率为93.45。

实施例7

本实施例的辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法，采用的反应设备同实施例1，制备方法基本同实施例1，不同之处在于：采用马铃薯淀粉代替蜡质玉米淀粉。

经检测，辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品中，取代度为2.37％，游离OSA为0.07％，OSA的利用率为93.1％。

对比例1

本对比例的辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法，制备方法同实施例1，采用的反应设备基本同实施例1，不同之处在于：剪切装置中没有设置导流筒。

经检测，辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品中，取代度为2.01％，游离OSA为0.08％，OSA的利用率为78.9％。

对比例2

本对比例的辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法，制备方法和反应设备基本同实施例1，不同之处在于：辛烯基琥珀酸酐从反应釜1顶部进料。

经检测，辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品中，取代度为2.12％，游离OSA为0.08％，OSA的利用率为83.2。

对比例3

本对比例的辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相制备方法，采用的反应设备同实施例1，制备方法基本同实施例1，不同之处在于：步骤(1)中，第一料槽9中的辛烯基琥珀酸酐的投料量为1.6kg。

经检测，辛烯基琥珀酸淀粉酯湿品中，取代度为1.83％，游离OSA为0.08％，OSA的利用率为91.6％。

上述测试中，利用率的计算方法如下：

利用率＝[取代度/(实际投入OSA的质量/实际投入淀粉的质量)]×100％

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

Claims (15)

1.一种辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，包括使淀粉与辛烯基琥珀酸酐在碱和水的存在下、在反应设备中进行反应的步骤，所述反应设备包括反应釜及设置在所述反应釜内的剪切装置，其特征在于：

所述剪切装置包括在驱动机构驱动下能够转动的搅拌轴、设置于所述搅拌轴上的剪切组件、设置于所述搅拌轴上并位于所述剪切组件下方的轴流式叶轮，所述反应设备还包括位于所述剪切组件下方的导流筒，所述导流筒的顶部和底部分别具有供物料进出的口部，所述轴流式叶轮位于所述的导流筒内，所述轴流式叶轮与所述导流筒构成轴流泵结构，能够将所述导流筒下方的物料自所述导流筒底部的出口吸入并向上传送而从所述导流筒顶部的出口排出；

在进行所述反应的步骤中，将所述辛烯基琥珀酸酐从所述反应釜内所述导流筒下方的位置通入到所述反应釜内。

2.根据权利要求1所述的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于，所述剪切组件具有位于其自身内部的物料通道以及与位于其自身周侧的物料出口，所述物料通道与所述物料出口、所述导流筒的顶部出口均连通，在进行所述反应的步骤中，从所述导流筒的顶部出口排出的物料的至少一部分进入所述物料通道，在所述物料通道内经过剪切后，从所述物料出口排出。

3.根据权利要求2所述的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于，所述剪切组件包括定子和位于所述定子内的转子，其中所述转子随所述搅拌轴一起转动地设置，所述定子的内周面与所述转子的外周面之间形成所述物料通道，所述定子的周侧壁上开设多个通孔，所述多个通孔形成所述物料出口，所述定子位于所述导流筒之上且二者之间存在间隔。

4.根据权利要求3所述的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于，所述定子通过上下方向延伸的一个、二个或更多个连接杆与所述导流筒连接，在进行所述反应的步骤中，从所述导流筒的顶部出口排出的物料的一部分进入所述物料通道，另一部分进入所述导流筒、所述定子、所述连接杆之间的空间并进一步向下流动，进入所述物料通道内的物料经过剪切后从所述定子上的通孔排出，并进一步向所述反应釜的内壁运动然后沿所述反应釜的内壁向下运动。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于，所述反应釜具有沿着其高度方向延伸的中心线，所述的剪切装置的轴心线与所述反应釜的中心线重合；

和/或，所述搅拌轴、剪切组件、轴流式叶轮以及导流筒的轴心线重合；

和/或，所述导流筒的下部形成自上而下截面积逐渐增大的喇叭状口部；

和/或，所述导流筒的上部形成自上而下截面积逐渐减小的喇叭状口部；

和/或，所述导流筒在非口部的位置处的外径小于所述定子的外径；

和/或，所述导流筒、所述剪切组件中的一者或二者与所述反应釜连接；

和/或，所述反应设备还包括与所述搅拌轴连接的驱动机构。

6.根据权利要求1所述的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：所述反应设备还包括供所述辛烯基琥珀酸酐进料的进料管，所述进料管的出口位于所述导流筒的下方；优选地，所述进料管的出口朝向所述导流筒底部的口部设置。

