陽離子淀粉（二）

時間：2023-03-24 05:14:27來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

陽離子淀粉（二）

[db:作者] / 2023-02-10 00:00

(5)高取代陽離子淀粉

稱取干燥的玉米淀粉7.0g、GTA3.0g一起放入100mL燒杯中。攪拌均勻后放置于恒溫90℃水浴器中預熱0.5h，接著加入配制好的含0.06g NaOH的水溶液2.5mL，混合攪拌至無結塊，再在90℃恒溫水浴器中反應160min即可。然后用80%的乙醇洗滌、抽濾至濾液不含氣離子。最后用無水乙醇洗滌、干燥后即得高取代陽離子淀粉。取樣、恒重，測得樣品中氮的質量。

季銨型陽離子淀粉制備方法大體上可分為有機溶劑法、水溶劑法和干法三種。有機溶劑法需使用昂貴的有機溶劑，成本高，不安全。水溶劑法不適合制備高取代度產品，對環境有污染。與有機溶劑法和水溶劑法相比，干法具有工藝簡單、反應效率高、環境污染小等很突出的優點。

目前工業上應用的主要是低取代度季銨烷基淀粉醚，而高取代度陽離子淀粉隨著取代度的提高，各方面的應用性能如絮凝、脫色、染料上色率等都有不同程度的增強。

(1)在裝有攪拌器的簡狀玻璃瓶中，加入5.5g玉米淀粉(水質量分數12.0%)和適量的堿催化劑，室溫下攪拌10min；再加入GTA 4.5g，室溫下繼續攪拌1h后，在一定的溫度和時間反應下，得到基本干的白色固體粗產品。粗產品用含乙酸的80%乙醇液浸泡后再經過濾、洗滌、干燥得季銨鹽陽離子淀粉。

(2)采用乙醇為原料與a-淀粉酶及半纖維素混合于50～60℃和6bar下反應得含陽離子淀粉的液體，再用膜分離得成品。陽離子淀粉的品種繁多，但帶環氧基的陽離子化試劑制備的季銨烷基淀粉醚工藝簡單、成本低，各方面的性能均優于叔胺基淀粉醚。以玉米淀粉、環氧氯丙烷、三甲胺等為原料，制取高取代度季銨烷基淀粉醚陽離子淀粉，可以實現高效率、無污染、低成本。

(3)為提高反應效率與速率，可以采用半干法制備環氧季銨型陽離子劑，即在反應體系中加入堿催化劑和少量有機或無機溶劑，在60～90℃下反應2h，轉化率為95%。

在燒杯中加入少量氫氧化鈉和適量水，待氫氧化鈉溶解后加入適量淀粉攪拌10min后，加入2mL異丙醇，接著加入GTA攪拌1h。然后在80℃下反應2.5h，得到基本干的固體粗品，用少量乙酸的質量分數為80%的乙醇水溶液浸泡、過濾、洗滌、干燥即得季銨型陽離子淀粉。

在反應過程中加入少量有機溶劑可以降低水對淀粉的溶解力，防止淀粉的糊化；還可以維持淀粉的膨脹狀態，使陽離子化試劑和堿催化劑均勻地分布在反應體系中，提高反應效率，得到取代基分布均勻的產品。但加入過多，則會改變反應環境，使取代度降低。

在堿催化劑存在下，淀粉與N-(2，3-環氧丙基)三甲基氯化銨的半干法反應中。由于少量溶劑分子的介入，最大限度地抑制了副反應，同時使反應體系的微環境不同于液相反應，造成了反應部位的局部高濃度，提高了反應效率。而加入少量有機溶劑，抑制了水對淀粉的糊化，同時使陽離子化試劑和堿催化劑均勻地分布在反應體系中，得到取代基分布均勻的產品。該方法反應效率高，操作簡便，污染小。當淀粉和GTA用量分別為11：6(質量比)時，最佳反應條件為反應時間2.5h，反應溫度為90℃，介質條件為氫氧化鈉用量為控制pH值在8～11，異丙醇：水為3：7(體積比)，取代度可達0.55以上，反應效率大于94%。

(4)工業淀粉氣流烘干，使其含水量小于3%，稱取60g放于裝有高速攪拌機的混合器中。CHPTMAC 30g溶于12mL水中，11gKOH溶于水中。兩種溶液混合，以噴霧的方式加到混合器中，攪拌與淀粉混勻。混合物放于功率為800W的微波爐中加熱5～6min，取出用稀鹽酸中和至pH值為6.5～7.5，氣流風干至含水量≤14%，即為產品。用90%的乙醇-水溶液洗滌，凱氏定氮法測定含氮量為2.2566%(未洗的含氮量2.3728%，原淀粉含氮量0.05%)，取代度0.3429，有效轉化率為95%。

