羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究：
羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，1.馬鈴薯原淀粉進(jìn)行羥丙化，提髙淀粉的穩(wěn)定性，以分子取代度（MS)為試驗(yàn)指標(biāo)， 研究反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、環(huán)氧丙烷用量、NaOH用量、r^SO,用量對(duì)分子取代度的影響， 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、環(huán)氧丙烷用量、1^2504用量四個(gè) 因素為變量，以產(chǎn)物分子取代度為試驗(yàn)指標(biāo)，通過U (3。正交試驗(yàn)，經(jīng)過驗(yàn)證，得出 最佳工藝條件為：淀粉乳濃度40%、NaOH用量為1%、反應(yīng)溫度4(TC、反應(yīng)時(shí)間14h、環(huán)氧 丙燒12%、Na2S0410%。得到馬鈴薯羥丙基淀粉分子取代度為0.2116。
2.馬鈴薯輕丙基淀粉進(jìn)行羧甲基化復(fù)合變性制備馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉，以復(fù)合 變性淀粉羧甲基的取代度（DS)為試驗(yàn)指標(biāo)，研究反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、氯乙酸用量、 NaOH用量、乙醇濃度對(duì)取代度的影響，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng) 溫度、氯乙酸用量、NaOH用量四個(gè)因素為變量，以產(chǎn)物取代度為試驗(yàn)指標(biāo)，通過U (34) 正交試驗(yàn)，經(jīng)過驗(yàn)證，得出最佳工藝條件為：乙醇濃度為95%、淀粉為乙醇用量的20%、 反應(yīng)溫度6(TC、反應(yīng)時(shí)間4h、Na0H75%、氯乙酸65%。得到馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉取代 度為0. 4628。
3.馬鈴薯原淀粉、馬鈴薯羥丙基淀粉、馬鈴薯羧甲基淀粉、馬鈴薯徑丙基羧甲基淀 粉分別利用紅外光譜分析（FT-IR)證實(shí)了馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉的結(jié)構(gòu)變化,•利用 X-射線衍射分析（X-RD)證實(shí)了馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉的結(jié)#度變化；利用掃描電子 顯微鏡（SEM)觀察了復(fù)合變性前后淀粉的表觀形貌變化，證實(shí)了其反應(yīng)不僅發(fā)生在淀 粉顆粒表面，也發(fā)生在淀粉顆粒內(nèi)部。
4.討論了馬鈴薯原淀粉、馬鈴裏經(jīng)丙基淀粉、馬鈴薯竣甲基淀粉、馬鈴薯輕丙基竣 甲基淀粉的理化特性，證實(shí)了羥丙基羧甲基淀粉具有良好的凍融性、抗老化能力、抗生 物降解、糊透明度髙和耐酸性以及粘度髙、糊化溫度低等優(yōu)點(diǎn)。說明制得的馬鈴薯羥丙 基羧甲基復(fù)合變性淀粉兼有兩種及兩種以上單一變性淀粉的優(yōu)良性質(zhì)，彌補(bǔ)了單一變性 淀粉性質(zhì)的不足。
5.首次結(jié)合片劑對(duì)輔料的要求進(jìn)行深入討論，得出了馬鈴著輕丙基羧甲基淀粉作為 新型片劑輔料，綜合了片劑輔料所需要的填充劑、潤(rùn)滑劑、粘合劑、崩解劑等作用，一 方面將帶動(dòng)制藥行業(yè)的一場(chǎng)革新，另一方面也能極大提高馬鈴薯淀粉的附加值，為企業(yè) 和農(nóng)民增收，同時(shí)，它還可進(jìn)一步應(yīng)用在食品、紡織、化工、飼料、石油鉆井、鑄造、 造紙、建筑涂料等其他領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域及較大的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
在制藥工業(yè)中，片劑是主要使用的一類藥物劑型。從總體上看，片劑是由兩大類物 質(zhì)構(gòu)成的，一類是發(fā)揮治療作用的藥物(即主藥)，另一類是沒有生理活性的一些物質(zhì)， 在藥劑學(xué)中，將這些物質(zhì)統(tǒng)稱為輔料。輔料所起的作用主要包括：填充作用、粘合作用、 崩解作用和潤(rùn)滑作用，有時(shí)還起到著色作用、矯味作用以及美觀作用等。根據(jù)它們所起 作用的不同，常將片劑輔料分成四大類：填充劑、粘合劑、崩解劑、潤(rùn)滑劑[1]。
填充劑（或稱稀釋劑)主要用來填充片劑的重量或體積。如果片劑中的主藥只有幾 毫克或幾十毫克時(shí)，不加入適當(dāng)填充劑的，將無法制成片劑。因此，填充劑起到了較為 重要的增加體積、助其成型的作用[1_3]。常用的填充劑有淀粉類、糖類、纖維素類和無機(jī) 鹽類等。由于目前壓片工藝、制劑設(shè)備等因素的限制，片劑的直徑一般不能小于6mm, 片重多在lOOmg以上[1]。
粘合劑的作用是使藥物粉末結(jié)合起來。某些藥物粉末本身具有粘性，只需加入適量 的液體就可將其本身固有的粘性誘發(fā)出來，這時(shí)所加入的液體稱為濕潤(rùn)劑[1];某些藥物 粉末本身不具有粘性或粘性較小，需要加入淀粉漿等粘性物質(zhì)，才能使其粘合起來，這 些加入的粘性物質(zhì)稱為粘合劑[1’4]。上述濕潤(rùn)劑和粘合劑總稱為粘合劑。
崩解劑是使片劑在胃腸液中迅速裂碎成細(xì)小顆粒的物質(zhì)。由于它們具有很強(qiáng)的吸水 膨脹性，能夠瓦解片劑的結(jié)合力，從而使片劑從一個(gè)整體的片狀物裂碎成許多細(xì)小的顆 粒，實(shí)現(xiàn)片劑的崩解，因此，十分有利于片劑中主藥的溶解和吸收[3]。除緩(控)釋片及 某些特殊用途的片劑外，一般的片劑中都應(yīng)加入崩解劑[2]。
潤(rùn)滑劑的主要作用是抗粘和助流[1]。一些藥物顆粒（或粉末）在壓片時(shí)，往往會(huì)出 現(xiàn)粘沖現(xiàn)象，顆粒不能順暢地流入?？變?nèi)，因此在壓片前的顆粒中必須加入一定量的具 有潤(rùn)滑作用的物料，以增加顆粒的流動(dòng)性，減少與沖模的摩擦力，使片面光潔美觀[M]。 此類物料稱為潤(rùn)滑劑。
片劑輔料應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題
在制劑生產(chǎn)中，特別是固體劑型的生產(chǎn)中，輔料起著十分重要的作用。隨著GMP的 實(shí)行，臨床藥劑學(xué)的發(fā)展，輔料的意義也越趨明顯。長(zhǎng)期以來，我國(guó)對(duì)原料藥生產(chǎn)較為 重視，而對(duì)制劑則不太重視，因此輔料的發(fā)展也較落后。60年代尚沒有專門的藥用輔料 工廠，輔料為化學(xué)級(jí)或食品級(jí)，供應(yīng)商沒有藥用輔料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[5]。當(dāng)時(shí)的輔料中，多 用淀粉、糊精等天然物質(zhì)，合成聚合物剛開始試用；使用的直接壓片輔料只有一種，即 噴霧干燥乳糖，髙效崩解劑還沒有問世，對(duì)硬脂酸鎂于崩解和溶出的影響還沒有認(rèn)識(shí)， 潤(rùn)滑劑和濕潤(rùn)劑還沒有應(yīng)用，色淀在包衣上色中用得很少但從60年代開始，藥用輔 料開始得到發(fā)展，主要是GMP和藥效的要求[5]。到70年代，隨著臨床藥理學(xué)和制劑學(xué)的發(fā) 展，人們開始理解輔料對(duì)制劑質(zhì)量和療效有直接的影響，如片劑的可溶性、顆粒大小及 其分布，填充劑的可溶性對(duì)溶出的影響、潤(rùn)滑劑等[7]。人們也認(rèn)識(shí)到輔料選擇和配伍不 當(dāng)，將影響片劑的質(zhì)量，包括外觀、機(jī)械強(qiáng)度、藥物溶出速率和生物利用度等[fMU。
淀粉是片劑生產(chǎn)中最常用的輔料，其種類較多，主要包括玉米淀粉、木薯淀粉和馬 鈴薯淀粉[6]。淀粉外觀色澤好，雜質(zhì)少，吸濕性小，產(chǎn)量大，價(jià)格便宜，性質(zhì)穩(wěn)定，與 大多數(shù)藥物不起作用[5]。但淀粉的可壓性較差，不宜單獨(dú)使用。在生產(chǎn)實(shí)踐，常與可壓 性較好的糖粉、糊精等混合使用[4]。
淀粉作為片劑輔料，可做稀釋劑和吸收劑，亦可作粘合劑和崩解劑[1]。在國(guó)內(nèi)，主 要是用原淀粉，且主要是玉米淀粉[6];在國(guó)外，主要是用原淀粉、預(yù)膠化淀粉、羥丙基 淀粉、羧甲基淀粉等[5’12]。淀粉的無毒性及價(jià)格便宜使原淀粉被廣泛應(yīng)用于片劑輔料.， 但原淀粉糊經(jīng)冷凍后會(huì)發(fā)生凝沉現(xiàn)象，破壞產(chǎn)品的膠體結(jié)構(gòu)[1]，同時(shí)存在可壓性差、冷 水中不溶和崩解速度慢等缺點(diǎn)，不利于藥用成分被人體吸收[2’13’14],因而原淀粉已不能滿 足片劑生產(chǎn)的要求。為解決以上問題，可通過對(duì)原淀粉進(jìn)行酯化、醚化或交聯(lián)等方法變 性，提高其冷凍穩(wěn)定性，以克服原淀粉在這方面所存在的缺陷。
羥丙基淀粉為醚化淀粉的羥烷基類，早在上世紀(jì)30年代末，羥丙基淀粉的發(fā)明制造 就開始了[15]。1952年，日本京都大學(xué)工學(xué)部櫻田教授首先研制成功，他的產(chǎn)品主要用于 纖維上漿[16]。隨后，Hubert、kesler和Bovier等人作了大量的研究工作，并獲得了專利[17]。 美國(guó)和日本在上世紀(jì)60年代就將羥丙基淀粉廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)™，我國(guó)則在上世紀(jì)80 年代才開始重視其應(yīng)用研究，產(chǎn)品只用于紡織和造紙方面[19]。羥丙基淀粉的特點(diǎn)是糊的 穩(wěn)定性和非離子性，具有良好的低溫糊化性，粘度穩(wěn)定性，成膜性好，膜柔靭透明，在
工業(yè)上的應(yīng)用潛力相當(dāng)大，尤其在食品工業(yè)中應(yīng)用價(jià)值髙[17]。淀粉羥丙基化反應(yīng)因生產(chǎn) 工藝條件不同，有很多合成方法，包括干法、濕法、非水溶劑法和非乳化法等[2°]。水分 散法是生產(chǎn)羥丙基淀粉最廣泛使用的方法，其中最有代表性的是淀粉乳濕法[21]。關(guān)于羥
丙基馬鈴薯淀粉的反應(yīng)規(guī)律的研究公開發(fā)表的為數(shù)很少，報(bào)道主要側(cè)重于應(yīng)用研究方面
[20-22]
〇
