CN106117379B - 一种氧化淀粉及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化淀粉及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：称取淀粉并加入水配置成淀粉乳，在不断搅拌下加入纳米微晶纤维素，并用氢氧化钠和盐酸溶液调节淀粉乳的pH；在调好pH的淀粉乳中加入次氯酸钠溶液，于不断搅拌和恒温水浴中反应，最后加入硫代硫酸钠水溶液终止反应；反应结束后将反应产物过滤，洗涤，烘干，研磨，得到氧化淀粉。本发明制备方法中，在淀粉中加入纳米微晶纤维素后在对体系进行氧化，得到的新型氧化淀粉，能很好地应用到造纸、食品、建筑等众多领域。
Description
技术领域
本发明属于轻工技术领域，具体涉及一种氧化淀粉及其制备方法和应用。
背景技术
纳米结晶纤维素是以纤维材料为原料，通过化学、物理或生物的处理制备的具有一维纳米尺寸的纤维素材料，它具有纤维素的基本结构、性能以及纳米颗粒的典型特性，具有大的比表面积、高结晶度、高强度、超精细结构。这些特性使其具有广泛的应用价值，能广泛的应用于医药、包装、造纸、食品添加剂、建筑等领域。
氧化淀粉是技术相对成熟、用途最广的变性淀粉之一，加之生产工艺简单，生产成本低廉，已成为目前产量最大的变性淀粉品种。生产中采用的氧化剂主要有次氯酸钠、过氧化氢和高锰酸钾等。因次氯酸钠便宜，来源充足，易于工人操作且化学残留少，所以工业生产中常用碱性次氯酸钠氧化淀粉。与原淀粉比较，所得的氧化淀粉颜色更白，粘度更低且稳定性高，透明度高，成膜性好以及安全性好。目前，氧化淀粉已经广泛应于用于造纸、纺织、食品和建筑等领域。因此，利用廉价易得的淀粉原料生产氧化变性淀粉具有很大优势，加大对淀粉改性技术及其产品性能研究，拓宽产品应用范围具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种氧化淀粉的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法制得的氧化淀粉。
本发明的再一目的在于提供上述氧化淀粉的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种新型氧化淀粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取淀粉并加入水配制成质量分数为10～40％淀粉乳，在不断搅拌下加入相当于淀粉质量3～10％的纳米微晶纤维素，并将pH值调节为5～11；
(2)在调好pH的淀粉乳中加入次氯酸钠溶液，加入的次氯酸钠溶液中有效氯用量为淀粉质量的0.5％～3％，搅拌下恒温反应2～6h；最后加适量的硫代硫酸钠水溶液终止反应；
(3)反应结束后将反应产物过滤，并用水洗涤，烘干，研磨，得到氧化淀粉。
步骤(1)所述的淀粉优选为马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉等中的一种或多种。
步骤(1)中优选用氢氧化钠和盐酸溶液调节pH为5～11；
步骤(1)中所述的纳米微晶纤维素参照霍淑媛的硕士毕业论文《纳米结晶纤维素的制备及其对纸张性能影响的研究》中所公开的方法制得，主要步骤如下：根据硫酸/木浆为10mL/g取适量的硫酸和木浆于烧瓶中，其中硫酸浓度为61％，在45℃恒温水浴中进行酸解反应，反应时间30min；反应结束后，用去离子水稀释来使反应停止，得到白色均匀悬浮液；将此悬浮液用离心机离心水洗，每次倒掉上层清液，保留下层固状物继续加水清洗离心，直到上层清液变浑池，停止离心，保留下层白色乳液，把此白色乳液放入透析袋中，用去离子水透析数天至PH值不变；透析后的悬浮液用超声波振荡器在低温水浴中处理30min；超声处理好的纳米微晶纤维素水相悬浮液配到一定浓度备用。
步骤(2)中所述的搅拌转速为250～500r/min，优选机械搅拌。
步骤(2)所述反应的温度为35～55℃，优选在恒温水浴中反应。
步骤(3)中的过滤优选在真空抽滤机下过滤。
步骤(3)中用水洗涤4～10次，40～80℃下烘干。
