微波、紅外加熱製備醋酸酯澱粉的方法

2023-12-09 03:12:06

專利名稱：微波、紅外加熱製備醋酸酯澱粉的方法
技術領域：
本發明涉及食品加工以及紡織、造紙等技術領域，特別是涉及一種醋酸酯變性澱粉的 製備方法。
背景技術：
變性澱粉是澱粉深加工的產品之一，有化學變性、物理變性和酶變性澱粉，其中化學 變性澱粉佔了總量的2/3以上，發展變性澱粉生產是澱粉工業發展的重要組成部分。變性 澱粉的生產是利用澱粉與各種化學試劑(化學變性)在充分混合均勻的狀態下，在一定的 溫度下發生反應。在溼法生產工藝中，每生產l噸變性澱粉大約要消耗2-3噸的水，而且 這部分水最終轉變成C0D和鹽分含量高(有些品種的含鹽量達到了海水的含鹽程度)的難 處理汙水，造成嚴重的環境汙染。幹法生產技術的推廣應用，不但能夠提高變性澱粉的生 產效率，降低生產成本，提高產品質量，增加產品種類，而且可以大量節約水資源及降低 環境汙染。幹法反應中，由於只有少量溶劑分子的介入，最大限度地抑制了副反應，另外， 少量溶劑分子的介入使反應體系的微環境不同於液相反應，造成了反應部位的局部高濃 度，大大提高了反應效率。可以避免因使用大量溶劑而造成的高能耗、環境汙染、毒害性 等，是一種節能、環境友好的工藝。幹法的另一特點是可以製備溼法無法製備的高取代度 變性澱粉，從而可以拓寬變性澱粉的應用領域。新型高效固相加熱技術應用於變性澱粉的 製備是當前及今後的研究熱點。
醋酸酯澱粉又叫乙醯化澱粉，是澱粉大分子中的羥基在一定條件下直接與醋酸反應或 間接與醋酸衍生物反應得到的一種澱粉衍生物。與原澱粉相比它具有糊化溫度低、黏度大、 透明度好、凝沉性減弱、成膜性好等特點，可廣泛應用於食品、紡織、造紙等領域。醋酸 酯澱粉的製備方法有物理法，是指利用物理條件(如微波輻射、紫外線輻射、Y射線輻射 等)引發反應進行；化學法，是指利用化學引發劑使乙醯基與澱粉的自由基反應得到的產 物。
其中微波技術以其加熱速度快、節能、省時、簡化操作程序、減少有機溶劑使用、提 高反應速率、體系易控制等優點，引入到變性澱粉的製備中，現處在實驗研究和探索階段， 還沒有實現工業化生產應用。如張永華等研究了用微波幹法製備醋酸酯澱粉。稱取含水量
3小於3%的澱粉60克放於裝有高速攪拌機的混合器中。稱取CHPTMA 30克溶於12毫升水中， 稱取ll克氫氧化鈉溶於ll毫升水中。待兩溶液混合後，以噴霧的方式加到混合器中，並 不斷攪拌使其與澱粉混勻。將混合物置於800瓦功率的微波爐中加熱5至6分鐘，用鹽酸 中和直到pH為6.5 7.5，然後用氣流風乾至其含水量小於14%，即得成品。趙海波，馬 濤等研究了微波溼法製備醋酸酯澱粉。首先，稱取絕幹澱粉20克於研缽中，取一定濃度 的氫氧化鈉溶液與一定量的水充分混勻，然後用鹽酸溶液調節pH。將澱粉和混合液轉移置 微波反應器中，待冷凝裝置連接好，並通冷凝水後，打開攪拌器，然後在分液漏鬥中加入 醋酸酐，選擇輻照功率進行酯化反應。將反應結束後的產物洗滌至呈弱酸性後倒入培養皿 中，恆溫乾燥至恆重即得樣品。
微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的電磁波(波長1米-1毫米)。物料介質由極性分 子和非極性分子組織，在電磁場作用下，這些極性分子從隨機分布狀態轉為依電場方向進 行取向排列。而在微波電磁場作用下，這些取向運動以每秒數十億次的頻率不斷變化，造 成分子的劇烈運動與碰撞摩擦，從而產生熱量，達到電能直接轉化為介質內的熱能。因此， 微波加熱是介質材料自身損耗電場能量而發熱。微波應用於變性澱粉加工具有如下優點 微波加熱是通過微波能與澱粉直接相互作用進行表面與內部一致的整體加熱，加熱速度 快、時間短、產品質量高、加熱均勻。且加熱過程具有自動熱平衡性能，反應靈敏易於控 制，熱效率高，設備佔地面積少等。微波加熱的高效和均勻性是受反應物料中極性分子的 數量影響的，在澱粉材料中，主要是水分含量的影響。