羧甲基淀粉(CMS)為淀粉醚類衍生物，自1924年問世以來，已發(fā)展為一種重要的現(xiàn) 代工業(yè)原料[15]。CMS于1940年開始工業(yè)化生產(chǎn)，1963年被日本批準(zhǔn)為食品添加劑。進(jìn)入 90年代，CMS出現(xiàn)了許多特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，如:種子包衣劑、化肥緩釋劑、魚箱供氧等 CMS水溶液為粘性的透明液，外觀均勻細(xì)膩，且流動(dòng)性、溶解性較好，是一種新型 的增稠劑、穩(wěn)定劑和品質(zhì)改良劑，并有較高的粘度、較大的粘著力、不易腐敗霉變等優(yōu) 良特性[17]，因此，CMS廣泛用于合成洗滌劑、紡織、印染、油田、醫(yī)藥、食品、造紙、 建筑涂料等行業(yè)[23_26]。由于淀粉來源廣，價(jià)格低于漂白纖維素，生產(chǎn)時(shí)醚化劑用量少， 工藝較簡(jiǎn)單，加上該產(chǎn)品冷水溶性、膨脹性、分散乳化性及穩(wěn)定性能好，在應(yīng)用上CMS 已超過（CMC) [27_M]，是一種很有開發(fā)前景的精細(xì)化工產(chǎn)品。
以上兩種單一變性淀粉各具優(yōu)缺點(diǎn)。變性后的羥丙基淀粉的熱粘度穩(wěn)定性、冷粘度 穩(wěn)定性、抗剪切性、保水性、抗凝沉性很強(qiáng)，適合在工業(yè)上做粘合劑、片劑填充劑、增 稠劑和懸浮劑使用[27];羧甲基淀粉具有冷水可溶性、良好可壓性、乳化性和流動(dòng)性，凍 融穩(wěn)定性很強(qiáng)，透明性好，能耐高溫、耐酸性環(huán)境的影響，適合藥用崩解劑、潤(rùn)滑劑等 [2M9]。但隨著人們對(duì)生產(chǎn)過程要求的逐漸增高，單一變性的淀粉已不能滿足藥物片劑輔 料的要求。因此，以淀粉為基礎(chǔ)進(jìn)行復(fù)合變性，開發(fā)一種具有綜合功能的新型輔料正成 為目前研究的熱點(diǎn)0°1。國(guó)外復(fù)合變性淀粉的研制從上世紀(jì)70年代開始，已開發(fā)出一些型 號(hào)的產(chǎn)品，如美國(guó)國(guó)家淀粉及化學(xué)品公司生產(chǎn)的CAT073-8002, CAT078-0140, CATOXX- 0220及英國(guó)Stadex公司生產(chǎn)的Y9152等，而國(guó)內(nèi)有關(guān)這方面的報(bào)道不多見，因此研究其 合成與性能，開發(fā)其應(yīng)用，是一項(xiàng)新穎而有意義的工作[31]。
2馬鈴薯淀粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)與性能
馬鈴薯淀粉為白色粉末，無臭，無味，不溶于冷水和乙醇。含水量一般為12?15%, 在水中加熱至60?75C發(fā)生糊化。馬鈴薯淀粉與其他淀粉（如玉米淀粉、甘薯淀粉、小 麥淀粉等）在物理性能上有許多不同[32_3<](如表1),主要表現(xiàn)為淀粉顆粒大、支鏈淀粉
.含量高、糊化溫度低、糊透明、膨脹力大、粘度高、臨界濃度低、不易老化等八大特點(diǎn)。
因此，在應(yīng)用上大大優(yōu)于其他淀粉，在一些行業(yè)中具有其它淀粉不可替代的作用[3M6]。
表1馬鈴薯淀粉與其他淀粉組成及性能 Table 1 Constitutes and properties of the potato starch and other starches
原料馬鈴薯淀粉玉米淀粉甘薯淀粉小麥淀粉
粒形卵形顆粒多面形顆粒多面形、吊鐘形凸透鏡形顆粒
粒徑/ U m5 ?1006?212?405?40
平均粒徑/%50161820
水分％15131513
蛋白質(zhì)含量/%00.30. 10. 38
脂肪含量/%0. 0500.10.07
灰分含量/%0.570.080.30.17
PA含量/ %0.1760.04500.149
鏈淀粉含量/%25251930
支淀粉平均分支長(zhǎng)度22 ?2425-262723
X_衍射圖形BACA
糊化溫度/ °C64.586.572.587.3
最髙粘度/B U102826068.5104
最高粘度時(shí)溫度/^8892.590.292.5
92.5 •ClOmin 后粘度 / BU9408564085
馬鈴薯淀粉是天然高分子化合物中的一種多糖類物質(zhì)，由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成 [37_38]。直鏈淀粉由D-葡萄糖殘基通過oc-1,4糖苷鍵結(jié)合而成的鏈狀化合物，在空間結(jié)構(gòu) 上，其大分子呈直線型漸彎曲的形式，并借分子內(nèi)的氫鍵卷曲成螺旋狀(圖1)。其分子 聚合度一般在600?1200之間，分子量在100000?200000之間。
Fig.l The chemical structure of amylose
支鏈淀粉由D-葡萄糖殘基通過a-1,4糖苷鍵和oc- 1，6糖苷鍵結(jié)合而成的高分子化 合物，平均每20?30個(gè)葡萄糖殘基上有一個(gè)分支點(diǎn)（圖2)。支鏈淀粉分子聚合度一般在 1000?3000之間，分子量在160000?500000之間。
4
圖2支鏈淀粉化學(xué)結(jié)構(gòu)式 Fig.2 The chemical structure of amylopeetin
3馬鈴薯淀粉研究現(xiàn)狀及存在的問題
從馬鈴薯中直接提取的淀粉稱為原淀粉，其性質(zhì)主要取決于粒子中直鏈和支鏈的組 成比例[3”。19世紀(jì)馬鈴薯淀粉作為一種主要的淀粉而存在，但隨著玉米淀粉的問世，其 生產(chǎn)急劇下降，這主要是因?yàn)橛衩椎矸鄹哂薪?jīng)濟(jì)價(jià)值[35]。隨著科技的發(fā)展，對(duì)馬鈴薯 的需求量不斷增加，馬鈴薯淀粉的生產(chǎn)也隨之增加。就我國(guó)而言，20世紀(jì)上半期，馬鈴 薯淀粉年產(chǎn)量只有2. 3萬噸，到1998年，全國(guó)優(yōu)質(zhì)馬鈴薯淀粉總量達(dá)5萬噸左右。據(jù)有關(guān) 資料表明，我國(guó)目前國(guó)內(nèi)馬鈴薯優(yōu)質(zhì)淀粉年需求量為70多萬噸，而國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)只占需求 的7%,大部分需要依靠進(jìn)口，因此國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景非常廣闊[39]。
馬鈴薯原淀粉加工過程中，一些成分(如果膠、纖維等)難以除去，導(dǎo)致原淀粉在冷 水不溶，糊的熱穩(wěn)定性差，抗剪切性能低，冷卻后易脫水、老化及成膜性差、缺乏耐水 及乳化能力，.使口感發(fā)硬、產(chǎn)品低劣，因而限制了它們?cè)诠I(yè)中的應(yīng)用[4〇<。為了克服 原淀粉的缺點(diǎn)，提高其使用性能，人們就開始了變性淀粉的研究[42_45]。變性淀粉具有許 多優(yōu)良的性質(zhì)，且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，現(xiàn)已能生產(chǎn)13個(gè)系列幾千種淀粉衍生物 [30>38]。13個(gè)系列為：糊化淀粉、氧化淀粉、交聯(lián)淀粉、雙醛淀粉、陽(yáng)離子淀粉、羥烷基 淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、接枝共聚淀粉、酸變性淀粉、酶變性淀粉、糊精、a-淀粉。
4本研究的目的與意義
復(fù)合變性淀粉是近年來變性淀粉研究的熱點(diǎn)[46],它通過在單一變性淀粉的基礎(chǔ)上進(jìn) 行二次或多次變性，使變性淀粉兼有兩種及兩種以上單一變性淀粉的優(yōu)良性質(zhì)，又彌補(bǔ) 了單一變性淀粉的不足。目前，關(guān)于馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉尚未見報(bào)道。本研究通過 對(duì)馬鈴薯淀粉進(jìn)行復(fù)合變性研究，即對(duì)原淀粉進(jìn)行釀化、交聯(lián)、輕丙基化、羧甲基化等
5
一系列改造后，研制出一種新的適宜作為藥物片劑輔料的新型馬鈴薯復(fù)合變性淀粉--- 馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉。它既具有羥丙基淀粉抗剪切能力強(qiáng)、耐酸堿、保水性好、熱 穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，又具有羧甲基淀粉的粘度髙、糊透明度髙、凍融穩(wěn)定性好和抗老化能 力強(qiáng)、耐髙溫、抗凝沉性、乳化性好、透明性好等優(yōu)點(diǎn)，能同時(shí)滿足藥物片劑需要的填 充劑、粘合劑、崩解作用和潤(rùn)滑作用等要求，克服了馬鈴薯原淀粉及單一馬鈴薯變性淀 粉的不足，從而盡可能的在片劑中少添加其它物質(zhì)作輔料，這樣既能降低制藥成本，又 減少藥物的副作用，還能提高藥效，同時(shí)提髙了馬鈴薯淀粉的附加值，
5研究路線及研究?jī)?nèi)容 5.1研究路線設(shè)計(jì)
馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉的制備途徑較多。馬鈴薯淀粉分子有三個(gè)羥基：c2、c3、 C6,三者的羧甲基化和羥丙基化的活潑順序?yàn)椹?>(：6>(：3。羧甲基化和羥丙基化存在激烈競(jìng) 爭(zhēng)，如同時(shí)進(jìn)行，很難控制反應(yīng)程度；如果先羧甲基化，則水溶液的粘度較高，不易攪 拌，但羧甲基反應(yīng)是在堿性水溶液中進(jìn)行，需要撥拌足夠均勻，這不利于醚化反應(yīng)•，羥 丙基淀粉穩(wěn)定性高，因此，本研究采用先羥丙基化，再羧甲基化的途徑作為制備馬鈴薯 羥丙基羧甲基淀粉的最佳方法。通過對(duì)馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉理化特性的研究，羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，探討 其作為一種新型的片劑輔料在藥物生產(chǎn)上的應(yīng)用。
具體工藝流程如下：
環(huán)氧丙寐一氣乙黢
II
原淀粉一?羥丙基化反應(yīng)一> 干燥、過篩一?羧甲基化反應(yīng)一?干燥
理化性能研究產(chǎn)品過篩
5.2研究?jī)?nèi)容
5. 2. 1馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉的制備
利用單因素實(shí)驗(yàn)，研究樣品的取代度與各反應(yīng)條件的關(guān)系，再設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化
反應(yīng)條件，利用紅外光譜對(duì)樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，利用X射線衍射儀對(duì)樣品的結(jié)晶特性進(jìn) 行研究，利用掃描電鏡對(duì)樣品的顆粒形貌進(jìn)行觀察和研究。通過對(duì)原淀粉變性前后顆粒 形貌變化的研究，對(duì)淀粉變性反應(yīng)可能發(fā)生的區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
5. 2. 2馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉理化性能研究
