DE19627259A1

DE19627259A1 - Modification of starch by corpuscular irradiation

Info

Publication number: DE19627259A1
Application number: DE1996127259
Authority: DE
Inventors: Juergen E Graefe; Jakob Dr Mahl; Philip Graefe
Original assignee: SUEDSTAERKE GmbH
Current assignee: SUEDSTAERKE GmbH
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1998-01-15

Abstract

Molecular changes are made in starch (-containing) products by corpuscular irradiation while retaining the powder or granular structure of the starch. The irradiation beam can be accelerated or be pulsed by an electric field. The starch can be depolymerised or can be given activated sites for subsequent derivatisation. It can be etherified, esterified or graft polymerised before or after the irradiation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur molekularen Veränderung von Stärke und stärkehaltigen Stoffen durch Korpuskularstrahlen, die von natürlichen und/oder künstlichen Strahlern emittiert werden. Die Kohlenhydrate behalten dabei die grundlegenden physikalischen Eigenschaften, wie ihre Affinität zu Wasser sowie die Eigenschaft in Wasser ab einer bestimmten Temperatur zu verkleistern und in molekular-disperse Lösung zu gehen.The invention relates to a method for the molecular modification of starch and starchy substances by corpuscular rays, which are natural and / or artificial emitters are emitted. Keep the carbohydrates doing the basic physical properties, such as their affinity to Water as well as the property in water above a certain temperature gelatinize and go into molecularly disperse solution.

Die auch als Elektronenstrahlung bezeichnete Korpuskularstrahlung läßt sich durch ein elektrisches Feld beschleunigen und bündeln. Die Strahlen bezeich neter Art sind bekannt bei der Bildröhre des Fernsehempfängers, bei der Röntgenröhre, beim Elektronenmikroskop, sowie beim Elektronen strahl schweißen und -schneiden.The corpuscular radiation, also known as electron radiation, can be accelerate and concentrate through an electric field. The rays denote Neter type are known in the picture tube of the television receiver X-ray tube, the electron microscope, and the electron beam welding and cutting.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfähren zur Derivatisierung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man diese unter Erhalt ihrer pulvrigen oder körnigen Struktur mit den hochenergetischen Elektronen behandelt, wodurch weit mehr Aktivplätze erzeugt werden. So erhalten die Makromoleküle leichteren Zugang bei späteren chemischen Reaktionsprozessen.The invention relates to a method for derivatization, thereby is characterized in that they get their powdery or granular Structure treated with the high-energy electrons, creating far more Active sites are created. This gives the macromolecules easier access in later chemical reaction processes.

Durch die von den hochenergetischen Elektronen ausgelösten Reaktion werden Bindungen gespalten, wodurch der Grad der Polymerisation herabgesetzt wird. Der Spaltungsgrad und somit der DP läßt sich durch Bemessung der Strahlungsmenge präzise beeinflussen. Due to the reaction triggered by the high-energy electrons Bonds cleaved, reducing the degree of polymerization. The degree of cleavage and thus the DP can be determined by dimensioning the Precisely influence the amount of radiation.

Als Ausgangsstoffe werden bestimmte Kohlenhydrate ganz allgemein eingesetzt. Solche sind die isolierten Stärken aus allen bekannten Ursprüngen, stärkehaltige Materialien, wie Getreidemehle, pflanzliche Hydrokolloide, wie beispielsweise Guarmehl, Alginate und Pektine.Certain carbohydrates are generally used as starting materials. Such are the isolated starches from all known origins, starchy ones Materials such as cereal flours, vegetable hydrocolloids, such as Guar flour, alginates and pectins.

