机械活化法制备辛烯基琥珀酸淀粉酯工艺.docx

    机械活化法制备辛烯基琥珀酸淀粉酯工艺    胡华宇+石剑+杨梅+张燕娟+沈芳+黄爱民+冼学权+黄祖强Reference：以木薯淀粉为原料，辛烯基琥珀酸酐为酯化剂，采用机械活化法制备辛烯基琥珀酸淀粉酯，研究辛烯基琥珀酸酐用量、反应时间、反应温度、添加剂（碳酸钠）用量等因素对产物取代度的影响，并采用红外光谱对酯化淀粉进行表征结果表明，机械活化法制备辛烯基琥珀酸淀粉酯的工艺条件为：辛烯基琥珀酸酐用量6%（淀粉干基），球磨反应时间1h，反应温度50℃，碳酸钠用量1%（淀粉干基），所制备产品取代度为0.0263；产物红外光谱出现酯化特征吸收峰，表明淀粉成功实现酯化Keys：机械活化法；木薯淀粉；辛烯基琥珀酸酐；淀粉酯；工艺条件TQ321：A：1002-1302（2014）11-0300-03辛烯基琥珀酸淀粉酯（octenylsuccnicanhydride-modifiedstrach，OSAS）是在碱性条件下由淀粉与辛烯基琥珀酸酐（octenylsuccnicanhydride，OSA）进行酯化反应制得的淀粉衍生物，通常以淀粉酯钠盐的形式出现[1]OSAS除在食品工业上被用于饮料乳浊液、乳化香精、调味色拉油等制品外，在制药业、化妆品工业、纺织工业、造纸工业中也有广泛用途[2-4]。

目前OSAS仍主要依靠进口，市场前景看好[5-6]制备OSAS的方法主要有水相法、有机相法、干法等[1]水相法由于酸酐水解以及反应控制存在难度而难以工业应用；有机相法则由于使用有毒的有机试剂而在食品工业应用上受到限制目前研究者将研究重点放在干法反应，如微波法、烘箱干燥法等但一般干法反应均匀性差，温度较高，产品质量不稳定[7-8]淀粉的干法反应均匀性差的主要原因是由于淀粉的结晶结构特点，使反应试剂难以渗入结晶区并发生反应，从而导致反应效率低和均匀性差因此，寻求有效的预处理方法以破坏淀粉结晶结构，并能在低热条件下使反应物获得反应和加速扩散所需要的能量，实现酯化剂与淀粉大分子充分接触及反应活性，是实现淀粉干法酯化的关键问题机械活化是通过机械力的作用，使物料达到充分混合粉碎，淀粉本身产生晶格缺陷，结晶结构被破坏，使试剂更易进入分子内部进行反应，从而缩短反应时间，提高反应效率[9-11]笔者课题组已对机械活化固相反应进行了一定研究[12-13]本研究以机械活化为强化手段，以取代度为评价指标，采用单因素试验探究机械活化法制备OSAS的工艺条件，并采用红外光谱对产物进行表征分析，以期为辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备提供新方法。

1材料与方法1.1主要材料及试剂木薯淀粉（食品级，广西明阳生化集团股份有限公司）；OSA（分析纯，深圳市思利凯贸易有限公司）；无水乙醇（分析纯，广东光华化学厂有限公司）；碳酸钠（分析纯，天津市北方天医化学试剂厂）；浓盐酸（分析纯，成都市科龙化工试剂厂）；氢氧化钠（天津市北方天医化学试剂厂）1.2仪器与设备机械活化装置[14]（介质为φ6mmZrO2球），数字显示电热恒温干燥箱（101-1A型，绍兴市泸越科学实验仪器厂），集热式恒温磁力搅拌器（DF-101S型，巩义市予华仪器有限责任公司），傅里叶变换红外光谱仪（NiculetIS10型，美国赛默飞世尔科技有限公司）1.3方法1.3.1机械活化法辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备称取干燥至恒重的淀粉50g于500mL烧杯中量取一定量OSA于50mL烧杯内，加入10mL乙醇稀释将稀释后的酸酐缓慢加入称好的淀粉中，搅拌均匀后用保鲜膜将烧杯封口，室温下存放12h再加入一定量碳酸钠，混合均匀后置于机械活化装置中，恒温搅拌一定时间，取出，洗去多余酸酐，烘干，得样品1.3.2取代度的测定称取3g（准确至0.0001g）样品置于250mL锥形瓶中，加入少量95%乙醇润湿，再加入2.5mol/L盐酸乙醇溶液25mL，置于磁力搅拌器上搅拌酸化30min，再加入50mL乙醇搅拌10min。