研究和測(cè)量馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉的取代度、透光率、吸水膨脹率、崩解時(shí)間、 凍融穩(wěn)定性、糊化溫度、黏度、耐酸性、抗剪切力、抗老化、抗生物降解性等理化性能, 以馬鈴薯原淀粉、馬鈴薯經(jīng)丙基淀粉、馬鈴薯羧甲基淀粉作為對(duì)照，探討馬鈴薯經(jīng)丙基 羧甲基淀粉是否可作為藥物片劑輔料用于生產(chǎn)中。
第二章馬鈴薯羥丙基淀粉的制備
<4
1刖_
淀粉羥丙基化反應(yīng)因生產(chǎn)工藝條件不同，合成方法包括干法、濕法、非水溶劑法和 非乳化法。干法反應(yīng)是淀粉顆粒直接與環(huán)氧丙烷接觸的氣一固反應(yīng)，優(yōu)點(diǎn)是可以得到潔 白、粉狀、取代度較髙的羥丙基淀粉，缺點(diǎn)是反應(yīng)通常在汽化溫度下進(jìn)行，這樣可能伴 隨著淀粉主鏈的降解，成品難以純化，同時(shí)環(huán)氧丙院在髙溫、髙壓和堿催化劑作用下易 發(fā)生聚合反應(yīng)，有爆炸危險(xiǎn)，目前難于工業(yè)化。水分散法是生產(chǎn)羥丙基淀粉最廣泛使用 的方法。其中最有代表性的是淀粉乳濕法和在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的各種改進(jìn)的方法，優(yōu) 點(diǎn)是淀粉能保持顆粒狀態(tài)，反應(yīng)完成后易于過濾、水洗，得純度高的產(chǎn)品，缺點(diǎn)是產(chǎn)物 取代度低，而且有副產(chǎn)物生成。針對(duì)淀粉乳濕法存在的問題，我們選用馬鈴薯淀粉為原 料，對(duì)其羥丙基化，在工藝方面進(jìn)行了一些改進(jìn)，并找出了最佳生產(chǎn)工藝，為復(fù)合變性 淀粉做準(zhǔn)備。
2材料與方法
2.1主要儀器設(shè)備與材料
2.1.1主要儀器設(shè)備
分光光度計(jì)；電子分析天平；制冰機(jī)；真空干燥箱；真空泵；離心機(jī)；電動(dòng)攪拌器; 恒溫水浴鍋；四口瓶
2.1.2材料與試劑
馬鈴薯淀粉：一級(jí)品，涼山州中澤新技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司提供 氫化化鈉(AR); 1, 2-環(huán)氧丙烷(AR);茚三酮(AR);鹽酸(AR);丙二醇(AR);無水 硫酸鈉(AR);濃硫酸(AR);亞硫酸氫鈉(AR)
8
2.1.3實(shí)驗(yàn)裝置
1.恒溫水浴2.不銹鋼反應(yīng)器 3. pH計(jì)（帶溫度顯示）
4.輸液器 5.滴液漏斗6•電動(dòng)攪拌機(jī) 7.鐵架臺(tái)
2.2馬鈴薯羥丙基淀粉的制備原理
羥丙基淀粉是一種非離子型變性淀粉，它的合成方法不同，所得產(chǎn)品的分子取代度 和性能就有很大差異。我們討論僅限于水懸浮液法，它是利用環(huán)氧丙燒在堿性條件下進(jìn) 行的開環(huán)反應(yīng)，堿起潤(rùn)脹淀粉和催化環(huán)氧丙烷開環(huán)反應(yīng)的作用，堿化時(shí)可以破壞淀粉顆 粒的結(jié)晶區(qū)，是淀粉充分溶脹，并且氫氧化鈉與淀粉中羥基鍵合形成活性中 (StarCh-CTNa+),此法的優(yōu)點(diǎn)是：產(chǎn)品依然保持了淀粉顆粒的完整性，并使得反應(yīng)副 產(chǎn)物易通過洗滌除去。環(huán)氧丙烷是一個(gè)不對(duì)稱的環(huán)型結(jié)構(gòu)，在羥丙基化反應(yīng)階段，活性 中心與滲入的環(huán)氧丙烷結(jié)合，發(fā)生SN2雙分子親核取代反應(yīng)，其反應(yīng)活性髙是由于環(huán)張力 大，易開裂起反應(yīng)，反應(yīng)為二分子取代反應(yīng)，反應(yīng)動(dòng)力取決于淀粉和環(huán)氧丙烷二者的濃 度。淀粉和環(huán)氧丙烷的醚化反應(yīng)可發(fā)生于淀粉分子R脫水葡萄糖單元的2, 3, 6位，生成 的R0_和環(huán)氧丙焼反應(yīng)生成羥丙基淀粉。但實(shí)驗(yàn)證明，由于2位的位阻小，取代主要發(fā)生 在C2原子的仲醇羥基上，得到2-輕丙基淀粉衍生物。但為什么其反應(yīng)活性高過C6碳原子 上的伯醇羥基，還未能了解，有解釋認(rèn)為可能是因?yàn)?：2碳原子的仲醇羥基接近半縮醛
中心具有較高的酸性。C2、心和(：6各碳原子羥基的反應(yīng)常數(shù)比為K2: Ka: Ka=33: 5: 6,淀 粉分子中已取代基團(tuán)的羥基能進(jìn)一步發(fā)生鏈聚合反應(yīng)，只要有試劑存在，反應(yīng)可繼續(xù)下 去，理論上沒有止境，反應(yīng)方程式如下：
〇0H
St-OH + Z_^CH3St-0-CH2-CH-CH3
副反應(yīng)：
0H
0I
八 CIIj + H20 ? HO-CH2-CH-CH3
?H 0嚴(yán) CH3
St-〇-CH2CHCH3 + n / 肌——? St—〇[cH2CH—0^~nCH2CH—OH
由于除主反應(yīng)外，副反應(yīng)存在，取代程度增高，環(huán)氧丙烷還與已取代的羥丙基起反 應(yīng)生成多氧丙基側(cè)鏈的原因，一般不用取代度（Degree of substitution，DS)，即平均每 個(gè)脫水葡萄糖單位中羥基被取代的數(shù)量，表示反應(yīng)程度，而用分子取代度（Molar substitution, MS),即平均每個(gè)脫水葡萄糖單位與環(huán)氧丙烷起反應(yīng)的分子數(shù)來表示，它 是羥丙基馬鈴薯淀粉反應(yīng)表征的重要參數(shù)，一般取代度較低時(shí)，DS=MS,而在取代度較 髙時(shí)，則MS>DS。
2.3馬鈴薯羥丙基淀粉的制備方法
稱取一定量的馬鈴薯淀粉（絕千）于蒸餾水中配制濃度為40%(重量)的淀粉乳，攪 拌，水浴升至設(shè)定溫度，緩慢加入一定量無水硫酸鈉。恒溫一定時(shí)間后，攪拌下緩慢加 入一定濃度的氫氧化鈉溶液，再快速地加入一定量的環(huán)氧丙烷，密閉容器(用氮?dú)獗Ｗo(hù))。 反應(yīng)結(jié)束后，用lmol/L的稀硫酸調(diào)反應(yīng)液pH值為5?6,經(jīng)過離心機(jī)離心3?4min,離心后 產(chǎn)品用蒸餾水洗滌數(shù)次，再40°C下千燥至水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于15%,粉碎、篩分即得產(chǎn)品。
2.4樣品分子取代度的測(cè)定
在羥丙基淀粉的分子取代度測(cè)定方法中，分光光度法是一種較為傳統(tǒng)的方法。該法 的原理是與測(cè)定丙二醇相同，首先做出丙二醇的標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)定時(shí)把羥丙基淀粉的羥丙
10
基用濃硫酸水水解，形成丙二醇，丙二醇在濃硫酸中進(jìn)一步脫水產(chǎn)生丙烯醇和烯醇式丙 醒，這兩種脫水物可與水合茚三酮反應(yīng)生成紫色絡(luò)合物，在595nm處有最大吸收峰，利 用分光光度計(jì)進(jìn)行定量，可計(jì)算出羥丙基含量。以丙二醇為標(biāo)準(zhǔn)溶液，在濃度范圍5? 50Pg/mL內(nèi)，595而處的吸光度與丙二醇濃度符合朗伯比爾定律。測(cè)定羥丙基淀粉的吸光 度可在標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出相應(yīng)的丙二醇量[47_49]。
(1)水合茚三酮的配制
取0.15g茚三酮溶于10mL12. 5%的亞硫酸氣鈉溶液中，閉光保存?zhèn)溆谩?/div>
(2)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
制備1.00mg/mL 1,2—丙二醇標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別吸取1.00mL，2.00mL，
3.00mL，4. 00mL，5. 00mL此標(biāo)準(zhǔn)溶液于100mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，得到每毫升 含1, 2—丙二醇10叫,20Mg, 30啤,40即，50Mg的標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取這五種標(biāo)準(zhǔn)溶液1. OOmL 于25mL具塞刻度試管中，緩慢加入8mL濃硫酸混合均勻，于100°C水浴中加熱3min，立即 放入冰浴中冷卻，然后加入0.5mL的茚三酮溶液，在25°C水浴中放置lOOrnin,再用濃硫 酸稀釋到25mL,傾倒混勻，靜置5min,用lcm比色皿以試劑空白參比。在595nm波長(zhǎng)下測(cè) 定其吸光度，并在15min內(nèi)測(cè)定完畢。作吸光度一濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線。
0.6
0.0093x + 0.0152 R2 = 0. 989i
0.1 -
Q Jf—1111'1
0102030405060
丙二醇濃度(Hg/mL)
圖3丙二醇濃度與吸光度的關(guān)系
Fig.3 Relationship of propylene glycol concentration to absorbency
(3)測(cè)定
準(zhǔn)確稱取試樣0.08g于lOOmL容量瓶中，加入25mL0.5mol/L的稀H2S04溶液，置于沸水 浴中加熱至樣品全部溶解呈透明溶液，冷卻至室溫，用蒸餾水稀釋至l〇〇mL。吸取該溶
11
液lmL放入25mL具塞試管中，將試管插入冷水中，向試管內(nèi)緩慢滴加8mL濃硫酸，混勻后, 將試管置于沸水浴中加熱3min,立即放入冰浴中冷卻至5°C，沿壁小心加入0.5mL3%水合 茚三酮溶液，立即混勻（勿搖），放入25°C水浴上恒溫lOOmin,使之顯色，然后用濃硫 酸定容至25mL,倒轉(zhuǎn)試管若干次以混勻，立刻將部分溶液移入分光光度計(jì)的lcm比色皿 中，準(zhǔn)確靜止5min后，以試劑空白作參比，在595nm下測(cè)吸光度。原淀粉也按此方法處 理。以丙二醇濃度和吸光度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，丙二醇轉(zhuǎn)換成羥丙基含量的轉(zhuǎn)換值為0.77630。 測(cè)得的吸光度在標(biāo)準(zhǔn)曲線上分別査出丙二醇的含量，以羥丙基淀粉試樣丙二醇的含量減 去原淀粉的空白值，然后乘以換算系數(shù)0.7763,即得出羥丙基含量，算出百分含量，然 后計(jì)算試樣的分子取代度，其計(jì)算公式如下：
MS=丄7-g.H
100—H
H = FX ^2 — ^]X 0.7763X 100
w樣 w原
其中，MS—輕丙基淀粉的分子取代度 H—羥丙基淀粉的百分含量，％
F—試樣或空白樣稀釋倍數(shù) •一在標(biāo)準(zhǔn)曲線上査得的試樣中丙二醇質(zhì)量 M*—在標(biāo)準(zhǔn)曲線上査得的原淀粉空白樣中丙二醇質(zhì)量 —試樣質(zhì)量，g Wgr~原淀粉質(zhì)量，g
