淀粉作业

淀粉制品工艺学课程作业报告名称变性淀粉干法制备工艺研究进展年级 2007级学院生命科学学院专业生物工程学号 11072231 姓名张晶鑫任课教师汪树生完成时间 2010年 12月31日变性淀粉干法制备工艺研究进展内容摘要：该文综述国内外变性淀粉干法制备工艺路线、主要品种及相关设备研究进展，指出干法生产变性淀粉是一种很有价值工艺方法，并对其发展前景进行展望。

关键词：变性淀粉；干法；淀粉制备天然淀粉应用于现代工业时，特别是在现今广泛采用新工艺、新技术情况下，已受到越来越多限制；为此，根据淀粉结构及理化性质开发淀粉变性技术，即运用物理、化学或酶方法对原淀粉进行处理，使其具有适于某种特殊用途性质，这一过程称为淀粉变性，其产品称为变性淀粉。

国内外生产变性淀粉方法主要有湿法、干法、挤压法、滚筒干燥法等；目前我国变性淀粉生产绝大多数都是采用湿法工艺。

湿法也称浆法，即将淀粉分散在水或其它液体介质中，配成一定浓度悬浮液，在一定温度条件下与化学试剂进行氧化、酸解、酯化、交联等反应，生成变性淀粉[1]。

其优点是反应均匀、产品质量稳定、生产控制容易；缺点是产品不易回收、生产耗水量大、污水需处理，因而成本较高。

在国外，干法工艺已逐渐成为生产变性淀粉主要方法。

干法生产变性淀粉一般是在淀粉含少量水（通常20% 左右）情况下，将反应试剂喷到淀粉上，经充分混合后，在一定条件下反应并得到干燥产品；具有工艺简单、反应效率高、环境污染小、生产成本低等优点。

本文就国内外干法制备变性淀粉研究进展进行综述。

一、变性淀粉干法制备工艺研究传统干法生产变性淀粉流程为化学试剂用水或有机溶剂稀释后常温下在混合器中与原淀粉充分混合，混合后物料含水40% 左右，然后进行预干燥，生产中一般采用气流干燥器，将体系含水量降至20%以下以防糊化，物料进入反应器进行反应[2]。

干法反应温度较高（130℃ ~180℃），要求固相反应器有良好加热装置；反应时间较湿法短，一般1~4 h，反应结束后，将产品快速冷却；此时物料含水量通常较低，在1%~3% 左右，需对其进行加湿。

干法反应后物料中会存在一些结块产品，经粉碎、筛分后，最终得到变性淀粉产品。

此工艺由于混合时含水量相对较高，有利于化学试剂在淀粉中充分扩散，保证混合均匀性；但预干燥后进入反应器淀粉含水量较难精确控制，从而造成产品质量不稳定〔3〕。

与湿法相比，干法生产变性淀粉工艺已有较大变化，基于此，国内外很多研究者对干法工艺进行大量改进和优化。

董海洲等采用一步法制备羧基型两性淀粉，反应温度低、反应时间短、有效节约能源；且一步法制备两性淀粉，加碱量为两步法50%，降低成本，阴、阳离子化反应效率高，简化生产工艺，产品性质稳定，具有一定创新性。

具本植等在制备高取代度阳离子淀粉时对干法工艺进行改进，去除预干燥工艺，精确控制反应体系含水量，达到良好效果〔4〕。

陈广德等在干法制备羟丙基淀粉时，进行催化剂筛选实验，发现在碱性条件下，用脂肪醇聚氧乙烯醚（FAPE）作催化剂，可使羟丙基淀粉制备反应时间由单纯用NaOH 作催化剂时3 h 缩短为50 min，且产品不需中和即能达到造纸工业使用要求，这一新催化制备方法用于制备阳离子淀粉取得很好效果〔5〕。

