KR100488760B1 - 초산 전분의 반건식 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초산 전분의 반건식 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전분에 초산에스테르화 약제 및 알칼리수용액을 투입하여 초산 전분을 제조할 시에 반응매체로 용제를 사용하지 않고, 전분 자체의 수분함량 및 액상 초산에스테르화 약제와 알칼리수용액의 부분 액상에서 반건식(Semi-dry process)으로 에스테르화함으로써, 반응, 정제시 과다한 용제 및 물의 사용을 방지하여 제품의 유실율을 낮출 수 있음과 동시에 생산성을 향상시킬 수 있으며, 공정 중 용제 및 물의 사용량이 감소됨에 따라 생산원가가 절감되고 폐수의 발생으로 인한 환경오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 수용성이 우수한 초산 전분을 생산함으로써 고부가가치를 창출할 수 있도록 한 것으로, 반응기에 전분을 투입하고 30∼80℃에서 전분의 수분 함량이 5∼12중량%가 되도록 예비건조하는 단계(S1)와; 예비건조한 전분 90∼97중량%에 액상 초산에스테르화 약제 3∼10중량%를 교반하면서 분무투입하는 단계(S2)와; 초산에스테르화 약제가 투입된 1차 혼합물에 탄산나트륨수용액을 pH 8.5∼9.0이 되도록 교반하면서 분무투입하는 단계(S3)와; 탄산나트륨수용액이 투입된 2차 혼합물을 60∼80℃의 온도에서 2차 혼합물 내의 총 수분함량이 30∼40중량%가 되도록 한 후, 2∼4시간 에스테르화반응시키는 단계(S4)와; 반응된 반응물 40∼60중량%와 알코올수용액 40∼60중량%를 정제기에 투입하고 묽은염산 또는 황산으로 pH 6.0∼8.0이 되도록 중화한 후 정제하는 단계(S5); 및 정제된 반응물을 탈수하고 건조하는 단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초산 전분의 반건식 제조방법이다.

Description

초산 전분의 반건식 제조방법{Manufacture method for starch acetate by semi-dry process}

본 발명은 초산 전분의 반건식 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전분에 초산에스테르화 약제 및 알칼리수용액을 투입하여 초산 전분을 제조할 시에 반응매체로 용제를 사용하지 않고, 전분 자체의 수분함량 및 액상 초산에스테르화 약제와 알칼리수용액의 부분 액상에서 반건식(Semi-dry process)으로 에스테르화함으로써, 반응, 정제시 과다한 용제 및 물의 사용을 방지하여 제품의 유실율을 낮출 수 있음과 동시에 생산성을 향상시킬 수 있으며, 공정 중 용제 및 물의 사용량이 감소됨에 따라 생산원가가 절감되고 폐수의 발생으로 인한 환경오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 수용성이 우수한 초산 전분을 생산함으로써 고부가가치를 창출할 수 있도록 한 것이다.

초산 전분은 옥수수, 감자, 타피오카, 찰옥수수 등과 같은 전분류에 초산에스타르화 약제를 반응시켜 에스테르화한 변성전분으로, 우수한 농후제, 조직 개량제, 안정제 등의 기능을 가지고 있으며, 식품가공, 제지, 의약품, 섬유 분야에 널리 사용되고 있다.

일반적으로 초산 전분의 제조방법은, 수용상 제조법, 용매상 제조법 및 건식 제조법이 사용되고 있으며, 수용상 제조방법은 초산에스테르 반응 및 정제시 중간매체로서 물을 사용하는 방법으로, 물에 전분의 35∼45중량%를 분산시키고 초산에스테르화 약제 및 알칼리수용액을 투입한 후 황산나트륨(Na₂SO₄), 탄산나트륨(NaCl) 등의 중성염을 첨가하여 반응을 종료시키고, 이를 중화하여 여과분리, 세척, 탈수, 건조하는 것으로, 초산에스테르화 약제와 알칼리수용액이 액상으로 첨가되므로 반응의 활성화 및 치환도 조절이 용이하고 수용성이 우수한 제품을 생산할 수 있으나, 정제시 다량의 물을 사용해야 하므로 장치가 커지게되고, 공정 중 제품의 유실율이 높으며, 과다한 폐수발생으로 폐수처리장치를 별도로 가동해야 하므로 제조비용이 높아지며, 소모성인 중성염을 제거해야 하는 문제점이 있었다.