由於微波加熱是依託被加熱物質中的極性分子吸收微波產生振動而發熱，處於加熱表 層的澱粉顆粒中水分揮發快，當含水量低於5%，需要更大的發熱量支撐極性分子的升溫， 或者是沒有足夠的極性分子支撐表層澱粉顆粒的持續發熱，導致其溫度始終比處於中層和 底層的澱粉顆粒低，也導致在與化學試劑反應時，反應變性程度受影響。處於裡層的澱粉 由於水分揮發慢，水分含量較高，易吸收過多的微波輻射能導致澱粉升溫快而高，產生焦 糊的現象。且現有的工業化微波加熱測溫是採用紅外技術，只能探測表面物料的溫度，無 法獲得內層的溫度。這也是至今微波技術不能用於工業化生產的主要原因。
紅外加熱是國家推廣應用的一項節能技術，它能夠使其加熱的整個空間保持所需要控 制的溫度，具有良好的保溫作用。但其熱效率低於微波加熱。將微波的快速加熱與紅外的 高效熱能溫控相結合，應用於醋酸酯澱粉的製備，能夠達到高效、節能、減排、降耗的效 果。國內外尚無相關研究報導
發明內容
本發明的目的是提出一種快速、節能的醋酸酯變性澱粉製備方法，該方法將微波的快 速升溫加熱方式與紅外的高效控溫方式相結合，可克服微波加熱雖然升溫快，但溫度穩定 性差和控制難的缺點，使微波、紅外加熱節能技術能真正規模化應用到變性澱粉生產領域。 微波加熱與紅外加熱的熱效率有差異，因此醋酸酯澱粉的製備工藝參數不單純是微波反應 過程的延續，而是在不同的加熱方式下，需要對工藝參數進行調整。
本發明的目的是通過下述技術路線實現的將澱粉(可以是玉米澱粉、馬鈴薯澱粉、 木薯澱粉、紅薯澱粉等，其中的任意一種)與反應的化學試劑按一定的比例充分混合均勻， 經過預乾燥或調溼，使混合料的水分含量控制在一定範圍內，在微波加熱裝置中將混合料 快速升溫至反應所需溫度，通過傳送帶將已加熱的混合料輸送到已預熱到反應設定溫度的 紅外加熱腔中，保溫一定時間後，將反應結束的產物洗滌至呈弱酸性，恆溫乾燥至水分含 量13. 5%左右。
本發明微波、紅外加熱製備醋酸酯澱粉的方法，通過下列工藝步驟實現
稱取一定量的澱粉，加入澱粉質量1/30 1/15的氫氧化鈉，在1000rpm 4000rpm的 高速混合機中將其攪拌混勻，然後將醋酸酐噴入澱粉與氫氧化鈉的混合物中，醋酸酐的用 量為醋酸酐澱粉二 (0.4-0.2) :l體積質量比(v/w，升/公斤)，邊噴邊攪拌，攪拌均 勻後，送入帶式微波反應器中，在20 180秒中內將溫度升至6(TC 9(rC的設定溫度，然 後利用輸送帶，將升至設定溫度的反應物料快速輸送到已升至設定溫度的紅外加熱器中反 應，紅外加熱器的溫度設定比微波加熱器高3% 15%，在此段加熱保溫反應10 25分鐘， 將反應完畢的物料用去離子水洗去副反應產生的物質和未參與反應的醋酸酑，重複洗滌三 次後，濾去洗液，將濾餅粉碎進入45" 7(TC的氣流乾燥機中烘乾，並經100目篩除去大 的結團的變性澱粉顆粒，篩上物回入粉碎機重新粉碎，篩下物即為符合質量要求的變性澱 粉。
用本發明方法製備的醋酸酯澱粉的取代度為0. 03 0. 25。 本發明具有以下優點
1、 將微波與紅外加熱技術應用於變性澱粉的工業化生產，實現了高效、節能、減排、 降耗。
2、 通過微波加熱與紅外加熱技術的結合，克服了單純的微波加熱溫度控制難，產品 質量不穩定的缺點。
3、 生產時間可以節約60% 90%,沒有廢水的處理與排放，用於反應的化輔料可以減 少20% 40%的用量。
具體實施例方式
實施例1:
稱取500公斤澱粉，加入17公斤的氫氧化鈉，在1000rpm的混合機中將其攪拌混勻， 取100升醋酸酐，將其噴入澱粉與氫氧化鈉的混合物中，邊噴邊攪拌，攪拌均勻後，送入 微波反應器中，在20秒中內將溫度升至6(TC的設定溫度，利用輸送帶，將反應物料快速 輸送到已升溫至66'C的紅外加熱器，加熱保溫反應10分鐘，將反應完畢的物料用去離子 水洗滌3次完畢後，濾去洗液，將濾餅粉碎進入7(TC的氣流乾燥機中烘乾，並經100目篩 除去大的結團的變性澱粉顆粒，篩上物回入粉碎機重新粉碎，篩下物即為符合質量要求的 變性澱粉。經測定，所得醋酸酯澱粉的取代度為0.06。
實施例2:
稱取500公斤澱粉，加入25公斤的氫氧化鈉，在3000rpm的混合機中將其攪拌混勻， 取150升醋酸酐，將其噴入澱粉與氫氧化鈉的混合物中，邊噴邊攪拌，攪拌均勻後，送入 微波反應器中，在40秒中內將溫度升至7(TC的設定溫度，利用輸送帶，將反應物料快速 輸送到己升溫至8(TC的紅外加熱器，加熱保溫反應20分鐘，將反應完畢的物料用去離子 水洗滌3次完畢後，濾去洗液，將濾餅粉碎進入6(TC的氣流乾燥機中烘乾，並經100目篩 除去大的結團的變性澱粉顆粒，篩上物回入粉碎機重新粉碎，篩下物即為符合質量要求的 變性澱粉。經測定，所得醋酸酯澱粉的取代度為0. 16。
實施例3:
稱取500公斤澱粉，加入34公斤的氫氧化鈉，在4000rpm的混合機中將其攪拌混勻， 取200升醋酸酐，將其噴入澱粉與氫氧化鈉的混合物中，邊噴邊攪拌，攪拌均勻後，送入 微波反應器中，在180秒中內將溫度升至9(TC的設定溫度，利用輸送帶，將反應物料快速 輸送到己升溫至93'C的紅外加熱器，加熱保溫反應25分鐘，將反應完畢的物料用去離子 水洗滌3次完畢後，濾去洗液，將濾餅粉碎進入45。C的氣流乾燥機中烘乾，並經100目篩 除去大的結團的變性澱粉顆粒，篩上物回入粉碎機重新粉碎，篩下物即為符合質量要求的 變性澱粉。經測定，所得醋酸酯澱粉的取代度為0.25。
權利要求
1、微波、紅外加熱製備醋酸酯澱粉的方法，其特徵在於通過下列工藝步驟實現稱取一定量的澱粉，加入澱粉質量1/30～1/15的氫氧化鈉，在1000rpm～4000rpm的高速混合機中將其攪拌混勻，然後將醋酸酐噴入澱粉與氫氧化鈉的混合物中，醋酸酐的用量為醋酸酐澱粉＝(0.4-0.2)∶1體積質量比，邊噴邊攪拌，攪拌均勻後，送入帶式微波反應器中，在20～180秒中內將溫度升至60℃～90℃的設定溫度，然後利用輸送帶，將升至設定溫度的反應物料快速輸送到已升至設定溫度的紅外加熱器中反應，紅外加熱器的溫度設定比微波加熱器高3％～15％，在此段加熱保溫反應10～25分鐘，將反應完畢的物料用去離子水洗去副反應產生的物質和未參與反應的醋酸酐，重複洗滌三次後，濾去洗液，將濾餅粉碎進入45℃～70℃的氣流乾燥機中烘乾，並經100目篩除去大的結團的變性澱粉顆粒，篩上物回入粉碎機重新粉碎，篩下物即為符合質量要求的變性澱粉。體積質量比即v/w，升/公斤。
全文摘要
微波、紅外加熱製備醋酸酯澱粉的方法，該方法將微波的快速升溫加熱方式與紅外的高效控溫方式相結合，可克服微波加熱雖然升溫快，但溫度穩定性差和控制難的缺點，使微波、紅外加熱節能技術能真正規模化應用到變性澱粉生產領域，不僅可克服單純的微波加熱產品質量不穩定的缺點，而且可實現高效、節能、減排、降耗，生產時間可以節約60％～90％，沒有廢水的處理與排放，用於反應的化輔料可以減少20％～40％的用量。
文檔編號C08B31/04GK101475646SQ20081023330
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月11日 優先權日2008年12月11日
發明者夏玉紅, 姚玲華, 森 李, 朔 楊, 耕 鍾, 晨 顏 申請人:西南大學