将样品倒入布氏漏斗，用90%乙醇抽滤洗涤至无氯离子（用硝酸银检验），将样品移入500mL烧杯中并加300mL蒸馏水，沸水浴10min，加2滴酚酞，趁热用0.1mol/LNaOH滴定至粉红色；同时做空白试验[15]根据下式计算取代度（DS）：式中：n为1g辛烯基琥珀酸酐消耗0.1mol/L氢氧化钠的物质的量；V为消耗的0.1mol/L氢氧化钠的体积；C为氢氧化钠标准溶液浓度；m为样品质量1.3.3产品红外光谱分析采用傅里叶变换红外光谱仪对样品的分子基团进行分析扫描范围选择在400～4000cm-1，分辨率4cm-12结果与分析2.1酸酐用量对产品取代度的影响固定绝干淀粉用量50g，碳酸钠用量1%（淀粉干基），机械活化温度50℃，机械活化时间1h，考察酸酐用量对产品取代度的影响，结果见图1由图1可见，在酸酐用量为2%～6%时，OSAS取代度随酸酐用量增加而增大；当酸酐用量大于6%时，其反应量趋于平衡随着OSA用量增加，酸酐与淀粉中葡萄糖羟基发生酯化反应的接触机会增加，从而增强反应效果，但淀粉属于高分子聚合物，由于空间位阻的存在，反应到达一定程度便不再增加，而且OSA是油状酸酐，用量过多会使物料黏度增大，球磨过程中易发生结块现象，不利于机械活化法淀粉与酸酐的充分接触和反应。

2.2机械活化时间对产品取代度的影响固定绝干淀粉50g，碳酸钠用量1%（淀粉干基），机械活化温度50℃，酸酐用量6%（淀粉干基），考察机械活化时间对产品取代度的影响，结果见图2由图2可见，未经机械活化反应的淀粉酯取代度为0.018，说明简单加热共混也有酯化产物生成，经机械活化强化反应后，淀粉酯取代度有明显提高；反应初始的1h内取代度随反应时间延长迅速增加；在机械活化1h后再延长反应时间，取代度趋于平衡这主要是由于该反应会受到OSAS本身水解反应的影响，即开始阶段酯化反应占优势；随着时间延长，OSA含量逐步减少，酯化产物逐渐增多，由酯化反应的可逆性可知，水解反应也逐渐加强，当酯化反应与水解反应达到动态平衡后，将会出现取代度到达一定值后趋于稳定的趋势[16]endprint2.3催化剂用量对产品取代度的影响固定绝干淀粉50g，机械活化温度50℃，机械活化时间1h，酸酐用量6%（淀粉干基），考察催化剂碳酸钠用量对产品取代度的影响，结果见图3由图3可见，在催化剂用量0～1%时，OSAS取代度随着碳酸钠用量的增大而增大，但当催化剂用量超过1%后，取代度迅速下降在pH值较低的条件下，OH-较少，较难活化淀粉中的葡萄糖基而形成酯化反应活性中心CAGU，O-，反应过程中OSAS生成速率较慢；而在pH值较高的条件下，虽然比较容易形成活性中心，但在该条件下OSA与OSAS的水解速率都有提高[17-18]。