干法制備陽離子淀粉加熱過程一般是介質傳遞熱量。由于淀粉中蓄含大量不流動的空氣，構成一個保溫層，使熱量的傳遞速率很慢。即使在攪拌下進行反應，也需要1～1.5h。

微波介電加熱是電磁波作用于極性分子，使它發生振動和轉動，電磁波轉變成熱能。當微波作用于反應物時，可加劇分子運動，提高分子的能量降低反應的活化能，提高反應速度。微波介電加熱幾分鐘就可完成反應。用微波干法制備陽離子淀粉，操作簡單，能耗低，試劑的轉化率高。

微波輻射會產生“局部熱點”，即體系的整體溫度仍然很低，但某一個區域溫度升得比較高。用單級微波爐介電加熱，會產生局部熱點，使反應物內部碳化，而外部達不到反應溫度。使用時要注意調整物料在爐中的位置。采用多重微波爐可以解決“局部熱點”問題。微波介電加熱升溫速度快，易造成不同的溫度區域，使化學反應不均勻。如果采用間歇式加熱，使熱量有擴散、傳導的時間，就可以避免局部過熱，反應均勻進行。反應溫度最好控制在85℃以下。用微波干法在于可制備取代度0.35～0.50的陽離子淀粉。

微波是一種頻率為300MHz～300GHz的電磁波，屬高頻波段的電磁波，具有電磁波的特性。微波的熱效與一般傳統加熱不同。后者是外部加熱，通過表面能量吸收再傳導到內部；前者是微波進入物體內部，分子在電磁場作用下極化，并隨電磁場的變化而變化，產生高頻振蕩，這樣極化分子本身的熱運動和分子之間的相對運動會產生類似摩擦、碰撞、振動、擠壓的作用，使所在體系能量增高并快速升溫。這種能量轉換方式是內外同時進行，瞬時可達到高溫，能量損失小，控制方便。

微波技術應用在化學反應、化學分析和環境保護等領域，表現出節省能源和時間、簡化操作程序、減少有機溶劑使用、提高反應速率和顯著降低化學反應產生的廢物對環境造成的危害等優點。采用微波干法合成，針對廢水處理固液分離過程中大部分微細顆粒和膠體都帶負電荷的特點，季銨鹽型陽離子絮凝劑不僅具有優異的絮凝效果，而且還有一定的殺菌能力。

將陽離子醚化劑與NaOH水溶液按一定比例混合，迅速將混合物噴灑到淀粉上，充分混勻，放入微波爐反應完成后，取出一部分粗產品以無水乙醇洗滌數次，抽濾，50℃下干燥，即得季銨鹽型陽離子淀粉。

在微波干法合成季銨鹽型陽離子淀粉絮凝劑的過程中需加入少量的水，淀粉的活化、季銨鹽的閉環以及陽離子絮凝劑的合成都需要游離狀態的OH-；同時，水還是微波介電加熱固相反應的引發劑。一般固體物質不能有效地吸收微波。只有極性小分子物質像水、醇、酸等能夠有效地吸收微波能量，變電磁波為化學能，引發淀粉的陽離子化反應。但是另一方面，水溶劑可引起兩個副反應：一是陽離子醚化劑的水解反應，水解后生成的副產物沒有陽離子化能力，從而使反應體系中陽離子化試劑的有效濃度降低，產物的相對黏度下降；二是水溶劑使生成的陽離子淀粉分解，生成淀粉和陽離子醚化劑水解產物，同樣導致產物相對黏度下降。因此，水量過多不利于反應的進行。從以上實驗結果表明，反應體系水的質量分數為30%左右取得較好的結果。

在陽離子醚化劑與淀粉摩爾比為0.35、NaOH與陽離子醚化劑摩爾比為1：2、微波功率為184W的條件下，輻射時間為5min。

輻射是采用輻射線(UV、EB、射線、可見光、熒光等)輻照于液相待加工物體，使其在高能量射線作用下瞬間發生分子激化，進而發生快速化學反應過程，得到性能優異的產物。具有高速率、低能耗、幾乎無公害、適于連續化生產等特點。

輻射技術已發展為具有特色和應用優勢的新型“綠色”技術，被稱為“面向21世紀的綠色工業新技術”。

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