本发明还提供了一种由上述制备方法获得的氧化淀粉。所得到的氧化淀粉可应用于造纸、食品、建筑等领域。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
本发明采用淀粉作为主要原料，其在安全性、环保、可持续等方面具有很大的优点。本发明把纳米微晶纤维素在淀粉的氧化过程中加入，扩宽了纳米纤维素的应用领域，同时加深了对淀粉氧化的研究。与普通淀粉相比，所得到的新型氧化淀粉羧基含量更高，氧化程度更大，新型氧化淀粉糊化后黏度更低。
附图说明
图1为原淀粉的SEM图。
图2为实施例1制备的氧化淀粉的SEM图。
图3为实施例5制备的氧化淀粉的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图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。
实施例1
一种氧化淀粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取淀粉于三口烧瓶中，加入蒸馏水配置成质量分数为40％淀粉乳，并用氢氧化钠和盐酸溶液调节淀粉乳的pH为11；
(2)在调好pH的淀粉乳中加入有效氯用量为3％(相对于淀粉质量)的次氯酸钠溶液，于不断搅拌和恒温水浴中反应2h，最后加适量的硫代硫酸钠水溶液终止反应；
(3)反应结束后将反应产物过滤，并用蒸馏水洗涤4次，40℃下烘干，研磨，得到氧化淀粉。制备的氧化淀粉的羧基含量和淀粉糊黏度如表1所示。
实施例2
一种新型氧化淀粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取淀粉于三口烧瓶中，加入蒸馏水配置成质量分数为10％淀粉乳，在不断搅拌下加入相当于淀粉质量3％的纳米微晶纤维素，并用氢氧化钠和盐酸溶液调节淀粉乳的pH为5；
(2)在调好pH的淀粉乳中加入有效氯用量为0.5％％(相对于淀粉质量)的次氯酸钠溶液，于不断搅拌和恒温水浴中反应6h，最后加适量的硫代硫酸钠水溶液终止反应；
(3)反应结束后将反应产物过滤，并用蒸馏水洗涤10次，80℃下烘干，研磨，得到氧化淀粉。制备的氧化淀粉的羧基含量和淀粉糊黏度如表1所示。
实施例3
一种新型氧化淀粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取淀粉于三口烧瓶中，加入蒸馏水配置成质量分数为30％淀粉乳，在不断搅拌下加入相当于淀粉质量10％的纳米微晶纤维素，并用氢氧化钠和盐酸溶液调节淀粉乳的pH为9；
(2)在调好pH的淀粉乳中加入有效氯用量为1.5％(相对于淀粉质量)的次氯酸钠溶液，于不断搅拌和恒温水浴中反应4h，最后加适量的硫代硫酸钠水溶液终止反应；
(3)反应结束后将反应产物过滤，并用蒸馏水洗涤6次，50℃下烘干，研磨，得到氧化淀粉。制备的氧化淀粉的羧基含量和淀粉糊黏度如表1所示。
实施例4
一种新型氧化淀粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取淀粉于三口烧瓶中，加入蒸馏水配置成质量分数为20％淀粉乳，在不断搅拌下加入相当于淀粉质量7％的纳米微晶纤维素，并用氢氧化钠和盐酸溶液调节淀粉乳的pH为7；
(2)在调好pH的淀粉乳中加入有效氯用量为1％(相对于淀粉质量)的次氯酸钠溶液，于不断搅拌和恒温水浴中反应4h，最后加适量的硫代硫酸钠水溶液终止反应；
(3)反应结束后将反应产物过滤，并用蒸馏水洗涤8次，60℃下烘干，研磨，得到氧化淀粉。制备的氧化淀粉的羧基含量和淀粉糊黏度如表1所示。
实施例5
一种新型氧化淀粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取淀粉于三口烧瓶中，加入蒸馏水配置成质量分数为35％淀粉乳，在不断搅拌下加入相当于淀粉质量5％的纳米微晶纤维素，并用氢氧化钠和盐酸溶液调节淀粉乳的pH为9；
(2)在调好pH的淀粉乳中加入有效氯用量为2.5％(相对于淀粉质量)的次氯酸钠溶液，于不断搅拌和恒温水浴中反应4h，最后加适量的硫代硫酸钠水溶液终止反应；
(3)反应结束后将反应产物过滤，并用蒸馏水洗涤5次，60℃下烘干，研磨，得到氧化淀粉。制备的氧化淀粉的羧基含量和淀粉糊黏度如表1所示。