또한 용매상 제조법은 공정의 중간매체로 물을 대신하여 여러 가지 유기용제를 사용하는 방법으로, 반응 및 정제시 전분입자의 호화 및 팽윤이 억제되어 용이하게 여과분리되며 정제시 물의 사용량을 최소화할 수 있으나, 용제의 사용으로 인해 비용이 증대되고 사용 장치가 커지게 되어 작업상이나 취급상에 문제점이 있었고, 건식 제조법은 전분의 초산에스테르화 반응 중 전분 입자의 팽윤을 방지하기 위하여 무수초산(Acetic anhydride) 또는 무수초산과 병행하여 강한 산촉매 내에서 반응을 시키거나 피리딘(Pyridine) 수용액을 건조전분에 작용시켜 반응계 외로 수분을 증발시키고 무수초산을 반응시키는 방법이 개발되어, 치환도(D.S., Degree of substitution)가 대단히 높은 2.0∼2.5 (Acetyl 화도 35% 이상)에 이르는 초산 전분이 제조되었으나, 이들 제품은 용이하게 분해되어 실용성이 없으며 통상 각종 첨가물로 사용되는 초산 전분은 저치환도(D.S. 0.1 이하, Acetyl 화도 2.5 이하)의 제품이 사용되고 있으므로 상용화되지 못하고 있다.

따라서 본 발명의 목적은 용제를 다량 사용할 수 밖에 없었던 종래의 초산 전분 제조방법이 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 전분에 초산에스테르화 약제 및 알칼리수용액을 투입하여 초산 전분을 제조할 시에 반응매체로 용제를 사용하지 않고, 전분 자체의 수분함량 및 액상 초산에스테르화 약제와 알칼리수용액의 부분 액상에서 반건식으로 에스테르화함으로써, 반응, 정제시 과다한 용제 및 물의 사용을 방지하여 제품의 유실율을 낮출 수 있음과 동시에 생산성을 향상시킬 수 있으며, 공정 중 용제 및 물의 사용량이 감소됨에 따라 생산원가가 절감되고 폐수의 발생으로 인한 환경오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 수용성이 우수한 초산 전분을 생산함으로써 고부가가치를 창출할 수 있도록 하는 초산 전분의 반건식 제조방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초산 전분의 반건식 제조방법은, 반응기에 전분을 투입하고 30∼80℃에서 전분의 수분 함량이 5∼12중량%가 되도록 예비건조하는 단계(S1)와; 예비건조한 전분 90∼97중량%에 액상 초산에스테르화 약제 3∼10중량%를 교반하면서 분무투입하는 단계(S2)와; 초산에스테르화 약제가 투입된 1차 혼합물에 탄산나트륨수용액을 pH 8.5∼9.0이 되도록 교반하면서 분무투입하는 단계(S3)와; 탄산나트륨수용액이 투입된 2차 혼합물을 60∼80℃의 온도에서 2차 혼합물 내의 총 수분함량이 30∼40중량%가 되도록 한 후, 2∼4시간 에스테르화반응시키는 단계(S4)와; 반응된 반응물 40∼60중량%와 알코올수용액 40∼60중량%를 정제기에 투입하고 묽은염산 또는 황산으로 pH 6.0∼8.0이 되도록 중화한 후 정제하는 단계(S5); 및 정제된 반응물을 탈수하고 건조하는 단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명의 초산 전분의 반건식 제조공정도로서, 그 구성은 전분 예비건조(S1), 액상 초산에스테르화 약제 분무투입(S2), 탄산나트륨수용액 분무투입(S3), 에스테르화반응(S4), 정제(S5) 및 건조단계(S6)로 된다.

