机械活化木薯淀粉干法制备氧化淀粉的工艺优化探究

摘 要：木薯淀粉用机械活化方法进行搅拌，原材料木薯淀粉需活化1小时，催化剂使用硫酸铜，制备氧化淀粉所用的氧化剂采用常见的过氧化氢，对活化1小时的木薯淀粉干粉制备氧化淀粉工艺进行优化，采用相对科学的实验方法，实验结果与原工艺条件下木薯淀粉制备氧化淀粉进行对比，发现新方法制备所得氧化淀粉羧基含量高于原有制作方法的含量。

关键词：机械活化；干法工艺；氧化淀粉

氧化淀粉是淀粉在酸性环境、碱性或中性介质中，加入适量氧化剂的情况下发生氧化反应得到的产品。氧化淀粉具有很好的流动性，而且其固体含量相对比较高，另外粘性强、透明度好，这诸多优点令其受到食品、建材等行业的青睐。但是在实际制作过程中却存在很大困难。因此在这种情况下寻找一种高效率的生产工艺改善氧化淀粉生产现状显得尤为必要。

1 机械活化木薯淀粉氧化淀粉干法工艺简介

1.1 氧化淀粉制备原理

氧化淀粉的制备需要合适的氧化剂参与制备过程，传统的制备效率普遍不高。淀粉和结晶颗粒结构相似，其内部却没有结晶部位，外部坚固易结晶，将它放在水或化学试剂中不会受到太大影响。在没有结晶的环境下，即使存在氧化剂也很难发生氧化反应，淀粉氧化反应在这种情况下就很难发生，这就是其氧化度和反应效率不高的根本原因。目前解决这一问题的措施有一种，它利用强碱的催化效应，对淀粉进行预先加工处理，以达到提高其氧化反应效率，增强其氧化度的目的。但是目前这种普遍采用的方法却存在一定的缺陷，因为其制作成本相对较高而且对环境污染较大。

1.2 干法制备工艺

干法工艺制备氧化淀粉，其制备环境大多要求将水的质量分数控制在20%左右，在一定控制条件下，将试剂与淀粉充分混合后得到干燥产品。目前这种工艺因存在反应不均匀、产品质量缺乏保障等问题而没有得到生产厂家的广泛应用，但与其他制备工艺相比，其优势也是显而易见的：工艺简单、流程也相对比较简短、反应效率高、生产设备要求不高且耗能少、对环境影响小等。因此利用这种工艺研究木薯淀粉氧化淀粉的制备具有重要意义。

1.3 机械活化淀粉制备方法

机械活化主要针对固体颗粒物，在一系列机械力作用下，将机械能转化为物质的动能，此时固体颗粒结晶体的结构和部分物理方面性能发生改变，从而引起固体物质的化学相关性能增加。机械活化淀粉是通过改变其相关物理特性后产生的淀粉，具体过程为在摩擦、撞击等一系列物理机械外力的作用下，淀粉结晶的结构被分解破坏，致使其转变成为低结晶或非结晶状态，此时其物理特性也随之发生了改变，比较明显的是其透明度和冷水环境下的溶解度提高，对淀粉相关特性如老化特性产生了一定影响。

在上述研究基础上，技术人员探讨一种新的处理方法，就是将机械活化运用到淀粉的预处理阶段，氧化剂采用过氧化氢，制备工艺采用干法工艺，评价指标是制备淀粉羧基含量。具体研究其氧化剂和催化剂使用量、机械活化及反应时间、温度变化等对木薯淀粉氧化反应的影响，得出结论，看其是否符合这一工艺优化标准。

2 实验材料与方法

2.1 材料

本次实验主要应用原料为：木薯淀粉（由广西农垦明阳生产），双氧水（浓度为30%）、浓盐酸（浓度为36%）以及冰酸醋，在此试验中主要用作分析纯，且均由汕头西陇生产。此外，还有一种分析纯，即乙醇（浓度为95%），由广东光华生产。

本实验中主要使用的仪器为集热式恒温加热磁力搅拌器（型号为df-101b，由巩义市英裕生产）以及电热鼓风干燥箱（型号为101a-2b，由上海实验生产）。

2.2 实验方法

本次实验过氧乙醇溶液是在常温下制备的，催化剂选用浓硫酸（4ml浓度为98%），参加化学反应的是双氧水（30%）和冰醋酸（20ml），反应时间为18小时，可制得约13.5%的过氧乙酸溶液。

氧化淀粉的制备要素是，淀粉40克、催化剂选用无水硫酸铜、将反应物过氧乙酸和浓盐酸混合密封1天时间、机械活化方法磨介质（300ml），一定条件后取样（50℃干燥5小时）。

测量羧基含量方法：取样（0.5克），加乙醇30ml（95%），搅拌半小时，然后过滤，用相同浓度的乙醇去除氯离子，转移样品至300ml去离子水的烧杯中（容量为500ml），加热至沸腾状态，保持温度6分钟左右，在热溶液中加入酚酞指示剂，用氢氧化钠标准溶液（0.019·4mol

/l）让指示剂变色，记录氢氧化钠体积耗损量v1，另外用原淀粉做对照实验，同样记录氢氧化钠体积耗损量v2，再通过计算式就能得出羧基含量。

3 实验结果分析

3.1 反应时间的影响

从图1中可以看出在1小时以内，氧化淀粉羧基含量与时间成正比关系。采用机械活化方法可以使淀粉改变原有性状，其分子中的羟基能更好的同氧化剂反应。超过1小时候，效果明显降低。

3.2 反应温度的影响

从图2中不难看出，温度在50℃以上时，淀粉中羧基含量则迅速减少。原因是参加反应的过氧乙酸遇高温极易产生出氧气，当温度高到一定程度，氧气则来不及参与反应，直接导致羧基含量下降。

3.3 氧化剂用量影响

经实验发现氧化剂用量增的情况下，会有更多的定份分子与其接触，使反应效率得到了提高，相应的羧基含量也在上升。当氧化剂超过一定用量时，羧基含量则会明显下降。

3.4 催化剂用量影响

在实验中得知增加催化剂的使用量，可以有效提高淀粉的反应效率，超过一定量则会起反作用。适量催化剂则可，超过了一定限度则会引起淀粉大量发生降解显现，不利于提高定份氧化效率。所以从实践中得出，将催化剂用量控制在0.03%左右最能发挥其效果。

4 结束语

实验结果表明，采用机械活化方式，以过氧乙酸为氧化剂的木薯淀粉干法制备氧化淀粉是高效可行的。这种工艺应该在工业生产领域得到推广应用。

参考文献

[1]韦艳枝，黄祖强，胡华宇，等.氧化淀粉的机械活化木薯淀粉干法制备[j].湖北农业科学，2012（24）.

[1]谭义秋，黄祖强，农克良，等.机械活化木薯淀粉氧化产物的分散性能[j].化学世界，2010（4）.

[3]谭义秋，黄祖强，农克良，等.机械活化木薯淀粉氧化产物的结构表征[j].化学研究与应用，2010（3）.

作者简介：贾国华（1971-），男，工程师，主要从事淀粉设备及相关产品的研发与制造。