Bei der praktischen Durchführung werden die Ausgangsstoffe bevorzugt auf einem Förderband durch eine Behandlungsanlage transportiert. Sie laufen an der Strahlungsquelle vorbei, wodurch eine gleichmäßige Behandlung des gesamten Materials gewährleistet ist.In practice, the starting materials are preferred transported on a conveyor belt through a treatment plant. You run on the Radiation source over, creating an even treatment of the whole Material is guaranteed.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten niedriger molekularen Produkte bieten eine Reihe offensichtlicher Vorteile gegenüber herkömmlichen Depolymerisationsmethoden. Sie sind in Wasser löslich unter Erhalt von niedriger viskosen Lösungen als die der Ausgangsstoffe.The lower molecular weight produced by the process according to the invention Products offer a number of obvious advantages over conventional ones Depolymerization methods. They are soluble in water while maintaining lower viscous solutions than those of the raw materials.

Derart niedrig viskose Stärkeprodukte mußten bislang durch aufwendige Reaktionsmechanismen hergestellt werden. Die dem Fachmann bekannten Verfahren sind die sauer katalysierte Dextrinierung, die oxidative Molekül spaltung vermittels Natriumhypochlorit in einer wäßrigen Suspension sowie die enzymatische Hydrolyse durch Amylasen zur Verringerung des DP.Such low viscous starch products have so far had to be complex Reaction mechanisms are made. Those known to those skilled in the art Processes are acid-catalyzed dextrination, the oxidative molecule cleavage by means of sodium hypochlorite in an aqueous suspension and the Enzymatic hydrolysis by amylases to reduce DP.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Produkte können für zahlreiche Zwecke verwendet werden, wie sie für die vorbezeichneten depoly merisierten Stärken und stärkehaltigen Produkte ganz allgemein bekannt sind. Nach dem Verfahren läßt sich dieser Vorgang einfach, effizient, kostensparend und ohne Wärmebehandlung bzw. Chemikalien durchführen. Aufgrund der nicht chemischen Depolymerisation entstehen auch keine Abfall- oder Nebenprodukte, es fällt keinerlei Abwasser an und entlastet damit den Herstellungsprozeß und die Umwelt. The products that can be produced by the process according to the invention can be used for numerous purposes are used as they are for the aforementioned depoly merized starches and starchy products are generally known. After the procedure, this process can be done easily, efficiently, and cost-effectively and perform without heat treatment or chemicals. Because of not chemical depolymerization also does not result in waste or By-products, there is no waste water and thus relieves the Manufacturing process and the environment.

Ein weiterer Vorteil der Elektronenstrahlbehandlung ist die Aktivierung von Reaktionszentren, was für den Fall wichtig ist, falls anschließend noch chemische Reaktionen in an sich bekannter Weise durchgeführt werden sollen. Insbesondere Pfropfpolymerisationen, Veresterungen und Veretherungen laufen schneller ab und verkürzen die Reaktionszeiten, wobei gleichzeitig das Eindringen der Behandlungschemikalien verbessert und die Reaktionseffizienz erhöht werden kann. Auf der anderen Seite können auch bereits chemisch modifizierte Stärke und/oder stärkehaltige Produkte der erfindungsgemäßen Behandlung unterworfen werden, um beide, die chemische und die nicht chemische Derivatisierung zu vereinen.Another advantage of electron beam treatment is the activation of Reaction centers, which is important for the case, if afterwards chemical reactions are to be carried out in a manner known per se. In particular, graft polymerizations, esterifications and etherifications are ongoing faster and shorten the response times, while at the same time Penetration of treatment chemicals improves and reaction efficiency can be increased. On the other hand, they can already be chemical modified starch and / or starchy products of the invention Treatment is subjected to both the chemical and the non unite chemical derivatization.

Die allgemeinen Vorteile des Verfahrens sind also Vereinfachung des Handling, weil die pulvrige bzw. körnige Substanz - so wie sie ist - umgewandelt wird. Der Produktionsaufwand wird erheblich gesenkt, es fallen keine Chemikalienkosten an, Schadstoff- und/oder Abwasserentsorgung entfallen gänzlich.The general advantages of the process are therefore simplification of handling, because the powdery or granular substance - as it is - is converted. The production effort is significantly reduced, there are none Chemical costs, pollutant and / or waste water disposal are eliminated completely.