0. 7763—丙二醇含量轉(zhuǎn)換成羥丙基含量的轉(zhuǎn)化系數(shù) 2. 79—羥丙基含量轉(zhuǎn)換成分子取代度的轉(zhuǎn)換數(shù)
環(huán)氧丙院的反應(yīng)效率按下列式子計(jì)算：
R=m/m〇X100=SH/m〇(l-H)
其中，R-反應(yīng)效率，％
m-實(shí)際反應(yīng)物質(zhì)的用量，g S_淀粉的干重，g m〇_理論反應(yīng)物質(zhì)的量，羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，g H-產(chǎn)品的羥丙基含量，％
12
3單因素實(shí)驗(yàn)及結(jié)果討論
3.1環(huán)氧丙烷用量對(duì)分子取代度的影響
1 8 6 4 2
• o o o o •
o o o o
〇 1111
05101520
環(huán)氧丙烷用量(%)
把馬鈴薯羥丙基淀粉分別配制成40%(按干淀粉計(jì))的淀粉漿。用于淀粉漿配制的水 懸浮液含有干淀粉量10%的硫酸鈉作為防止淀粉顆粒膨脹的抑制劑，再加入1%的氫氧化 鈉作為反應(yīng)催化劑，從干淀粉重量的4%?18%變化環(huán)氧丙院的加入量，控制反應(yīng)溫度于 40°C，反應(yīng)時(shí)間為14h,按照前述的實(shí)驗(yàn)方法測(cè)其分子取代度，分別繪制分子取代度和 反應(yīng)效率隨環(huán)氧丙烷加入量變化曲線，示于圖4,圖5。
〇 1111
05101520
環(huán)氧丙烷用量(%)
圖4環(huán)氧丙烷用量對(duì)羥丙基淀粉分子取代度的影響 Fig.4 Effects of propylene oxide amount on MS of hydroxypropyl starch
圖5環(huán)氧丙烷用量對(duì)羥丙基淀粉反應(yīng)效率的影響 Fig.5 Effects of propylene oxide amount on reaction efficiency of hydroxypropyl starch
環(huán)氧丙焼的分子量的分子量只有58. 08,而且一進(jìn)入水中就立刻溶于水中，低分子 量的環(huán)氧丙焼能很快地進(jìn)入完全水合的天然的淀粉顆粒內(nèi)，直到其在淀粉相和水相達(dá)到
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平衡。由圖4,圖5可見，隨著環(huán)氧丙烷用量的增加，無論是在淀粉相還是在水相中的濃 度都有所提高，產(chǎn)品分子取代度增大，但環(huán)氧丙烷的反應(yīng)效率降低。
3.2 NaOH用量對(duì)分子取代度的影響
把馬鈴薯羥丙基淀粉配制成40%(按干淀粉計(jì))的淀粉漿;加入干淀粉量的15%的硫酸 鈉作為膨脹抑制劑;將反應(yīng)溫度控制在4(TC左右;環(huán)氧丙烷加入量為11%;改變氫氧化鈉 的用量，即分別取干淀粉量的0.2%，0.4%，0.6%, 0.8%, 1.0%, 1.2%。反應(yīng)時(shí)間14h,
02
靶^毎屮農(nóng)o
Q IIIIIIII
00.20.40.60.811.21.4
氫氧化鈉用量(%)
按照前述方法測(cè)其分子取代度（MS)，繪制分子取代度隨氫氧化鈉用量的變化曲線，示 于圖6。
圖6氫氧化鈉用量對(duì)羥丙基淀粉分子取代度的影響 Fig.6 Effects of sodium hydroxide amount on MS of hydroxypropyl starch 由圖6知，隨氫氧化鈉量的增加而增加的更快，曲線呈指數(shù)函數(shù)圖形，產(chǎn)品取代度 增加。但當(dāng)氫氧化鈉用量增加到1.2%時(shí)，淀粉容易糊化，增加到1.4%,淀粉非常容易糊 化。這說明氫氧化鈉作為催化劑不僅促進(jìn)更多反應(yīng)活性中心在淀粉表面產(chǎn)生，而且還對(duì) 淀粉顆粒有潤(rùn)脹的作用。
3.3 Na2S04用量對(duì)取代度的影響
把馬鈴薯羥丙基淀粉配制成40%(按干淀粉計(jì))的淀粉漿;改變硫酸鈉的用量，即分別 加入干淀粉量4%, 6%，8%, 10%，12%, 14%的硫酸鈉作為膨脹抑制劑;將反應(yīng)溫度控制在 4(TC左右;環(huán)氧丙烷加入量為11%;再加入1%的氫氧化鈉作為反應(yīng)催化劑。反應(yīng)時(shí)間I4h, 按照前述方法測(cè)其分子取代度（MS)，繪制分子取代度隨硫酸鈉用量的變化曲線。
14
0.08 - 0.07 -
jw °-06 ' ® 0.05 - ^0.04 - | 0-03 - 0.02 - 0.01 -
0.51015
硫酸鈉用量(%)
圖7硫酸鈉用量對(duì)羥丙基淀粉分子取代度的影響 Fig.7 Effects of sodium sulfate amount on MS of hydroxypropyl starch 由圖7可見，當(dāng)硫酸鈉用量小于10%時(shí)，隨著硫酸鈉用量的增加，羥丙基淀粉分子取 代度增大;當(dāng)硫酸鈉用量超過10%時(shí)隨著硫酸鈉用量的增加，羥丙基淀粉分子取代度略有 下降。這是因?yàn)榱蛩徕c作為淀粉抑制膨脹劑，當(dāng)其加入量小時(shí)，淀粉膨脹增大,使溶液 粘度增大，有效降低了醚化劑分子與淀粉分子接觸幾率，產(chǎn)品取代度降低;當(dāng)硫酸鈉加 入量較大時(shí)，雖很好地抑制了體系中淀粉的膨脹，但反而降低了反應(yīng)體系中醚化劑分子 的有效濃度，致使產(chǎn)品分子取代度下降。
3.4反應(yīng)溫度對(duì)分子取代度的影響
3 2 1
o o o
°-0-0-0-0-0-0-0-
0807060504
把馬鈴薯輕丙基淀粉配制成40% (按干淀粉計(jì))的淀粉漿;加入干淀粉量的15%的硫酸 鈉作為膨脹抑制劑;將反應(yīng)溫度分別控制在3(TC，35°C, 4〇-C，45°C，5(TC, 55°C;環(huán)氧 丙烷加入量為11%;氫氧化鈉的加入量為1%。反應(yīng)時(shí)間14h,按照前述方法測(cè)其分子取代 度（MS),繪制分子取代度隨反應(yīng)時(shí)間改變的變化曲線，示于圖8。
0102030405060
反應(yīng)溫度CC)
圖8反應(yīng)溫度對(duì)羥丙基淀粉分子取代度的影響 Fig. 8 Effects of reaction temperature on MS of hydroxypropyl starch
15
由圖8可見，隨著反應(yīng)溫度升高，羥丙基淀粉分子取代度增加，這說明升高溫度有 利于反應(yīng)進(jìn)行，但是當(dāng)溫度超過55°C以后，反應(yīng)過程中淀粉易糊化(當(dāng)反應(yīng)溫度超過55 X：后，為抑制淀粉糊化，需添加大量抑制膨脹劑，而大量抑制膨脹劑也只能補(bǔ)償一定的 溫度)，對(duì)羥丙基淀粉后處理不利，因此，反應(yīng)溫度不應(yīng)超過50X：。另外，反應(yīng)溫度升 髙，反應(yīng)混合物的粘度增大，會(huì)影響環(huán)氧丙烷分子與淀粉分子間的接觸，從而延長(zhǎng)反應(yīng) 時(shí)間。
3. 5反應(yīng)時(shí)間對(duì)分子取代度的影響
把馬鈴薯輕丙基淀粉配制成40%(按干淀粉計(jì))的淀粉漿;加入干淀粉量的15%的硫酸 鈉作為膨脹抑制劑;將反應(yīng)溫度分別控制在4(TC;環(huán)氧丙烷加入量為11%;氫氧化鈉的加 入量為1%。反應(yīng)時(shí)間分別控制在4h, 8h,12h,16h,20h, 24h;按照前述方法測(cè)其分子取 代度（MS),繪制分子取代度隨反應(yīng)時(shí)間改變的變化曲線，示于圖9。
1015202530
反應(yīng)時(shí)間(h)
圖9反應(yīng)時(shí)間對(duì)羥丙基淀粉分子取代度的影響 Fig.9 Effects of reaction time on MS of hydroxypropyl starch 由圖9可見，隨著反應(yīng)時(shí)間增加，羥丙基淀粉分子取代度增加。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過16h 后，隨著反應(yīng)時(shí)間增加，羥丙基淀粉分子取代度增加緩慢。
4正交實(shí)驗(yàn)的建立及結(jié)果討論
4.1正交實(shí)驗(yàn)的建立及結(jié)果分析
在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)馬鈴薯淀粉羥丙基化的研究，依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)及正交 性原理，以分子取代度為考察指標(biāo)，固定淀粉乳含量40%,氫氧化鈉含量1 % ,以反應(yīng) 溫度(A)、反應(yīng)時(shí)間⑶、環(huán)氧丙烷(C)、Na2S04(D)為考察因子，每因素取三水平，選用 正交表L9(34)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，考察各因素對(duì)分子取代度的影響，因素水平表如表2,正 交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3。
表2 L9(34)因素水平 Table 2 1^(34) factor level
因素
水平反應(yīng)溫度V (A)反應(yīng)時(shí)間h ⑻環(huán)氧丙燒％ (C )Na2S04%
(D)
1351288
240141010
345161212
表3 L9(34)表頭設(shè)計(jì)及正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 Table 3 The orthogonal experiment and result analysis of L9(34)
試驗(yàn)號(hào)ABcD分子取代度
111110.0535
212220.0929
313330.0916
421230.1034
522310.1168
623120.0975
731320.1122
832130.1036
933210.0764
K10.23800.26910.25460.2467
K20.3177.03133027270.3026
K30.29220.2655032060.2986
kl0.07930.08970.08490.0822
k20.10590.10440.09090.1009
k30.09740.08850,10690.0995
R0.02660.01590,02200.0186
由表3得出：四個(gè)因素對(duì)馬鈴薯羥丙基淀粉分子取代度都有不同程度的影響，其影 響主次順序依次為：反應(yīng)溫度（A) >環(huán)氧丙焼用量（C) >Na2S04用量（D) >反應(yīng)時(shí)間 (B)。馬鈴薯羥丙基化的最佳條件為A2B2C3D2,即反應(yīng)溫度40°C、反應(yīng)時(shí)間14h、環(huán)氧丙 烷12%、Na2S0410%。測(cè)定最佳條件下的馬鈴薯羥丙基淀粉分子取代度為0.2116。
17
4.2驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