谭义秋等将机械活化这门新兴交叉技术引入淀粉变性行业，采用机械活化对淀粉进行预处理，以过氧化氢为氧化剂干法工艺制备氧化淀粉，取得较好效果。

张艳萍等和史玉玲等在硬脂酸玉米淀粉酯制备过程中加入微波照射条件，酸解和酯化同时进行，大大缩短反应时间，提高反应效率。

李芳良等采用微波干法制备氧化淀粉，将目前工业生产以次氯酸钠为氧化剂湿法生产工艺，更改为用双氧水干法制备氧化淀粉，具有安全卫生、氧化性较强、不会造成二次污染及流程短、能耗低、设备简单等优点〔6〕。

王晓广采用60Co 所产生γ–射线作为辐射源，在有氧条件下对淀粉进行辐照，生成含有氢过氧化物和陷落自由基淀粉衍生物。

张友全等在干法制备阳离子淀粉时发现采用NaOH 在淀粉和醚化剂之间分开加入工艺方法，既可提高产品取代度和醚化剂反应效率，又可降低反应温度，有效避免高温加热反应使产品色泽加深不良现象。

史建平介绍一种新型干法工艺，采用二次添加试剂反应，使反应剂与原淀粉混合均匀、反应充分，产品质量容易保证〔7〕。

黄强等对辛烯基琥珀酸淀粉干法制备工艺及其粘度性质进行研究，指出此法制备辛烯基琥珀酸淀粉具有环境友好、反应时间短、效率高、生产成本低等优势〔8〕。

二、干法制备主要变性淀粉产品传统变性淀粉主要采用湿法制备，只有淀粉磷酸酯等少数几个品种可采用干法；但随着环境压力增加及成本方面考虑，人们越来越多考虑干法生产变性淀粉。

目前除淀粉磷酸酯外，阳离子淀粉、醚化淀粉、酯化淀粉、氧化淀粉、接枝淀粉等都可采用干法制备，并取得较好效果。

1、阳离子淀粉绝干淀粉放入混合机，在搅拌情况下喷加NaOH溶液，NaOH 用量为淀粉质量分数3%，加水24% 调节湿度，搅拌混合 1.0 h，喷入醚化剂3–氯–2–羟丙基三甲基氯化铵（CHPTMA）4.65%，搅拌混合1.0 h，混合物在80℃下反应2.5 h，得到白色固体粗产品，中和至pH=6~8，洗涤、过滤、干燥、粉碎过筛，即得季铵型阳离子淀粉，产品取代度0.32 左右〔9〕。

另一种微波加热法是以玉米淀粉为原料，10 g 玉米淀粉加碱1.10 g，加水0.95 ml，加CHPTMA 3.80 ml混合均匀，在微波功率为300 W 下加热70 s，反应得到白色固体粗产品，用体积分数80% 乙醇搅拌浸泡60 min 后抽滤、洗涤得季铵型阳离子淀粉，此法制备产品取代度可达0.34〔10〕。

2、醚化淀粉以羟丙基淀粉为例，向玉米淀粉喷入NaOH 溶液，用量为淀粉质量分数3%，调控体系水分含量为12%，充分搅拌碱化后，加入6.2% 脂肪醇聚氧乙烯醚催化剂，搅拌均匀后加入醚化剂1，2–环氧丙烷，在密闭反应器中70℃下反应50 min，得基本干燥白色固体粗产品，粗产品用75% 酒精水溶液浸泡、洗涤、过滤、干燥，即得纯净白色粉末状羟丙基淀粉〔11〕。

羧甲基淀粉制备方法为：称取16.2 g干基玉米淀粉，与定量氢氧化钠（NaOH/ 淀粉物质量比值为1.85）在粉碎机中充分混合后转入干法反应釜中，35℃下，80 r/min 搅拌碱化反应30 min 后静置冷却得碱化淀粉。