먼저, 반응기에 전분을 투입하고 전분의 수분 함량이 5∼12중량%가 되도록 예비건조(S1)하되, 건조온도가 80℃를 초과하면 전분입자가 부분적으로 호화 및 탄화될 수 있고, 30℃미만 이면 건조시간이 길어지므로 30∼80℃에서 건조하며, 전분의 수분 함량이 5중량% 미만으로 하려면 많은 에너지가 소요되어 경제적이지 못하고, 12중량%를 초과하면 수분함량이 과다하여 에스테르화반응시 전분입자의 팽윤이나 호화가 부분적으로 발생할 수 있으므로 초기 전분의 수분함량은 5∼12중량%가 되도록 한다.

예비건조(S1)한 후, 예비건조한 전분에 액상 초산에스테르화 약제를 교반하면서 투입(S2)하며, 약제의 배합비가 3중량% 미만이면 에스테르화반응이 어렵고, 10중량%를 초과하면 과량이되므로 전분 90∼97중량%에 액상 초산에스테르화 약제 3∼10중량%를 투입하며, 투입시 액상 초산에스테르화 약제가 고르게 분산되지 않으면 부분적으로 반응이 진행되어 제품 전체에 불균형을 가져오므로 교반하면서 분무투입(S2)하여야 한다.

초산에스테르화 약제가 투입된 1차 혼합물에, 탄산나트륨수용액을 교반하면서 분무투입(S3)하되, pH가 8.5∼9.0을 벗어나면 에스테르반응이 충분히 이루어지지 않으므로 pH 8.5∼9.0이 되도록 조절하도록 하며, 알칼리수용액이 고르게 분산되지 않을 경우에는 부분적으로 반응이 진행되어 제품 전체의 불균형을 가져오므로 계속적으로 교반하면서 분무투입하도록 한다.

이 때 탄산나트륨수용액이 투입된 2차 혼합물의 내의 총 수분함량이 30∼40중량%이 되지 않을 경우, 탄산나트륨수용액이 투입된 2차 혼합물을 60∼80℃의 온도에서 건조하거나, 또는 일정량의 물을 분무투입하여 2차 혼합물 내의 총 수분함량이 30∼40중량%가 되도록 한 후, 60∼80℃의 온도에서 2∼4시간 에스테르화반응(S4)시킨다.

상기 2차 혼합물 내의 수분함량이 30중량% 미만이면 전분의 표면반응성이 낮아 적절한 양의 수분을 공급해주어야 하며, 40중량%를 초과하면 전분 입자의 팽윤이나 호화가 부분적으로 발생할 수 있으므로 60∼80℃의 온도에서 건조하도록 하고, 건조온도가 60℃ 미만이면 건조시간이 길어지게 되고, 80℃를 초과하면 전분입자가 탄화될 수 있으므로 60∼80℃의 온도에서 건조하도록 한다.

에스테르화반응(S4)시, 반응온도가 60℃ 미만이면 반응이 충분히 진행되지 않으며, 80℃를 초과하면 부분적으로 전분입자가 탄화되고 전분의 색상이 황변하는 현상이 발생하므로 60∼80℃의 반응온도를 유지하도록 하며, 반응시간이 2시간 미만이면 반응이 충분히 진행되지 않고 4시간을 초과하면 생산률이 저하되므로 2∼4시간 반응시키는 것이 바람직하다.

반응(S4)을 종료한 후, 반응된 반응물 40∼60중량%와 알콜수용액 40∼60중량%를 정제기에 투입하고 묽은염산 또는 황산으로 pH 6.0∼8.0이 되도록 중화한 후 정제(S5)하되, 알콜수용액을 40중량% 미만으로 투입하면 정제가 충분히 이루어지지 않아 순물질의 초산 전분을 수득하기 어려우며, 60중량%를 초과하면 과다한 용제의 사용으로 제조비용이 상승함은 물론 폐수가 발생되는 문제가 있으므로 40∼60중량%로 한다.