按正交實(shí)驗(yàn)選出的較佳條件組合進(jìn)行平行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，3次平行實(shí)驗(yàn)所得產(chǎn)物的分子 取代度分別為0.2115, 0.2116和0.2116。實(shí)驗(yàn)的重復(fù)現(xiàn)性好，由此證明選出的較佳組合 A2B2C3D2是合理的。
5小結(jié)
通過單因素實(shí)驗(yàn)、正交試驗(yàn)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，確定了制備馬鈴薯羥丙基淀粉的最佳 工藝條件為：反應(yīng)溫度4(TC、反應(yīng)時(shí)間14h、環(huán)氧丙烷12%、Na2S0J0%。
在馬鈴薯輕丙基淀粉的制備中，提高環(huán)氧丙烷用量及適度增加Na2S04用量，都能加 速反應(yīng)進(jìn)行，提高分子取代度；在馬鈴薯淀粉糊化溫度以下，隨著反應(yīng)溫度的升高以及 時(shí)間的延長(zhǎng)，都能提髙產(chǎn)品的分子取代度。
第三章馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉的制備
羥丙基化處理馬鈴薯原淀粉制得的單一變性淀粉雖然改進(jìn)了天然淀粉的某些缺陷， 但其本身也存在著不足之處，如馬鈴薯羥丙基淀粉糊液穩(wěn)定性高，抗剪切能力強(qiáng)，抗酸 堿能力好，但溶脹性差、透明度低;馬鈴薯羧甲基淀粉較天然淀粉糊粘度高、透明度髙、 凍融穩(wěn)定性好，但馬鈴薯竣甲基淀粉不耐酸、不耐鹽等。經(jīng)羥丙基化、羧甲基化處理馬 鈴薯原淀粉得到復(fù)合變性淀粉，既保存了單一變性淀粉的優(yōu)良品質(zhì)，又彌補(bǔ)了其不足， 使其更符合片劑輔料的需求。本章以馬鈴薯輕丙基淀粉為原料，再用一氯乙酸進(jìn)行二次 變性，得到馬鈴薯輕丙基羧甲基復(fù)合變性淀粉，同時(shí)以羧甲基取代度(DS)為重要指標(biāo)， 分別研究氯乙酸用量、NaOH用量、反應(yīng)時(shí)間、乙醇濃度及反應(yīng)溫度對(duì)取代度的影響，利 用正交試驗(yàn)優(yōu)化制備工藝。
2材料與方法
2.1主要儀器設(shè)備與試劑
2.1.1主要儀器設(shè)備
真空干燥箱；分析天平；抽濾裝置；SHZ—DA循環(huán)水式真空泵、常規(guī)滴定儀器一套、 JJ 一增力電動(dòng)攪拌器、HH — S1S型恒溫水浴鍋、回流裝置、分光光度計(jì)
2.1.2材料與試劑
羥丙基馬鈴薯淀粉：自制
氯乙酸(AR)、PAN指示劑(1-2-吡啶偶氮-2-萘酚)、氫氧化鈉(CP)、鹽酸(AR)、 95 %乙醇、五水硫酸銅(AR)、EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液（乙二胺四乙酸二鈉鹽)、pH試紙、2 %硝 酸銀
19
2.1.3實(shí)驗(yàn)裝置
同馬鈴薯輕丙基淀粉制備的實(shí)驗(yàn)裝置。
2. 2馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉的制備原理
羧甲基淀粉是一種冷水可溶性陰離子淀粉衍生物，屬于醚化淀粉，是淀粉在堿性條 件下與一氯乙酸作用的產(chǎn)物。具有增稠、乳化、分散、粘結(jié)等優(yōu)良性能，用作藥片的賦 形劑，崩解劑、也可用在微膠囊中。用于藥物片劑能迅速崩解，有利于人體對(duì)藥物的快 速吸收。羧甲基淀粉的水溶液初期粘度較髙，但溶液不夠穩(wěn)定是一個(gè)主要缺點(diǎn)。
在堿性條件下，淀粉先與氫氧化鈉作用生成淀粉氧負(fù)離子，再進(jìn)攻一氯乙酸C-C1極 性鍵，發(fā)生雙分子Sm親核取代反應(yīng)，C-C1鍵斷裂，將羧甲基團(tuán)引入淀粉分子中，所得的 產(chǎn)物為鈉鹽，反應(yīng)的方程式如下：
OH0H
II
St-0-CH2CHCH3 + NaOH ? St-0-CH2CHCH3 + H20
OH
I
斧 St-0-CH2CHCH3 + NaCl + H20 OCH2COONa
OH
I
St-0-CH2CHCH3 + C1CH2C00H ONa
OHONa
除上述反應(yīng)外，還有下列副反應(yīng)發(fā)生:
OH
C1CH2C00H + NaOH ? CH2COOH + NaCl
將淀粉羧甲基化的目的是使淀粉具有冷水可溶性，羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，同時(shí)由于St-CH2C00Na在水中離解 后形成St-CH2C0(r陰離子相互排斥，使淀粉分子吸水后分子尺寸增大，溶液粘度增高。 但由于淀粉分子中直鏈部分的存在，盡管在溶液初期表現(xiàn)出較髙的粘度，但直鏈分子易 于從支鏈分子形成的“網(wǎng)”中脫出，凝沉，致使溶液粘度降低。這就是CMS溶液在室溫 時(shí)不能較長(zhǎng)時(shí)間保持粘度穩(wěn)定的原因。因此我們先合成了穩(wěn)定性髙的交聯(lián)輕丙基，引入 的交聯(lián)鏈?zhǔn)怪辨湻肿优c支鏈分了相互形成更大，更穩(wěn)定的支鏈分子，或直鏈分子之間形 成支鏈分子，或是支鏈分子之間形成更大的分子，這樣一方面可使淀粉的平均分子量提
20
高，增加溶液粘度，另一方面也可使溶液中支鏈分子形成的網(wǎng)絡(luò)致密化，減少直鏈分子 的脫出，凝沉，從而提髙了溶液的粘度穩(wěn)定性。
馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉有幾種不同的制備方法，如干法，水分散法和溶劑法等, 不同方法制得的馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉在性質(zhì)和用途方面存在差異。本研究制備適用 于藥物片劑輔料用的馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉，研究淀粉乳濃度，一氯乙酸用量、氫氧 化鈉用量，水份含量，反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間等因素對(duì)溶劑法醚化反應(yīng)取代度的影響規(guī)律， 為確定制備符合應(yīng)用要求產(chǎn)品的工藝提供依據(jù)。
2. 3馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉的制備方法
把一定質(zhì)量的羥丙基淀粉分散于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的乙醇中，攪拌均勻后，加入一定質(zhì) 量的氫氧化鈉固體恒溫35°C以下，預(yù)處理30niin.然后在預(yù)處理液中加入一定質(zhì)量的一 氯乙酸,控制一定的溫度和反應(yīng)時(shí)間。反應(yīng)完畢后用鹽酸或氫氧化鈉中和至近中性 (pH6?7)。把此中性溶液趁熱進(jìn)行過濾，所得濾餅用95%或80%乙醇洗滌至濾液無白色絮 狀沉淀(用2%硝酸銀檢驗(yàn))。然后在5(TC下干燥，干餅粉碎后得白色粉末。取樣在105X：恒 重后,用銅鹽沉淀法測(cè)其取代度。
2.4樣品取代度的測(cè)定
主要以復(fù)合變性淀粉中羧甲基取代度為指標(biāo)來研究個(gè)反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)的影響，根據(jù) 國(guó)家淀粉行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前對(duì)羧甲基取代度的測(cè)定方法較多w’51"31，本文采用了一種改進(jìn) 方法[54]。
2.4.1標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定
(1)0.05mol • dnf3EDTA溶液的配制:在臺(tái)秤上稱取乙二胺四乙酸二鈉19g,溶解于 300?400mL的溫水中，稀釋至1000mL,搖勻，待標(biāo)定。
(2)0.05000mol •dnT3標(biāo)準(zhǔn)鈣溶液的配制.•置碳酸媽基準(zhǔn)物于稱量瓶中，在ll〇°C干燥 2h，置干燥器冷卻后，準(zhǔn)確稱取1.2511g于小燒杯中，蓋以表面皿，加水潤(rùn)濕。再?gòu)谋?嘴邊逐滴加入數(shù)毫升20%HC1至完全溶解，用水把可能濺到表面皿上的溶液淋洗入杯中， 加熱近沸待冷卻后移入250mL容量瓶中。稀釋置刻度，搖勻，待用。
21
(3)EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定:用移液管移取25mL標(biāo)準(zhǔn)鈣溶液，置于錐形瓶中。加入約25mL 水，2mL鎂溶液，5mL10%Na0H溶液及鈣指示劑，搖勻后，用EDTA溶液滴定至由紅色變藍(lán) 色，即為終點(diǎn)。按照下式計(jì)算EDTA的濃度：
^(mm) ^ V(mw
V(EDTA)
其中，C(EDTA)—EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度;
C(_ —鑰標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度;
V(鈣標(biāo)液)—所取鑰標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積;
VfEDTA) —滴定所用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。
2.4.2馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉取代度的測(cè)定
準(zhǔn)確稱取馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉試樣0.625g，置于200mL燒杯中。加入lmL乙 醇，50mL去離子水，然后加入20mL的NH4CI緩沖溶液，再加0.1 mol也-3的HC1或0• 1 mol咖_3 的恥0扎將溶液的?11調(diào)到6.0?7.0,準(zhǔn)確加入50.011110.05111〇1.{^3，的〇1504標(biāo)準(zhǔn)溶液, 搖勻。轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中，放置15min,稀釋至刻度，搖勻。用離心沉淀機(jī)或布氏漏 斗過濾使羧甲基銅沉淀物和清液分離。取濾液lOOmL,調(diào)節(jié)pH到7. 5?8.0,用PAN作指示 劑（0.1%無水乙醇溶液)，以EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈綠色，即為終點(diǎn)。相同條件下 做CuS04空白實(shí)驗(yàn)。
取代度按公式(1)、（2)計(jì)算：
250
^x (V^- Vmm ； X 2 X 150 X 0-081 ^ 1〇〇 ⑴
fit
162B
(2)
DS=
8100-80方
式中，B—乙酸鈉基含量 m-稱樣量
C_—EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(mol • dnT3) V(ss)—作空白時(shí)消耗EDTA的體積(mL)
22