EXAMPLE 1

Native Kartoffelstärke mit einer Viskosität von 2180 mPa·s bei 25°C, gemessen nach Brabender, Meßdose 250 cmg in 4%iger wäßriger Lösung und einem Raumgewicht von 650 g/L wird auf ein Förderband in 30 mm dicker Lage aufgebracht, durch eine Behandlungsanlage transportiert und mit 10 Millionen Volt Elektronenstrahlen durchdrungen. Nach einer Behandlungszeit von wenigen Sekunden verläßt die Stärke in äußerlich unveränderter Form die Anlage. Eine Messung der Viskosität zeigt, daß nunmehr die 10%ige Lösung in Wasser eine Viskosität von 15 mPa·s aufweist, gemessen mit dem Brookfield- Viskosimeter, Spindel 2 bei 100 Upm. Diese depolymerisierte Stärke findet Anwendung für die Oberflächenpräparation von Papier. Native potato starch with a viscosity of 2180 mPa · s at 25 ° C, measured according to Brabender, load cell 250 cmg in 4% aqueous solution and one The density of 650 g / L is placed on a conveyor belt in a 30 mm thick layer applied, transported through a treatment plant and with 10 million Volt penetrated electron beams. After a treatment period of in a few seconds the strength leaves the in unchanged form Investment. A measurement of the viscosity shows that the 10% solution in Water has a viscosity of 15 mPas, measured with the Brookfield Viscometer, spindle 2 at 100 rpm. This depolymerized starch takes place Application for the surface preparation of paper.

EXAMPLE 2

Eine vermittels quartärer Ammoniumverbindungen veretherte kationische Stärke wird nach Beispiel 1 behandelt. Die Viskosität sinkt von 150 mPa·s in 7,2%iger Lösung auf 10 mPa·s in 7,2%iger Lösung. Die gesenkte Viskosität ist Ausdruck für die Depolymerisation. Diese depolymerisierte kationische Stärke kann in der Leimpresse als Papierimprägnierung eingesetzt werden.A cationic etherified by means of quaternary ammonium compounds Starch is treated according to example 1. The viscosity drops from 150 mPa · s in 7.2% solution to 10 mPas in 7.2% solution. The lowered viscosity is Expression for the depolymerization. This depolymerized cationic starch can be used as a paper impregnation in the size press.

EXAMPLE 3

Eine durch Korpuskularstrahlung nach Beispiel 1 behandelte Stärke wird in Wasser suspendiert, alkalisiert und unter gleichzeitiger Zugabe von Vinylacetat und weiterem verdünnten Alkali in an sich bekannter Weise verestert. Die Reaktionseffizienz steigt von 70% auf über 80% an. Die Analyse erfolgt durch Verseifung der Estergruppen und Titration der auf diese Weise freigesetzten Acetatgruppen.A starch treated by corpuscular radiation according to Example 1 is shown in Suspended water, alkalized and with the simultaneous addition of vinyl acetate and further diluted alkali esterified in a manner known per se. The Response efficiency increases from 70% to over 80%. The analysis is done by Saponification of the ester groups and titration of those released in this way Acetate groups.

Dieser molekular depolymerisierte Stärkeester kann beispielsweise als Klebstoff oder in Papierstreichfarbrezepturen als natürliches Bindemittel eingesetzt werden.This molecularly depolymerized starch ester can be used, for example, as an adhesive or used as a natural binder in paper coating color formulations will.

Claims

1. A process for the molecular change of starch and starchy products, characterized in that the powdery or granular starting materials are exposed to a corpuscular radiation while maintaining their structure.

2. The method according to claim 1, that one by the radiation electrical field accelerates and / or bundles.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized by Depolymerization of these substances.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized by activating reactive groups and / or additional chemical derivatization of starch or starch containing products.

5. The method according to claims 1 to 4, characterized records that they ver. before and / or after the radiation emission be etherified, esterified or graft polymerized.