CN110229241A

CN110229241A - 一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法

Info

Publication number: CN110229241A
Application number: CN201910542478.XA
Authority: CN
Inventors: 成军虎; 吕啸野; 孙大文; 叶子充; 韩忠; 李嘉慧
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2019-09-13
Anticipated expiration: 2039-06-21
Also published as: CN110229241B

Abstract

本发明属于淀粉改性技术领域，公开了一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法。用冷等离子体处理纯净水，得到等离子体活性水，然后将马铃薯淀粉与等离子体活性水加入到冷等离子体耐压反应器中搅拌混合均匀，得到淀粉乳；静置一段时间后，再加入碱进行碱化处理；将环氧丙烷通入所得碱化淀粉乳中，惰性气氛保护下进行冷等离子体处理，然后保温反应，产物经洗涤、过滤、干燥、粉碎，得到马铃薯羟丙基淀粉。本发明采用等离子体活性水制取淀粉乳，可以起到酸溶的效果，在反应之前用冷等离子体处理淀粉乳可大大提高反应速率。并且反应过程无需额外加热，减少了环氧丙烷的挥发，节约试剂，绿色环保。

Description

一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法

技术领域

本发明属于淀粉改性技术领域，具体涉及一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法。

背景技术

马铃薯是原淀粉的主要来源之一，创新、研发效率更高的制备马铃薯淀粉的工艺流程和相关产品的发展是马铃薯行业发展的必要趋势。一方面由于淀粉由α-(1，4)-链接的D-葡萄糖组成，分子上含有大量活性羟基，易形成分子内和分子间氢键，所以淀粉本身含有较高的结晶区，难溶、难熔，另一方面马铃薯淀粉颗粒较大，表面光滑，反应接触面积较小，这两方面原因导致其不易与化学或生物变性剂作用，因此，如何采取有效的技术方法使马铃薯淀粉反应活性增大以制取较高取代度的马铃薯羟丙基淀粉以及提高取代速率是一个关键性的问题。

羟丙基淀粉属于非离子淀粉醚，具有稳定性好、受环境中电解质和pH影响较小，以及良好的粘度稳定性与水溶解性等优良品质。羟丙基淀粉是用途非常广泛的变性淀粉，大量应用于食品、医药、造纸、纺织、精细化工等工业领域中。目前，羟丙基淀粉的制备方法主要有淀粉乳湿法、干法、有机溶剂法。淀粉乳湿法工艺是在淀粉乳中加入硫酸钠抑制颗粒膨胀，在碱催化剂和和烷基化试剂作用下在密闭容器中40℃-50℃温度下反应24h制得产品，湿法工艺的缺点是反应时间较长，取代度较低；干法工艺是在淀粉含少量水分下与固体碱和烷基化气体反应制取的产品，干法工艺生产的产品取代度较高，但操作过程较为危险，且这种方法生产的高取代度产品由于残留试剂较多，不适宜用于食品行业；有机溶剂法是将淀粉分散于醇或酮有机溶剂中，然后与烷基化试剂反应，此法可制得较高取代度羟丙基淀粉，但此方法存在有毒、成本较高、回收困难等缺点。尤其用马铃薯淀粉为原料时采用上述方法制取羟丙基淀粉时，制取同种取代度的羟烷基淀粉要耗费的试剂更多，消耗时间更长。专利105481990A公开了一种绿色高压法制备羟丙基淀粉的方法，其将预溶胀淀粉与环氧丙烷在高压反应釜中混合后，在氮气氛围下，于温度40-120℃、压力0.3-1.2MPa条件下反应30-180min，反应结束后回收未反应的环氧丙烷，获得羟丙基淀粉成品。该方法不需要额外添加其它的分散剂、催化剂等原料，减少了原料种类及用量，但该方法需要加入过量的环氧丙烷试剂，环氧丙烷的价格较为昂贵，增加了反应的成本。且其大量应用的对象为木薯淀粉、玉米淀粉等易于发生取代的原料淀粉，而应用于较难取代的马铃薯淀粉则取代速率不高。另外，该方法依旧需要在高压下进行加热，实际生产过程中会有一定的安全问题。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法，包括如下步骤：

(1)用冷等离子体处理纯净水，得到等离子体活性水，然后将马铃薯淀粉与等离子体活性水加入到冷等离子体耐压反应器中搅拌混合均匀，得到淀粉乳；静置一段时间后，再加入碱进行碱化处理；