V圏一作試樣時(shí)消耗EDTA的體積(mL)
3單因素實(shí)驗(yàn)及結(jié)果討論 3.1氯乙酸用量對(duì)取代度的影響
把5g輕丙基淀粉分散于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的20mL乙醇中，攪拌均勻后，加入淀粉質(zhì)量60% 的氫氧化鈉固體恒溫35°C,預(yù)處理30min.然后在預(yù)處理液中分別加入淀粉質(zhì)量40%,
50%，60%, 70%，80%的氯乙酸，控溫55°C,反應(yīng)時(shí)間lh。反應(yīng)完畢后用鹽酸或氫氧化鈉中 和至近中性(PH6?7)。把此中性溶液趁熱進(jìn)行過濾，所得濾餅用95%或80%的乙醇洗滌至 濾液無白色絮狀沉淀(用2%硝酸銀檢驗(yàn))。然后在5(TC下千燥，干餅粉碎后得白色粉末。 取樣在105X：恒重后，用銅鹽沉淀法分別測(cè)其取代度。
0.25 - 0.2 - 蝴 0• 15 ~
毎 0.1 - 0.05 -
0 L
020406080100
氣乙酸用量（％)
圖10氯乙酸用量對(duì)羥丙基羧甲基淀粉取代度的影響 Fig. 10 Effects of chloroacetic acid amount on DS of hydroxypropyl carboxymethyl starch 從圖10可看出，氯乙酸的用量增加，馬鈴薯輕丙基淀粉羧甲基化的程度增大，取代 度升高。當(dāng)氯乙酸的用量為羥丙基淀粉質(zhì)量的60%時(shí)，取代度最大，繼續(xù)增加時(shí)，取代 度開始降低。這主要是因?yàn)榈矸鄯肿与S著溶液酸濃度的增大，酸性分子的可利用性較大， 因此羧甲基化的程度大，取代度升高。但由于氫氧化鈉的量是一定的，氯乙酸的量增大 勢(shì)必中和更多的氫氧化鈉，減少淀粉鈉的生成，不利于親核反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致粘度下降， 同時(shí)過量的氯乙酸與氫氧化鈉中和會(huì)引起反應(yīng)體系的溫度升高，使乙醇加速蒸發(fā)及結(jié)合 水增加。新生成的羥丙基羧甲基淀粉很快溶脹，增加反應(yīng)體系粘度使其迅速結(jié)塊，反應(yīng) 不易進(jìn)行，也會(huì)使產(chǎn)品的取代度降低。
23
3. 2 NaOH用量對(duì)取代度的影響
把5g羥丙基淀粉分散于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的20mL乙醇中，攪拌均勻后，分別加入淀粉 質(zhì)量40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%的氫氧化鈉固體恒溫35*0,預(yù)處理30 min.然后在 預(yù)處理液中分別加入淀粉質(zhì)量60%的氯乙酸，控溫55°C,反應(yīng)時(shí)間lh。反應(yīng)完畢后用鹽酸 或氫氧化鈉中和至近中性(PH6?7)。把此中性溶液趁熱進(jìn)行過濾，所得濾餅用95 %或80% 的乙醇洗滌至濾液無白色絮狀沉淀(用2%硝酸銀檢驗(yàn))。然后在5(TC下干燥，干餅粉碎后 得白色粉末。取樣在105‘C恒重后，用銅鹽沉淀法分別測(cè)其取代度。
4 5 3 5 2 5 1 .3 • 2 • 1 .
o • o•0•0 o o o
0.05 -
〇 11111
020406080100
氫氧化鈉用1： (%)
圖11氫氧化鈉用量對(duì)羥丙基羧甲基淀粉取代度的影響 Fig. 11 Effects of sodium hydroxide amount on DS of hydroxypropyl carboxymethyl starch 氫氧化鈉在反應(yīng)中的作用一方面是與淀粉中和生成淀粉鈉，另一方面是中和氳乙 酸，保證馬鈴薯經(jīng)丙基淀粉的羧甲基化反應(yīng)在堿性環(huán)境中進(jìn)行。由圖11可以看出，氫氧 化鈉的用量從小到大時(shí)，氫氧化鈉分子滲透到淀粉分子的速度增加，破壞氫鍵的機(jī)會(huì)增 加，生成淀粉鈉鹽增多，它們與氯乙酸反應(yīng)的機(jī)會(huì)增加，反應(yīng)越易進(jìn)行，因此取代度升 髙。但當(dāng)氫氧化鈉的用量為羥丙基淀粉質(zhì)量的80%時(shí)，取代度達(dá)到最大值，繼續(xù)增加氫 氧化鈉的用量，取代反應(yīng)降低。這主要由于氫氧化鈉與氣乙酸要發(fā)生水解反應(yīng)影響了醚 化反應(yīng)效率。
3.3乙醇濃度對(duì)取代度的影響
把5g羥丙基淀粉分散于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%, 60%, 70%, 80%, 90%，100%的20mL乙醇 中，攪拌均勻后，分別加入淀粉質(zhì)量60%的氫氧化鈉固體恒溫35^，預(yù)處理30 min.然后 在預(yù)處理液中分別加入淀粉質(zhì)量60%的氯乙酸，控溫55*C,反應(yīng)時(shí)間lh。反應(yīng)完畢后用鹽
24
酸或氫氧化鈉中和至近中性(pH6?7)。把此中性溶液趁熱進(jìn)行過濾，所得濾餅用95%或 80%的乙醇洗滌至濾液無白色絮狀沉淀(用2%硝酸銀檢驗(yàn))。然后在50aC下千燥，干餅粉 碎后得白色粉末。取樣在105aC恒重后，用銅鹽沉淀法分別測(cè)其取代度。
0.2 -
姻 0.15 _ ^ 0.1 -
0.05 -
Q |j||||
020406080100120
乙醇濃度（％)
圖12乙醇濃度對(duì)羥丙基羧甲基淀粉取代度的影響 Fig. 12 Effects of ethanol concentration on DS of hydroxypropyl carboxymethyl starch
從圖12中可看出，隨著乙醇濃度的增加，反應(yīng)體系中羧甲基的取代度增加，在乙醇 濃度為90%，取代度達(dá)到最大，再增加濃度，則取代度反而急劇下降。這主要是由于反 應(yīng)物除淀粉外都溶于水，水量太少，溶堿困難，氫氧化鈉無法滲入淀粉顆粒內(nèi)部，僅能 在其表面發(fā)生少量反應(yīng)，羧甲基化也困難；水量過多又會(huì)失去溶劑作用，淀粉易糊化， 增加稠度攪拌困難，反應(yīng)不均勻，也會(huì)導(dǎo)致取代度降低。還有就是羥丙基淀粉的含水量 不僅影響氫氧化鈉溶解，也影響羧甲基化反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而影響取代度的高低，因此我們 在選擇乙醇濃度時(shí)，也要考慮這個(gè)因素的存在，當(dāng)水含量在5%?20%時(shí)產(chǎn)品的取代度較 髙。最終我們確定本實(shí)驗(yàn)乙醇濃度為95%。
3.4反應(yīng)溫度對(duì)取代度的影響
把5g羥丙基淀粉分散于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的20mL乙醇中，攪拌均勻后，分別加入淀粉 質(zhì)量60%的氫氧化鈉固體恒溫35°C，預(yù)處理30 min.然后在預(yù)處理液中分別加入淀粉質(zhì) 量60%的氣乙酸，控溫分別為35°C, 45°C，55C,65*C, 75°C。反應(yīng)時(shí)間lh。反應(yīng)完畢后 用鹽酸或氫氧化鈉中和至近中性(PH6?7)。把此中性溶液趁熱進(jìn)行過濾，所得濾餅用95 %或80%的乙醇洗滌至濾液無白色絮狀沉淀(用2%硝酸銀檢驗(yàn))。然后在5(TC下干燥，干餅
25
粉碎后得白色粉末。取樣在l〇5°C恒重后，用銅鹽沉淀法分別測(cè)其取代度。
3 • 2 • 1 . •
o o o
塒¥擇
0.05 -^
0 1111
020406080
反應(yīng)溫度（0C)
圖13反應(yīng)溫度對(duì)輕丙基羧甲基淀粉取代度的影響 Fig. 13 Effects of reaction temperature on DS of hydroxypropyl carboxymethyl starch 從圖13看出，隨著反應(yīng)溫度升髙，羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，羥丙基羧甲基淀粉的取代度不斷升髙，到65’C時(shí) 達(dá)到最大，當(dāng)反應(yīng)溫度超過651后，其取代度反而下降。主要是反應(yīng)溫度過髙時(shí)，引起 氯乙酸部分水解，降低了產(chǎn)品的取代度，而降低反應(yīng)溫度雖可避免氯乙酸水解，但又延 長(zhǎng)了反應(yīng)時(shí)間，因而取代度變化緩慢，同時(shí)產(chǎn)品帶有淡黃色硬顆粒，極有可能是淀粉發(fā) 生局部糊化所致。
3. 5反應(yīng)時(shí)間對(duì)取代度的影響
把5g羥丙基淀粉分散于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的20mL乙醇中，攪拌均勻后，分別加入淀粉 質(zhì)量60%的氫氧化鈉固體恒溫35SC,預(yù)處理30min.然后在預(yù)處理液中分別加入淀粉質(zhì) 量60%的氣乙酸，控溫55*C,反應(yīng)時(shí)間分別為lh, 2h,3h,4h，5h。反應(yīng)完畢后用鹽酸或氫 氧化鈉中和至近中性(PH6?7)。把此中性溶液趁熱進(jìn)行過濾，所得濾餅用95%或80%的乙 醇洗滌至濾液無白色絮狀沉淀(用2%硝酸銀檢驗(yàn))。然后在5(TC下干燥，干餅粉碎后得白 色粉末。取樣在105X：恒重后，用銅鹽沉淀法分別測(cè)其取代度。
26
545352515 4 • 3 • 2 • 1 • o
• o * * Au •
o o o o o
反應(yīng)時(shí)間（h)
圖14反應(yīng)時(shí)間對(duì)輕丙基羧甲基淀粉取代度的影響 Fig. 14 Effects of reaction time on DS of hydroxypropyl carboxymethyl starch 從圖14可知，隨著反應(yīng)時(shí)間增加，馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉的取代度增加，在4h時(shí) 反應(yīng)物間有充分的接觸進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到最佳狀態(tài)，產(chǎn)品取代度達(dá)到最大值。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間 延長(zhǎng)，反應(yīng)變慢，而且長(zhǎng)時(shí)間的攪拌作用導(dǎo)致淀粉分子堿性降解，使產(chǎn)物分子量降低， 取代度反而下降。
4正交實(shí)驗(yàn)的建立及結(jié)果討論 4.1正交實(shí)驗(yàn)的建立及結(jié)果分析
