高取代度马铃薯羟丙基淀粉的制备-

1、第26卷第3期西安工业学院学报Vol126No13 2006年6月J OU RNAL OF XIAN INSTITU TE OF TECHNOLO GYJ un.2006文章编号:100025714(2006032264204高取代度马铃薯羟丙基淀粉的制备3强涛1,2,石玉1,贺艳姿1(1.西安工业大学材料与化工学院,西安710032;2.西安交通大学理学院,西安71004摘要:以马铃薯淀粉为原料,通过醚化反应制备具有较高取代度的羟丙基改性淀粉.采用正交试验设计的方法,探讨了醚化剂、催化剂、膨胀抑制剂的量、反应温度和反应时间等五个因素对羟丙基淀粉取代度的影响,确定出最佳的醚化工艺条件.结果表明

2、:当淀粉量为25g时,采用如下配比:环氧丙烷6m1、硫酸钠6g、氢氧化钠0.3g,在反应温度为35、反应时间为该工艺反应条件温和,操作简单,极大地提高了马铃薯羟丙基淀粉的取代度.关键词:马铃薯;改性淀粉;醚化反应;取代度中图号:O636.1+2文献标识码:A羟丙基淀粉(Hydroxypropyl Starch,简称H PS属非离子型淀粉衍生物,具有亲水性、良好的粘度稳定性,是国内外公认的一种安全的食用变性淀粉.面粉中加入适量的羟丙基淀粉,可以有效地改善面团的品质1.另外,羟丙基淀粉在纺织工业中用于纤维的经纱上浆,石油工业中用作钻井液添加剂2,日用化工和化妆品中作为增稠剂、悬浮剂,建筑材料中用作

3、粘结剂等324.湿法制备羟丙基淀粉,采用悬浮液进行反应,反应过程比较温和,实验设备要求不高,消耗醚化剂的量也不大,是一种较好的制备方法.采用正交试验方法,研究分析醚化剂、催化剂、膨胀抑制剂的量、反应温度和反应时间等5个因素对羟丙基淀粉取代度的影响.通过参阅文献5和实验探索,设计的正交试验因素水平见表1,其中,A为反应温度; B为反应时间;C为催化剂用量;D为醚化剂用量; E为膨胀控制剂用量.表1L16(45正交试验因素水平表Tab.1Factor level of orthogonal experiment 水平因素A/B/h C/g D/g E/g 13580.144240100.25534

4、5120.366450140.4771.1马铃薯羟丙基淀粉的制备碱性条件下,淀粉易与环氧丙烷发生醚化反应3收稿日期:2006202218作者简介:强涛(19792,男,西安工业大学助教,博士研究生,主要研究方向为高分子材料科学与工程教学.生成羟丙基淀粉,这一过程的实质是亲核取代反应.环氧丙烷具有不对称的环形结构,由于淀粉中C2原子处空间位阻小,醚化反应易发生在仲醇碳原子上,其反应方程式为1.2羟丙基淀粉取代度的测定羟丙基淀粉的取代度以分子取代度衡量.羟丙基淀粉的取代度越高,即在淀粉上引入的羟烷基越多,羟丙基淀粉的糊化温度越低5.取代度测定原理是:羟丙基淀粉的羟丙基可水解成丙二醇,丙二醇再与水合

5、茚三酮反应生成紫色络合物的性质,用分光光度法定量测定羟丙基淀粉取代度728.2实验结果分析正交试验表明,不同条件下得到的羟丙基淀粉的取代度不同,见表2.计算各因素在不同水平时的平均值和极差R,见表3.表中均值1代表各因素在水平1时的平均值,其余依此类推.各个因素在不同的水平上对应的取代度的均值不同,反映出其对取代度具有不同的影响.均值的极差大小反映的是各个因素影响取代度的主次顺序,极差越大则该因素越重要.由表3直观分析结果可知,5个因素在其各自不同水平上均使取代度先增大后减小.因此,制备羟丙基淀粉的最佳工艺条件为A2 B3C3D3E3,即反应温度为40;反应时间为12h;催化剂0.3g;醚化剂

6、6g;膨胀抑制剂为6g;影响取代度的主次顺序为A(反应温度,R=0.079>C (催化剂用量,R=0.056>B(反应时间,R=0.05 >D(醚化剂用量,R=0.047=E(膨胀抑制剂用量,R=0.047.表2正交试验结果Tab.2Results of orthogonal experiment 序号A/B/h C/g D/g E/g取代度表3正交试验结果直观分析Tab.3Results of directive analysis on basis ofsubstitute degree2.1反应温度的影响当升高温度时,羟丙基淀粉的取代度提高.因为提高反应温度,淀粉颗粒的水