(2)将环氧丙烷通入步骤(1)的碱化淀粉乳中，惰性气氛保护下进行冷等离子体处理，然后保温反应，产物经洗涤、过滤、干燥、粉碎，得到马铃薯羟丙基淀粉。

进一步地，步骤(1)中所述冷等离子体处理的电压为50kV，频率控制为55Hz，功率控制在200W，气体流速为9～10L/min，气源为氧气与氮气混合气体，处理时间为30s。所述氧气与氮气混合气体的体积比为：氧气为2％，氮气为98％。

进一步地，步骤(1)中所述静置的时间为1h。

进一步地，步骤(1)中所述碱化处理的pH为9.5～10。

进一步地，步骤(2)中所述环氧丙烷添加量为马铃薯淀粉干基质量的20％～40％。

进一步地，步骤(2)中所述冷等离子体处理的电压为80KV，频率控制为55Hz，功率控制在300W，气体流速为18～20L/min，气源为纯氮气，处理时间为60～120秒。

进一步地，步骤(2)中所述保温反应的温度控制为45～50℃。

进一步地，步骤(2)所述洗涤是指用乙醇洗涤。

本发明方法中，首先用等离子体活性水对马铃薯淀粉做预处理，达到马铃薯淀粉酸化和穿孔的目的，然后碱化、加入环氧丙烷，惰性气氛下进行冷等离子体处理一段时间，再保温反应，精制后即可获得产品。

本发明的制备方法具有如下优点及有益效果：

(1)采用等离子活化水来配置淀粉乳，可以起到酸溶的效果，初步酸水解可以提高马铃薯淀粉中直链淀粉的比例，另外，等离子体活性水中的活性物质包括臭氧、过氧化氢、超氧阴离子等在内的活性氧种类、紫外线、带电粒子、光子和高能量电子等多种成分，与生物聚合物之间的相互作用，极性亲水基团被引入生物聚合物中，从而提高淀粉的水溶性。而且通过在分子内形成多个反应活性高的活化位点，将更加有利于提高羟丙基化反应的取代度及产物的得率。

(2)在密闭容器内冷等离子体的放电对马铃薯淀粉表面产生蚀刻作用，光滑的马铃薯淀粉颗粒表面将形成更多孔道，以便烷基化试剂进入马铃薯淀粉颗粒内部进行取代反应，提高了反应速度，节约时间和成本，利于大规模生产。

(3)由于整个反应过程的空间内有等离子体物质，微生物的繁殖受到抑制，产品的质量更有保障。

(4)由于冷等离子体处理中会产生部分热量，因此该反应过程不必再进行加热，即可充分反应，减少了环氧丙烷的挥发和水解反应，一方面避免了由于高温高压下烷基化试剂气体造成爆炸的危险，另一方面也节约了烷基化试剂的使用，尽量减少环境污染。

附图说明

图1为本发明实施例中冷等离子体处理所采用的射频式冷等离子体处理设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

以下实施例中冷等离子体处理采用射频式冷等离子体处理设备，该设备结构示意图如图1所示，包括处理室8，所述处理室8内有等离子体喷射枪15和电动搅拌器10，所述等离子体枪15内有高压电极12和绝缘陶瓷13，与等离子体喷射枪15相连接的为机械伸缩臂6，所示处理室8与控制室3联通，所示控制室3内有高压射频发生器16，控制室3与电源17连接，所述控制室3还连接液氧和液氮混合气体罐1和液氮罐2，所述处理室8还设置有进料口7，进料口7下设置有阀门18；所述处理室8还与液氮罐9连接；所述处理室8外部设有循环水浴加热器14；所述处理室8还设置有放气阀4；所述处理室8通过真空压力表5与真空泵11连接。

实施例1

本实施例的基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法具体如下所述：

用冷等离子体处理纯净水(电压为50kV，频率控制为55Hz，功率控制在200W，气体流速为9L/min，气源为氧气与氮气混合气体(体积比为氧气2％，氮气98％)，处理时间为30s，得到等离子体活性水。称取200g马铃薯淀粉加入等离子体活性水中充分搅拌配置成500g的马铃薯淀粉乳，静置一个小时后，加入氢氧化钠将PH调至9.5，用管道深入淀粉乳中，加入环氧丙烷试剂40ml，待其分散均匀后，迅速封闭容器，抽真空后通入纯氮气，在高纯氮的保护下，进行冷等离子体处理60s(电压为80KV，频率控制为55Hz，功率控制在300W，气体流速为18L/min，气源为纯氮气)，控制温度为45℃，搅拌反应1h后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后从反应器取出进行离心洗涤，重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉，最后粉碎至所需粒度范围即可。经测定，本实施例的羟丙基淀粉的分子取代度(MS)为0.425。