在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)馬鈴薯羥丙基羧甲基化的研究，依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)及正 交性原理，以取代度為考察指標(biāo)，固定馬鈴薯羥丙基淀粉為5克，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的20mL 乙醇，以反應(yīng)溫度(A)、反應(yīng)時(shí)間⑶、NaOH(C)、氯乙酸(D)為考察因子，每因素取三水 平，選用正交表U(34)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，考察各因素對(duì)取代度的影響，因素水平表如表4, 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5。
表4 U(34)因素水平 Table 4 L9(34) factor level
因素
水平反應(yīng)溫度°〇反應(yīng)時(shí)間hNaOH%氯乙酸％
(A)⑶(C )(D)
16037555
26548060
37058565
27
表5 U(34)表頭設(shè)計(jì)及正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4
Table 5 The orthogonal experiment and result analysis of L9(34)
試驗(yàn)號(hào)ABCD取代度
1i1110.2082
212220.3180
313330.2700
421230.3036
522310.1509
623120.3022
731320.1852
832130.3479
933210.1892
K10.79620.69700.85830.5483
K20.75670.81680.81080.8054
K30.72230.76140.60610.9215
kl0.26540.23230.28610.1828
k20.25220.27230.27030.2685
k30.24080.25380.20200.3072
R0.02460.03990.08410.1244
由表4得出：按R值的大小，四個(gè)因素對(duì)馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉取代度都有不同程 度的影響，其影響主次順序依次為：NaOH(C)>反應(yīng)時(shí)間⑶ >反應(yīng)溫度(A)>氯乙酸 (D)。馬鈴薯輕丙基化的最佳條件為^2(：〇)3,即反應(yīng)溫度60°C、反應(yīng)時(shí)間4h、NaOH75%、 氯乙酸65%。測(cè)定最佳條件下的馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉取代度為〇. 4628。
4. 2驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
按正交實(shí)驗(yàn)選出的較佳條件組合進(jìn)行平行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，3次平行實(shí)驗(yàn)所得產(chǎn)物的分子 取代度分別為0.4629, 0.4628和0.4627。實(shí)驗(yàn)的重復(fù)現(xiàn)性好，由此證明選出的較佳組合 是合理的。
5小結(jié)
制備了馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉，研究了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、氯乙酸用量、NaOH 用量等對(duì)馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉取代度的影響，其中NaOH用量和反應(yīng)時(shí)間對(duì)取代度的 影響較明顯。
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第四章分子結(jié)構(gòu)測(cè)定分析
為了弄清楚馬鈴薯原淀粉變性為羥丙基淀粉、羧甲基淀粉和羥丙基羧甲基淀粉后的 分子結(jié)構(gòu)、取代情況等，我們分別通過傅立葉紅外光譜儀測(cè)定了它們的紅外吸收光譜； 利用X射線衍射分析了它們結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化；并用掃描電子顯微鏡觀察了它們的表觀形
貌。
2材料與方法 2.1主要儀器設(shè)備
傅立葉紅外光譜儀；X-射線衍射儀；KYKY-1000B掃描電子顯微鏡(中科院科儀)
2. 2方法 2.2.1紅外光譜分析法
馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、羥丙基羧甲基淀粉經(jīng)提純后，除去樣 品中的游離水或結(jié)晶水，分別將固體2mg放入瑪瑙研缽中，放入千燥的光譜純KBr200mg， 混合研磨均勻（在紅外燈下），使其粒度在2. 5Wn以下，裝入壓片模具，抽氣加壓，壓 力約600kg/cm2,維持3?5min，卸掉壓力則可得到一透明的KBr樣品片，利用傅立葉變換 紅外光譜儀進(jìn)行各自定性分析。
2. 2. 2 X-射線衍射分析
分別將馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、羥丙基羧甲基淀粉樣品，采用 粉末法，CuKa特征射線，石墨單色器，管壓40KV,電流20mA,預(yù)置時(shí)間0.1s,步寬0.02°， 發(fā)射狹縫1°,接收狹縫0. 3mm.得到這四種樣品的X—光衍射圖譜。
29
2. 2. 3掃描電鏡測(cè)試
按照掃描電子顯微鏡(SEM)分析的要求，分別將馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧 甲基淀粉、羥丙基羧甲基淀粉樣品進(jìn)行干燥，將樣品顆粒均勻固定在2x2cm的鋁片上， 噴金2. 5min,鍍膜處理，然后置于掃描電鏡的樣品室中。高能電子束以光柵掃描方式射 到淀粉顆粒表面上，使樣品上各點(diǎn)受到電子束轟擊時(shí)發(fā)出各種信號(hào)，由信號(hào)探測(cè)器接收, 并通過顯示系統(tǒng)在顯象管光屏上按信號(hào)強(qiáng)度大小描繪出來，形成淀粉顆粒表面形貌的放 大圖象。所得圖象由照相機(jī)拍攝。調(diào)節(jié)放大倍數(shù)約2000倍。觀察比較羥丙基淀粉、羧甲 基淀粉、羥丙基羧甲基淀粉的顆粒表面是否光滑，是否有裂痕、洞穴或凹凸不平，并與 原淀粉比較。
3結(jié)果與討論
3.1紅外光譜圖及譜圖分析
圖15馬鈴薯原淀粉的紅外光譜 Fig 15 The infrared ray spectrum of the raw potato starch
30
_06oo9Eaos5eor5706s60ss504s-*o3s 一 1 t
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圖16馬鈴薯羥外光譜
Fig 16 The infrared ray spectrum of the potato hydroxypropyl starch
Fig 17 The infrared ray spectrum of the potato carboxymethyl starch
Fig 18 The infrared ray spectrum of the potato hydroxypropyl carboxymethyl starch
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馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、羥丙基羧甲基淀粉的紅外光譜分別如 圖15、圖16、圖17、圖18。馬鈴薯原淀粉在3416CUT1出現(xiàn)-0H的伸縮振動(dòng)吸收峰，在1461 cnf1?1373 cnf1出現(xiàn)-0H鍵面內(nèi)彎曲和-CH-鍵面外彎曲振動(dòng)吸收峰，1160CHT1?987 cnf1 出現(xiàn)C-CK：鍵的吸收峰，在925CHT1、856CDT1、763 CHT1等處出現(xiàn)了淀粉糖環(huán)的特征吸收峰。 羥丙基產(chǎn)物譜圖，由于加上了羥丙基，在出現(xiàn)-0H的伸縮振動(dòng)吸收峰，在1446 cnf1?1380 cnf1出現(xiàn)-0H鍵面內(nèi)彎曲和-CH-鍵面外彎曲振動(dòng)吸收峰，與原淀粉紅外光譜圖 重合，不能顯現(xiàn)。羧甲基產(chǎn)物譜圖在1115(^1處出現(xiàn)了(：-0-(：鍵吸收峰，羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，在1618〇11_1、1426 cnf1、1326CDT1出現(xiàn)了-C00-吸收峰，從而證明了反應(yīng)有羧甲基上去。羥丙基羧甲基產(chǎn)物譜 圖具有原淀粉特有的特征吸收峰，同時(shí)在lmcnf1處出現(xiàn)了C-0-C鍵吸收峰，在1607 cnf1、 1426 cnf1、1327cm-1 出現(xiàn)了-C00-吸收峰。
{SPTOo^puetl
10
2030
2-Th©ta(°
40
50
圖19馬鈴薯原淀粉X-RD衍射圖譜 Fig 19 The X-RD spectrum of the raw potato starch
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3. 2 X-射線衍射分析圖譜
1020304050
2-Theta(°
圖20馬鈴薯羥丙基淀粉X-RD衍射圖譜 Fig 20 The X-RD spectrum of the potato hydroxypropyl starch
10203040
2-Theta(°
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圖21馬鈴薯羧甲基淀粉X-RD衍射圖譜
Fig 21 The X-RD spectrum of the potato carboxymethyl starch
圖22馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉X-RD衍射圖譜 Fig 22 The X-RD spectrum of the potato hydroxypropyl carboxymethyl starch
X—光衍射圖的不同特征反映淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)的差別，衍射圖中的峰高(衍射強(qiáng)度)和 半峰寬(衍射角)與顆粒內(nèi)部結(jié)晶區(qū)中的晶粒大小形狀有關(guān)，晶粒越大，衍射峰越高，半 峰寬越小。根據(jù)圖19、圖20、圖21、圖22分析，馬鈴薯原淀粉的結(jié)晶度為16. 66%，馬鈴 薯羥丙基淀粉結(jié)晶度為17. 83%，馬鈴薯羧甲基淀粉結(jié)晶度為29. 88%，馬鈴薯羥丙基羧甲 基淀粉結(jié)晶度為22. 71%。即天然馬鈴薯原淀粉中有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的存在，羥丙基化開始之時(shí)， 淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)基本沒有受到破壞，羧甲基化過程不僅發(fā)生在無定形區(qū)，同時(shí)結(jié)晶 區(qū)也遭到破壞。