정제(S5)시 사용되는 알콜수용액은 저렴한 비용의 에탄올이나 메탄올 50∼90중량%에 물 10∼50중량%를 혼합하여 사용하며, 정제단계(S5)를 2회 반복하여 순물질의 초산 전분을 수득할 수 있도록 하고, 정제 후 정제된 반응물을 탈수하고 건조(S6)하여 초산 전분을 제조하되, 탈수, 건조방법이나 건조온도에 제한을 두지 않는다.

한편, 제조공정 중 발생된 물은 여과 및 정제를 거친 후 공정수로 재사용함으로써 제조원가를 낮출 수 있도록 함과 동시에 폐수의 발생을 방지할 수 있도록 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다.

(실시예)

200L의 반응기에 감자전분 100kg을 투입한 후, 건조공기를 순환시켜 감자전분의 수분함량을 10중량%로 하였다. 수분함량을 조절한 감자전분에 교반하면서 액상의 비닐초산모노머 6L를 분무투입한 후, 다시 3% 농도의 탄산나트륨수용액을 15∼20L를 분무투입하여 pH 8.5∼9.0이 되도록 하고, 70℃의 온도에서 3시간동안 반응시켰다. 상기 반응된 반응물과 알콜수용액(에탄올과 물을 1:1로 혼합) 120L를 정제기에 넣고 묽은염산으로 pH 7.0이 되도록 중화한 후 2회 반복 세척하였다. 세척된 반응물을 건조기에 투입하고 80℃에서 150분간 건조하여 초산 전분 91.25kg을 수득하였다.

상기의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 물의 사용량이 극히 적고, 수율이 91∼95%에 이르기 때문에 생산원가를 절감할 수 있음은 물론, 폐수의 발생을 방지할 수 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명을 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이 본 발명의 초산 전분의 반건식 제조방법에 의하면, 전분에 초산에스테르화 약제 및 알칼리수용액을 투입하여 초산 전분을 제조할 시에 반응매체로 용제를 사용하지 않고, 전분 자체의 수분함량 및 액상 초산에스테르화 약제와 알칼리수용액의 부분 액상에서 반건식으로 에스테르화함으로써, 반응, 정제시 과다한 용제 및 물의 사용을 방지하여 제품의 유실율을 낮출 수 있음과 동시에 생산성을 향상시킬 수 있으며, 공정 중 용제 및 물의 사용량이 감소됨에 따라 생산원가가 절감되고 폐수의 발생으로 인한 환경오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 수용성이 우수한 초산 전분을 생산함으로써 고부가가치를 창출할 수 있도록 하는 등의 유용한 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 초산 전분의 반건식 제조공정도.

Claims (2)

1. 초산 전분의 제조방법에 있어서,

   반응기에 전분을 투입하고 30∼80℃에서 전분의 수분 함량이 5∼12중량%가 되도록 예비건조하는 단계(S1)와; 예비건조한 전분 90∼97중량%에 액상 초산에스테르화 약제 3∼10중량%를 교반하면서 분무투입하는 단계(S2)와; 초산에스테르화 약제가 투입된 1차 혼합물에 탄산나트륨수용액을 pH 8.5∼9.0이 되도록 교반하면서 분무투입하는 단계(S3)와; 탄산나트륨수용액이 투입된 2차 혼합물을 60∼80℃의 온도에서 2차 혼합물 내의 총 수분함량이 30∼40중량%가 되도록 한 후, 2∼4시간 에스테르화반응시키는 단계(S4)와; 반응된 반응물 40∼60중량%와 알코올수용액 40∼60중량%를 정제기에 투입하고 묽은염산 또는 황산으로 pH 6.0∼8.0이 되도록 중화한 후 정제하는 단계(S5); 및 정제된 반응물을 탈수하고 건조하는 단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초산 전분의 반건식 제조방법.
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