OSA水解造成反应物浓度降低，从而降低OSAS的生成速率；OSAS水解速率的提高也使产物得率下降2.4机械活化温度对产品取代度的影响固定绝干淀粉50g，碳酸钠用量1%（淀粉干基），机械活化时间1h，酸酐用量6%（淀粉干基），考察机械活化温度对产品取代度的影响，结果见图4由图4可见，在反应开始阶段，OSAS取代度随着机械活化温度升高而增加，在机械活化温度50℃时取代度达到最高值，继续升温则取代度开始下降这是因为温度升高有利于增加分子的热运动，有利于活化能较大的反应而OSA酯化反应活化能大于OSA的水解活化能[19-20]，因此适当提高温度有助于酯化反应的进行但温度过高时，一方面反应在碱性条件下进行，淀粉易发生糊化现象，阻碍酯化反应进行；另一方面也使水解反应加剧，不利于酯化产物的提高因此，本研究选择机械活化温度为50℃综上，机械活化法制备OSAS的工艺条件为：绝干淀粉用量50g，酸酐用量6%（淀粉干基），机械活化时间1h，机械活化温度50℃，碳酸钠用量1%（淀粉干基）该条件下产品取代度为0.02632.5产品FT-IR分析图5为原木薯淀粉（A）和取代度0.0263OSAS（B）的红外光谱图。

3306cm-1为—OH基的伸缩振动峰；2928cm-1为—CH键的伸缩振动峰；1000、1079、1153cm-1为C—O键的伸缩振动峰；1718cm-1为酯基中C[FY=，1]O双键的伸缩振动峰由红外光谱图可判定，OSA与淀粉发生了酯化反应3结论以取代度为标准，通过单因素试验，得出机械活化法制备OSAS的工艺条件为：绝干淀粉50g，辛烯基琥珀酸酐用量6%，球磨反应时间1h，反应温度50℃，添加剂（碳酸钠）用量1%该条件下所制备产品取代度为0.0263红外分析结果显示，产物出现酯化特征吸收峰，说明淀粉成功酯化Reference：[1]宋广勋，冯光炷，李和平，等.辛烯基琥珀酸酐淀粉修饰物的研究进展[J].食品研究与开发，2006，27（10）：154-157.[2]SeidelC，KulickeWM，HessC，etal.Influenceofthecross-linkingagentonthegelstructureofstarchderivatives[J].Starch，2001，53（7）：305-310.[3]QuanY，KeweonMR，SosulskifW.Effectofcross-linkingonfunctionalpropertiesofcationiccornstarch[J].StarchStrke，1997，49（11）：458-464.[4]YehAL，LiJY.Kineticsofphasetransitionofnative，cross-linking，andhydroxypropylatedricestarches[J].StarchStrke，1996，48（1）：17-21.[5]王红亮，冯光炷，李和平，等.长链脂肪酸淀粉酯合成及应用研究进展[J].化工进展，2006，25（7）：760-764.[6]方元超，蔡明，王玮，等.辛烯基琥珀酸淀粉钠及其应用[J].中国食品添加剂，2004（3）：86-89.[7]XuJ，ZhouCW，WangRZ，etal.Lipase-couplingesterificationofstarchwithoctenylsuccinicanhydride[J].CarbohydratePolymers，2012，87（3）：2137-2144.[8]孔令晓，崔波.辛烯基琥珀酸淀粉酯的研究现状[J].中国食品添加剂，2010（2）：178-181，187.[9]HuangZQ，XieXL，ChenY，etal.Ball-millingtreatmenteffectonphysicochemicalpropertiesandfeaturesforcassavaandmaizestarches[J].ComptesRendusChimie，2008，11（1/2）：73-79.[10]陈渊，黄祖强，谢祖芳，等.机械活化玉米淀粉的微生物降解性能[J].农业工程学报，2009，25（4）：293-298.[11]ZhangYJ，HuangZQ，YangC，etal.Materialpropertiesofpartiallypregelatinizedcassavastarchpreparedbymechanicalactivation[J].Starch-Süarke，2013，65（5/6）：461-468.[12]胡华宇，黄红铭，张燕娟，等.机械活化固相法制备月桂酸淀粉酯的工艺研究[J].江苏农业科学，2012，40（10）：225-227.[13]韦艳枝，黄祖强，胡华宇，等.氧化淀粉的机械活化木薯淀粉干法制备[J].湖北农业科学，2012，51（24）：5752-5755.[14]廖政达，黄祖强，胡华宇，等.机械活化木薯酒糟苯酚液化物合成酚。