7.根据权利要求1所述的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：

向所述反应釜中投入饮用水、所述淀粉，设定转速、开启所述剪切装置，进行初步混合；

初步混合结束后，调高所述剪切装置的转速，向所述反应釜内通入所述辛烯基琥珀酸酐和所述碱的水溶液，进行所述反应，至辛烯基琥珀酸酐添加完毕以及反应釜内物料的pH不再降低，停止通入所述碱的水溶液，并向所述反应釜内通入酸性水溶液进行中和，至pH为6.0～7.0；

中和完毕，将物料送入过滤器进行过滤，滤饼经过水洗，得到所述的辛烯基琥珀酸淀粉酯的湿品。

8.根据权利要求7所述的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：所述初步混合步骤中，设定所述剪切装置的转速为300～400r/min；

和/或，所述的反应步骤中，设定所述剪切装置的转速为900～2000r/min；

和/或，在进行所述反应过程中，控制所述反应釜内物料温度为15～25℃；

和/或，在进行所述反应过程中，控制通入所述碱的水溶液的添加，以使所述反应釜内物料的pH为7.5～8.5；

和/或，将所述碱的水溶液加入至所述反应釜内物料的表面。

9.根据权利要求1、6-8中任一项所述的辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备方法，其特征在于：所述淀粉与辛烯基琥珀酸酐的投料质量比为1：0.025～0.030；和/或，所述碱为选自NaOH、NaHCO₃、Na₂CO₃、KOH、Ca(OH)₂、NH₄OH、Na₃PO₄·12H₂O、Mg(OH)₂中的一种或多种；和/或，所述淀粉为选自玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、大麦淀粉、稻米淀粉、高粱淀粉、甘薯淀粉、木薯淀粉、豆类淀粉中的一种或多种。

10.一种反应设备，包括：

反应釜，用于提供化学反应的场所；

剪切装置，用于对所述反应釜内的物料进行混合；

所述剪切装置包括在驱动机构驱动下能够转动的搅拌轴及设置于所述搅拌轴上的剪切组件，其特征在于：

所述剪切装置还包括设置于所述搅拌轴上并位于所述剪切组件下方的轴流式叶轮，所述反应设备还包括位于所述剪切组件下方的导流筒，所述导流筒的顶部和底部分别具有供物料进出的口部，所述轴流式叶轮位于所述导流筒内，所述轴流式叶轮与所述导流筒构成轴流泵结构，能够将所述导流筒下方的物料自所述导流筒底部的出口吸入并向上传送而从所述导流筒顶部的出口排出。

11.根据权利要求10所述的反应设备，其特征在于：所述剪切组件具有位于其自身内部的物料通道以及与位于其自身周侧的物料出口，所述物料通道与所述物料出口、所述导流筒的顶部出口均连通。

12.根据权利要求11所述的反应设备，其特征在于，所述剪切组件包括定子和位于所述定子内的转子，其中所述转子随所述搅拌轴一起转动地设置，所述定子的内周面与所述转子的外周面之间形成所述物料通道，所述定子的周侧壁上开设多个通孔，所述多个通孔形成所述物料出口，所述定子位于所述导流筒之上且二者之间存在间隔。

13.根据权利要求12所述的反应设备，其特征在于，所述定子通过上下方向延伸的一个、二个或更多个连接杆与所述导流筒连接；

和/或，所述反应釜具有沿着其高度方向延伸的中心线，所述剪切装置的轴心线与所述反应釜的中心线重合；

和/或，所述搅拌轴、剪切组件、轴流式叶轮以及导流筒的轴心线重合；

和/或，所述导流筒的下部形成自上而下截面积逐渐增大的喇叭状口部；

和/或，所述导流筒的上部形成自上而下截面积逐渐减小的喇叭状口部；

和/或，所述导流筒在非口部的位置处的外径小于所述定子的外径；

和/或，所述导流筒、所述剪切组件中的一者或二者与所述反应釜连接；

和/或，所述反应设备还包括与所述搅拌轴连接的驱动机构；

和/或，所述反应设备还包括进料管，所述进料管的出口位于所述导流筒下方且优选朝向所述导流筒底部的口部。

14.如权利要求10至13中任一项所述的反应设备在酯化反应中的应用。

15.根据权利要求14所述的应用，其特征在于：所述酯化反应的原料包括淀粉；和/或，所述酯化反应为均相反应、液-固二相反应、液-液-固三相反应。

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