[发明专利]一种电场耦合超声制备高取代度乙酰化淀粉的方法

说明书

本发明公开了一种电场耦合超声制备高取代度乙酰化淀粉的方法。以各种淀粉为原料，用蒸馏水配置成浓度为淀粉乳，经过电场和超声处理后，将样品置于水浴锅中磁力搅拌加入乙酸酐，并用NaOH溶液维持反应体系的pH值，乙酰化反应后，烘干、粉碎、过筛，得到固体粉末即为高取代度乙酰化淀粉。本发明利用了超声波的空化作用促进了淀粉分子的重排，电场和超声波的耦合效应促进了乙酰基和淀粉分子的结合。本发明所述高取代度乙酰化淀粉制备过程安全，耗时短，保留颗粒结构，易于洗脱，所得淀粉抗老化性能好、淀粉起糊温度降低。可用于崩解剂、胶粘剂及过滤膜的制备。

技术领域

本发明属于淀粉复合改性与应用领域，涉及一种高取代度乙酰化淀粉及其制备方法，具体涉及一种对淀粉进行电场耦合超声处理制备的乙酰化淀粉及其制备方法。

背景技术

淀粉醋酸酯被认为是最简单也是研究最多的一类淀粉酯，淀粉的分子中引入少量的乙酰基基团，阻止或减少了分子间氢键缔合，致使淀粉糊化温度降低、凝沉性减弱、膨胀度及透明度提高。普通方法制备的乙酰化淀粉低于0.2，主要应用在食品增稠剂方面。而高取代度的乙酰化淀粉可以形成耐水，热塑性和可再生材料，这些材料可以在许多领域得到应用，例如可溶解的薄膜和涂料，吸收剂和水凝胶等。新型崩解剂是近几年醋酸酯淀粉的最新应用范畴，取代度在0.2～0.3范围内合成淀粉醋酸酯具有很好的赋形能力和崩解性能，可用于直接压片，降低了能耗及成本，简化了生产工艺。

尽管高取代度的乙酰化淀粉有许多优点，目前由于制备困难，高取代淀粉材料的商业生产受到限制。最具挑战性的障碍是缺乏合适的溶剂，该溶剂必须具有低毒性并且具有成本效益，并且能够保持淀粉材料在整个合成过程中有效分散。此外，有些制备方法中淀粉颗粒结构的完全破坏，高度取代的淀粉倾向于在反应介质中形成粘稠的聚集体，从而阻止了试剂渗透和副产物的去除。

现有技术主要以水为介质，以乙酸酐或乙酸乙烯为酰基供体，在碱性条件下合成淀粉醋酸酯。这种方法制备的醋酸酯淀粉取代度低于0.2，主要原因是以水为介质使得淀粉浆被稀释，且淀粉颗粒内部结合比较紧密，乙酰化试剂难以渗透到颗粒内部。目前制备中高取代度的方法主要有：(1)以水为介质，使用高温或者碱，将淀粉糊化，淀粉颗粒膨胀，试剂渗入淀粉颗粒内部，导致淀粉取代度升高。但是这种方法制备的醋酸酯淀粉不能保留淀粉颗粒结构，难以洗脱，以一种淀粉糊的形式存在。(2)在无水体系中，以酸或碱作为催化剂，制备高取代度淀粉。但是这种方法使用较多的醋酸酐和较高浓度的碱，导致洗脱困难，不够经济环保。(3)使用有机试剂作为分散系统。比如吡啶，它可以使淀粉颗粒充分溶胀，同时作为催化剂中和反应系统中的酸，致使淀粉颗粒取代度增加。但是这种方法以有机物为原料合成淀粉酯的研究较少，因为它有剧毒且昂贵，制备过程中会产生强烈的气味，造成严重的环境污染。

超声过程对淀粉的影响主要是超声波的频率大于20kHz，微观环境下可以在弹性介质中引起空化作用进而产生空化泡，另外在超声作用下，机械产热作用也会影响作用产品的性能。电场产生的电晕放电形成的离子风会加速物质的传热速率，加快淀粉氢键的断链。在以水为介质的溶液中，水分子本身是极性的，水分子中的正负电荷分布不均匀，在溶液中，多个水分子通过特定的作用力结合在一起，形成一个相对较大的水分子团簇，随着氢键的形成与断裂，这种大分子团簇又会分解成小分子团簇，即这种团簇的结构并不是稳定不变的，而是一种动态的形式存在，这种自由水分子团簇的在溶液中存在的时间为1-10ps。另外水和其他物质一样，自身存在一定频率的电场，外加电场会破坏它的稳定性，当电场强度达到可以和水发生共鸣时，可能引起水分子的结构改变,此时水的特性被改变，被称为活化水或活性化水，此时的水会影响以其为介质的物料的性质。

发明内容

为了克服现有制备方法的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种电场耦合超声处理制备高取代度、完整颗粒、易于洗脱的乙酰化淀粉的方法，所得乙酰化淀粉取代度明显提高，崩解值和回升值显著降低，糊化温度和焓值降低，该方法能耗更少。

本发明的目的通过下述技术方案实现：