7、和程度增大,环氧丙烷分子在淀粉乳中的运动速度加快,增大了Na+向颗粒内部的扩散速率和St-ONa与环氧丙烷的有效碰撞几率.但反应温度过高易使淀粉糊562第3期强涛等:高取代度马铃薯羟丙基淀粉的制备化,不利于反应的均匀进行,而且会导致淀粉的降解,使产品分子量降低,进而使产品的取代度降低.反应温度最好低于淀粉的溶胀温度,一般不超过505.当温度为50进行反应时,产品出现部分糊化现象.反应温度对取代度的影响见图1(图中各温度点的取代度取该水平的平均值.因此,反应温度选择在40左右较合适 .图1反应温度对取代度的影响Fig.1Effect of reaction temperature onsubst

8、itute degree2.2催化剂的影响在一定范围内增加醚化剂环氧丙烷的量,可以提高反应的醚化程度.因为随着环氧丙烷用量的增图2催化剂用量对取代度的影响 Fig.2Effect of dosage of catalyst on substitute degree图3反应时间对取代度的影响Fig.3Effect of reaction time on substitute degree加,淀粉乳液中环氧基的浓度增大,与溶胀淀粉自由基发生反应的几率增加,提高了淀粉的醚化程度.环氧丙烷加入量为46mL 时,产品取代度逐渐增大;环氧丙烷为7mL 时,会出现部分糊化现象,导致搅拌困难,反应效率下降,取

9、代度反而下降, 因此环氧丙烷的加入量也不宜过大,见图4.实验中,环氧丙烷用量控制在6mL 左右为宜.图4醚化剂用量对取代度的影响Fig.4Effect of epoxypropane dosage onsubstitute degree2.5膨胀抑制剂用量的影响硫酸钠可以抑制淀粉的膨胀,从而影响淀粉的羟丙基化反应.当硫酸钠加入量较少时,淀粉颗粒662西安工业学院学报第26卷 g.图5硫酸钠用量对取代度的影响Fig.5Effect of sodium sulfate dosage onsubstitute degree3结论1马铃薯羟丙基改性淀粉的最佳工艺条件为:当淀粉量为25g 时,氢氧化钠为

10、0.3g ,环氧丙烷6mL ,无水硫酸钠6g ,反应温度为35,反应时间为12h ,此时产品的取代度可以达到0.364,且该工艺反应条件温和,操作简单,具有较大的潜在工业应用价值.2采用正交试验设计的方法,探讨了醚化剂、催化剂、膨胀抑制剂的量、反应温度和反应时间等五个因素对羟丙基淀粉取代度的影响.结果表明,影响取代度的五个因素的主次顺序为反应温度大于催化剂用量大于反应时间等于醚化剂用量大于膨胀抑制剂用量.参考文献:1吴田瑞,杨林.食用变性淀粉的性质及用途J .西部粮油科技,1995,20(4:16.2刘祥,李谦定,于洪江.羟丙基淀粉的合成及其在钻井液中的应用J .钻井液,2000,17(6:5

11、.3黄世强,孙争光,李盛彪.环保胶粘剂M .北京:化学工业出版社,2003.4叶楚平,李陵岚,王念贵.天然胶粘剂M .北京:化学工业出版社,2004.5邓宇.淀粉化学品及其应用M .北京:化学工业出版社,2002.6唐洪波,马冰洁.羟丙基马铃薯淀粉合成工艺及性能研究J .食品科学,2005,26(4:167.7李学红,杨京,徐贵华,等.羟丙基淀粉取代度测定方法初探J .粮食与油脂,2000(8:36.8胡礼勇,张健,郑波,等.牛膝多糖衍生物的几种取代度测定方法的探讨J .天然产物研究与开发,2004,16(6:491.Preparation of H ydroxypropyl Modif ie

12、d Starch withHigh Substitute DegreeQ I A N G T ao1,2,S H I Yu 1,H E Yan 2z i1(1.School of Materials and Chemical Engineering ,Xi an Technological University ,Xi an 710032,China ;2.Xi an Jiaotong University Abstract :Et herification of potato starch and p ropylene oxide in aqueous medium for p roduci

13、ng hydroxyp ropyl potato starch wit h high substit ute degree have been st udied.Five factors influencing t he startch s substit ute degree have been analysed by ort hogonal experiment s to obtain t he optimal reaction condition.Result s indicate t hat granular potato hydroxyp ropyl starch wit h substit ute degree 0.364can be p repared under t he following cont rol conditions :potato starch 25g ,propylene oxide 6mL ,sodium sulfate 6g ,sodium hydroxide 0.3g ,reaction temperat ure 40a