实施例2

用冷等离子体处理纯净水(电压为50kV，频率控制为55Hz，功率控制在200W，气体流速为10L/min，气源为氧气与氮气混合气体(体积比为氧气2％，氮气98％)，处理时间为30s)，得到等离子体活性水。称取200g马铃薯淀粉加入等离子体活性水中充分搅拌配置成500g的马铃薯淀粉乳，静置一个小时后，加入氢氧化钠将PH调至10，用管道深入淀粉乳中，加入环氧丙烷试剂60ml，待其分散均匀后，迅速封闭容器，抽真空后通入纯氮气，在高纯氮的保护下，进行冷等离子体处理90s(电压为80KV，频率控制为55Hz，功率控制在300W，气体流速为20L/min，气源为纯氮气)，控制温度为50℃，搅拌反应1h后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后从反应器取出进行离心洗涤，重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉，最后粉碎至所需粒度范围即可。经测定，本实施例的羟丙基淀粉的分子取代度(MS)为0.523。

实施例3

用冷等离子体处理纯净水(电压为50kV，频率控制为55Hz，功率控制在200W，气体流速为9L/min，气源为氧气与氮气混合气体(体积比为氧气2％，氮气98％)，处理时间为30s)，得到等离子体活性水。称取200g马铃薯淀粉加入等离子体活性水中充分搅拌配置成500g的马铃薯淀粉乳，静置一个小时后，加入氢氧化钠将PH调至10，用管道深入淀粉乳中，加入环氧丙烷试剂80ml，待其分散均匀后，迅速封闭容器，抽真空后通入纯氮气，在高纯氮的保护下，进行冷等离子体处理120s(电压为80KV，频率控制为55Hz，功率控制在300W，气体流速为18L/min，气源为纯氮气)，控制温度为50℃，搅拌反应1h后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后从反应器取出进行离心洗涤，重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉，最后粉碎至所需粒度范围即可。经测定，本实施例的羟丙基淀粉的分子取代度(MS)为0.809。

实施例4

用冷等离子体处理纯净水(电压为50kV，频率控制为55Hz，功率控制在200W，气体流速为10L/min，气源为氧气与氮气混合气体(体积比为氧气2％，氮气98％)，处理时间为30s)，得到等离子体活性水。称取200g马铃薯淀粉加入等离子体活性水中充分搅拌配置成500g的马铃薯淀粉乳，静置一个小时后，加入氢氧化钠将PH调至9.5，用管道深入淀粉乳中，加入环氧丙烷试剂80ml，待其分散均匀后，迅速封闭容器，抽真空后通入纯氮气，在高纯氮的保护下，进行冷等离子体处理180s(电压为80KV，频率控制为55Hz，功率控制在300W，气体流速为20L/min，气源为纯氮气)，控制温度为45℃，搅拌反应1h后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后从反应器取出进行离心洗涤，重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉，最后粉碎至所需粒度范围即可。经测定，本实施例的羟丙基淀粉的分子取代度(MS)为1.165。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法，其特征在于：步骤(1)中所述冷等离子体处理的电压为50kV，频率控制为55Hz，功率控制在200W，气体流速为9～10L/min，气源为氧气与氮气混合气体，处理时间为30s。

3.根据权利要求2所述的一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法，其特征在于：所述氧气与氮气混合气体的体积比为：氧气为2％，氮气为98％。

4.根据权利要求1所述的一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法，其特征在于：步骤(1)中所述静置的时间为1h。

5.根据权利要求1所述的一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法，其特征在于：步骤(1)中所述碱化处理的pH为9.5～10。

6.根据权利要求1所述的一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法，其特征在于：步骤(2)中所述环氧丙烷添加量为马铃薯淀粉干基质量的20％～40％。

7.根据权利要求1所述的一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法，其特征在于：步骤(2)中所述冷等离子体处理的电压为80KV，频率控制为55Hz，功率控制在300W，气体流速为18～20L/min，气源为纯氮气，处理时间为60～120秒。

8.根据权利要求1所述的一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法，其特征在于：步骤(2)中所述保温反应的温度控制为45～50℃。

9.根据权利要求1所述的一种基于冷等离子体制备马铃薯羟丙基淀粉的方法，其特征在于：步骤(2)所述洗涤是指用乙醇洗涤。