将7.3 ml 乙醇溶液和一氯乙酸固体（一氯乙酸/淀粉物质量比值为0.60）充分混合均匀后，喷雾到碱化淀粉表面，在75℃下反应2.33 h，冷却至室温，产品用质量分数为85% 乙醇水溶液100 ml 洗涤1 h，并加人冰醋酸，调节pH 7.0 左右，抽滤，用乙醇水溶液洗涤2~3 次，至无氯化钠检出（用硝酸银水溶液检验），干燥、粉碎、筛分（过100 目），即得到白色粉末状羧甲基淀粉〔12〕。

3、酯化淀粉高粘度磷酸酯淀粉制备是将2 g三聚磷酸钠与4 g碳酰二胺溶于25 ml 蒸馏水中，用磷酸调至pH 6.0 左右，而后喷洒在100 g 绝干玉米淀粉上，混合均匀，于60℃预干至水分小于8%，160℃高温固相酯化反应150 min，经冷却过筛，即得成品，产品峰值粘度达2280 BU〔13〕。

4、氧化淀粉图2 干法制备氧化淀粉工艺流程图NaOH 粉末加入量为原淀粉0.02%~0.04%（干基），体系含水量为20%~22%，反应前各种材料混合均匀，反应温度50 ℃ ~60 ℃，时间3~4 h，反应完成后筛去一些块状物，筛下物即为成品〔14〕。

5、接枝淀粉冰水冷却下，在准确称量5 g 干淀粉中依次加入界面剂二甲基亚砜1.0 ml、丙烯酸丁酯单体2 g、引发剂Fe2+–H2O2 2.19×10–2mol，水0.2 ml 后混合均匀，置于微波装置中，微波功率110 W，间歇辐射30 min，反应后以丙酮为溶剂，在索氏抽提器中抽提至少36 h 以上至恒重，以除去均聚物，接枝率可达29.65%。

三、干法制备变性淀粉设备研究与工艺研究相比，我国干法制备变性淀粉专用设备研究进行较为缓慢，公开发表研究报告很少。

大多数研究者在进行研制干法变性淀粉时，多采用自制混合器和反应器，手动操作较多，工艺不连续，因此研究结果应用于生产实践较为困难。

生产用干法反应设备应具有以下基本特点：1、混合器应能使化学试剂与淀粉充分混匀，不能有成团或结块现象，否则会造成反应不均、产品质量不稳定。

2、预干燥设备应能较精确控制干燥温度、风速，干燥后物料含水量均匀。

3、反应器应具有良好密闭性，以防干物料粉尘飞扬，污染工作环境；反应器无死角，加热均匀，可抽真空，进料、卸料应方便彻底。

4、整套工艺设备应能连续生产，自动化程度高。

Sitohy 等采用带有联合旋转喷头双螺旋实验型挤压机制备磷酸酯淀粉，可使淀粉与试剂有效接触，从而提高反应效率。

山东某高校研制实验室干法变性淀粉专用设备，主要包括高效混合器和真空反应釜，已申请专利，应用该套设备进行干法小试与中试，取得良好效果。

陈月锋等概述涡流技术实现淀粉干法变性主要工艺过程，介绍涡流技术关键装备―涡流反应器基本构造及工作原理，指出涡流反应器用于变性淀粉干法制备具有一定应用前景。

我国研制干法生产变性淀粉关键设备―高效湍流式真空干法变性淀粉反应装置，解决干法生产技术存在混料不均、反应温度高、反应条件难以控制、产品色泽深、出料不彻底等一系列问题。

现有一种TGBD型干法生产变性淀粉设备，成功应用于磷酸酯淀粉、阳离子淀粉等变性淀粉生产，与原真空反应器及搅拌反应器等设备相比，具有能耗低、收率高、设备利用率高等优点〔15〕。

干法反应作为一种较新变性淀粉制备方法，反应效率高、反应时间短、节约能源、成本较低；且不产生废水，有利于环保，具有明显经济效益和社会效益，是一种很有发展前景变性淀粉生产方法。

我国对变性淀粉干法制备研究大多还处实验室阶段，如能解决工艺放大、产品质量稳定等技术难题，干法工艺必将成为生产变性淀粉重要方法。

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