将上述实施例1-5中所制得的氧化淀粉采用GB-T 20374-2006的方法测定不同氧化淀粉的羧基含量；将上述实施例1-5中所制得的氧化淀粉准确配制8％的淀粉乳，在90-95℃水浴中糊化15min后测定其在50℃下的黏度，结果如表1所示。
表1氧化淀粉的羧基含量和糊黏度
| 样品 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例5 | 实施例4 | 实施例3 |
| m纳米微晶纤维素/m淀粉 | 0/100 | 3/100 | 5/100 | 7/100 | 10/100 |
| 羧基含量/％ | 0.333 | 0.459 | 0.477 | 0.432 | 0.414 |
| 黏度/mPa.s | 133.7 | 79 | 71.3 | 89.7 | 94.4 |
上述实施例1为对比实施例，在淀粉氧化过程中并没有加入纳米微晶纤维素。从表1中可以看出，添加了纳米微晶纤维素的淀粉氧化后的羧基含量比没有添加纳米微晶纤维素的淀粉的羧基含量更高，黏度更低。
图1为原淀粉的SEM图，图2为实施例1制备的氧化淀粉的SEM图，图3为实施例5制备的氧化淀粉的SEM图。从图中可以看出，原淀粉(图1)呈球形或椭球形，表面光滑，界面清晰，具有规整和完善的外形特征，晶体颗粒从几十微米至几百微米。对比原淀粉，氧化后的淀粉(图2和3)表面发生腐蚀，变得粗糙，并出现了破损，而且有的淀粉表面出现了凹陷，说明次氯酸钠对淀粉的氧化不仅发生在颗粒的表面，而且进入了颗粒的内部。因为淀粉颗粒最外部是结晶区构成的硬壳，紧接着是微晶区和非结晶区构成的软壳，非结晶区就存在软壳中和软壳内部，所以淀粉的氧化反应可能首先发生在颗粒表面结合力较弱的质点，进而氧化剂向颗粒内部渗透，从而使颗粒内部的非结晶区及螺旋结构的结晶区受到一定程度的破坏。同时对比氧化淀粉(图2和3)可知，添加了5％纳米微晶纤维素的淀粉(图3)比没有添加纳米微晶纤维的淀粉(图2)的颗粒表面腐蚀的更为严重，并且图3中的淀粉的一些颗粒出现了明显的形变，这说明添加纳米微晶纤维素的淀粉的氧化程度更高。
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，其他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 (7)
1.一种氧化淀粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）称取淀粉并加入水配制成质量分数为10~40%淀粉乳，在不断搅拌下加入相当于淀粉质量3~10%的纳米微晶纤维素，并将pH值调节为5~11；
（2）在调好pH的淀粉乳中加入次氯酸钠溶液，加入的次氯酸钠溶液中有效氯用量为淀粉质量的0.5%~3%，搅拌下恒温反应2~6h，反应的温度为35~55℃；最后加适量的硫代硫酸钠水溶液终止反应；
（3）反应结束后将反应产物过滤，并用水洗涤，烘干，研磨，得到氧化淀粉。
2.根据权利要求1所述的一种氧化淀粉的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的淀粉为马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉和豌豆淀粉中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种氧化淀粉的制备方法，其特征在于，步骤（1）中用氢氧化钠和盐酸溶液调节pH为5~11。
4.根据权利要求1所述的一种氧化淀粉的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的搅拌转速为250~500r/min。
5.根据权利要求1所述的一种氧化淀粉的制备方法，其特征在于，步骤（3）中的过滤是指在真空抽滤机下过滤；步骤（3）中用水洗涤4~10次，40~80℃下烘干。
6.一种氧化淀粉，其特征在于，其由权利要求1至5任一项所述的氧化淀粉的制备方法制备得到。
7.权利要求6所述的氧化淀粉在造纸、食品或建筑领域中的应用。
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