圖22馬鈴薯原淀粉掃描電鏡圖 Fig22 SEM photographs of the raw potato starch
圖23馬鈴薯羥丙基淀粉掃描電鏡圖 Fig23 SEM photographs of the potato hydroxypropyl starch
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3.3掃描電鏡圖及分析
圖24馬鈴薯羧甲基淀粉掃描電鏡圖圖25馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉掃描電鏡圖
Fig 24 SEM photographs of the potatoFig25 SEM photographs of the potato
carboxymethyl starchhydroxypropyl carboxymethyl starch
從圖22、圖23、圖24、圖25中我們可以很清楚地看到，天然馬鈴薯淀粉顆粒呈球形 或橢球形，表面平滑。但羧甲基化以后顆粒表面出現(xiàn)了明顯的孔洞和裂紋，這說明羧甲• 基化過程不僅發(fā)生在顆粒表面，同時(shí)也在顆粒內(nèi)部進(jìn)行。羥丙基淀粉顆粒表面凹凸不平， 洞穴增多，有的呈蜂窩狀，顆粒破碎多。淀粉顆粒形貌的變化表明羥丙基化是從淀粉顆 粒表面結(jié)構(gòu)較薄弱部分的局部開始向核心發(fā)展，而不是從整個(gè)顆粒表面開始層層向里深 入，這種結(jié)構(gòu)薄弱部分很可能是淀粉顆粒的非結(jié)晶區(qū)。羥丙基羧甲基淀粉表面既凹凸不 平，洞穴多，又有明顯的孔洞和裂紋。
4小結(jié)
通利用紅外光譜分析尋找到了各特征基團(tuán)的特征吸收峰、利用x-射線衍射分析儀研 究了馬鈴薯羥丙基羧甲基反應(yīng)前后淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化，證明了羥丙基羧甲基過程不僅 發(fā)生在無定形區(qū)，還破壞了結(jié)晶區(qū)，說明結(jié)晶區(qū)的存在不會(huì)限制反應(yīng)產(chǎn)物的取代度。采 用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了羥丙基羧甲基化前后淀粉顆粒表觀形貌的變化，結(jié)果表 明隨著羥丙基羧甲基化過程的進(jìn)行，淀粉顆粒表面凹凸不平，出現(xiàn)了孔洞和裂紋，驗(yàn)證 了羥丙基羧甲基化過程不僅發(fā)生在淀粉顆粒的表面，還在淀粉顆粒的內(nèi)部進(jìn)行。從而證 明取代是成功的，達(dá)到了預(yù)期效果。
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第五章馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉理化特性及片劑輔料中的作用 1前言
淀粉被廣泛應(yīng)用在食品醫(yī)藥紡織造紙和日用化工等行業(yè)，是重要的工業(yè)原料之一。 但隨著科學(xué)與加工技術(shù)的發(fā)展，原淀粉的某些性質(zhì)已不能滿足加工要求。如在食品工業(yè) 中馬鈴薯淀粉可作穩(wěn)定劑和增稠劑，以提供許多食品的特性粘度結(jié)構(gòu)和口感。但是由于 馬鈴薯淀粉在冷水中不溶解、淀粉糊粘度不穩(wěn)定、易發(fā)生凝沉。使其用途又受到很大的 限制并且影響食品的品質(zhì)，在需長(zhǎng)期儲(chǔ)存特別是在冷凍和低溫儲(chǔ)存的食品中它容易產(chǎn)生 淀粉糊凝沉而失水。所以在食品加工中原淀粉的性質(zhì)使它無法達(dá)到某些使用要求，必須 對(duì)它進(jìn)行變性處理，即部分改變結(jié)構(gòu)，從而使淀粉的凝膠化特征、糊的凝沉性、凍融穩(wěn) 定性等性質(zhì)符合使用要求。在片劑輔料應(yīng)用中的缺陷我們前面已做敘述。羥丙基羧甲基 馬鈴薯淀粉簡(jiǎn)稱HCMS，即是變性淀粉的一種。以前對(duì)變性淀粉的研究與生產(chǎn)己有幾十年 的歷史，但大都是采用玉米淀粉為原料進(jìn)行研究，玉米淀粉品質(zhì)與片劑輔料使用要求相 差較大，如糊透明度不高、粘度不大、凝沉性高等，使之作為生產(chǎn)片劑輔料原料有一定 的局限性。當(dāng)前隨著馬鈴薯深加工的發(fā)展，馬鈴薯淀粉日益增多，而關(guān)于羥丙基羧甲基 馬鈴薯淀粉的研究，尤其是在片劑輔料中的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外報(bào)道尚未見報(bào)道，因此本章重 點(diǎn)討論羥丙基羧甲基馬鈴薯淀粉在適合片劑輔料方面的重要理化特性，結(jié)果將為新型片 劑輔料的研發(fā)、馬鈴薯淀粉的深加工及羥丙基羧甲基馬鈴薯淀粉的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用提供 一定的依據(jù)。
2材料與方法
2.1主要儀器設(shè)備與試劑
2.1.1主要儀器設(shè)備
分析天平；分光光度計(jì)；恒溫水浴鍋；離心機(jī)；冰箱；superlll型快速粘度分析儀 (澳大利亞新港科學(xué)有限公司生產(chǎn)）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（RE - 52AA,上海亞榮生化儀器廠）； 壓片機(jī)；攪拌機(jī)
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2.1.2主要材料與試劑
馬鈴薯原淀粉；馬鈴薯輕丙基淀粉；馬鈴薯羧甲基淀粉；馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉 .(均自制)；稀鹽酸
2. 2檢測(cè)方法 2.2.1糊透光性測(cè)定
分別稱取干燥以后的馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、羥丙基羧甲基淀 粉試樣于50mL燒杯中，加入蒸餾水，各配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉乳液，在沸水浴上加熱 攪拌lOmin,充分糊化后，冷至25°C，調(diào)整體積為原有體積，轉(zhuǎn)移到lcm比色皿中，用722- 型光柵分光光度計(jì)，以蒸餾水作空白（透光率為100%),在650nm下分別測(cè)其透光率。對(duì) 這四種淀粉的透光性進(jìn)行比較，透光率越大，說明透明度越好。
2. 2. 2凍融穩(wěn)定性測(cè)定
分別配制1%馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、羥丙基羧甲基淀粉樣品乳 液于沸水中加熱15min，冷卻至室溫，取5mL于10mL具塞試管中，置于_20°C?-15°C 冰箱中冷凍，24h后取出，自然解凍，靜置，觀察糊液穩(wěn)定性。主要是觀察糊是否有水 析出，然后在離心機(jī)中(3000 r/min)離心20min,棄去上清液，稱取沉淀物重量，按 照下面公式計(jì)算析水率。
析水率=(糊重-沉淀物重）/糊重X100%
分別對(duì)這四種淀粉進(jìn)行比較。
2. 2. 3吸水膨脹率測(cè)定
準(zhǔn)確稱取0.4g馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、羥丙基羧甲基淀粉試 樣于試管中，分別加入到10mL蒸餾水，在85°C下攪拌加熱30min,使其充分膨脹后，然 后在2000 r / min下離心沉降15min，試管下部沉淀部分為膨脹淀粉，將上層清夜分離干 燥即得水溶淀粉的量，計(jì)算溶解度、膨脹率。
.溶解度=水溶淀粉的量/樣品重X100%
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膨脹率=膨脹淀粉重/ (樣品重X (100-溶解度))
2. 2. 4粘度與成糊溫度測(cè)定
準(zhǔn)確稱取3g馬鈴薯原淀粉、馬鈴薯輕丙基淀粉、馬鈴薯羧甲基淀粉、馬鈴薯輕丙 基羧甲基淀粉(含水量以14%計(jì))樣品，分別按照以下方法處理:加入25mL蒸餾水,混合于 RVA專用罐內(nèi)，調(diào)成淀粉乳，采用升溫-降溫循環(huán)，即在攪拌過程中，測(cè)試罐內(nèi)溫度變化如 下:5(TC下保持lmin;以12°C / min的速度上升到95°C (3. 75min內(nèi)）；95C下保持2. 5min; 以12°C / min下降到50°C (3. 75min內(nèi)）；羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，50°C下保持2min。攪拌器在起始10s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)速 度為960r/min，之后保持在160r/min。粘度單位是用RVU (rapid visco units)表 示。分別測(cè)得淀粉糊化粘度曲線,分析峰值粘度(Peak)、谷值粘度(Trough)、破損值 (Breakdown)、最終粘度(Final Vise)、回升值(Setback)、出峰時(shí)間(Peak Time)、成 糊溫度(Pasting Temp)。
2. 2. 5耐酸性能測(cè)定
準(zhǔn)確稱取3g馬鈴薯原淀粉、馬鈴薯輕丙基淀粉、馬鈴薯羧甲基淀粉、馬鈴薯羥丙 基羧甲基淀粉(含水量以14%計(jì))樣品，分別按照以下方法處理:加入25ml蒸餾水,混合于 RVA專用罐內(nèi)，調(diào)成淀粉乳，采用升溫-降溫循環(huán)，即在攪拌過程中，測(cè)試罐內(nèi)溫度變化如 下:50°C下保持lmin;以12°C / min的速度上升到95°C (3.75min內(nèi)）；95°C下保持2.5min; 以12°C / min下降到5(TC (3. 75min內(nèi)）；5(TC下保持2min。攪拌器在起始10s內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)速 度為960r / min,之后保持在160r / min。取出后加入稀鹽酸，調(diào)其乳液的PH為3. 0, 放入RVA進(jìn)行測(cè)試，50°C下保持5min,攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)速度為160r/min,測(cè)定其最終黏度。
2.2.6抗剪切力性能測(cè)定
分別稱取馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、羥丙基羧甲基淀粉，各配成 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 5%的淀粉乳液,加熱至95X：糊化，恒溫50min后，冷卻至室溫25T：，測(cè)定其 黏度;然后用攪拌機(jī)中速攪拌5min, 10 min后，再分別測(cè)定其粘度，通過粘度變化的對(duì)比， 分析其抗剪力性能。
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2. 2. 7抗生物降解性能測(cè)定
分別取馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、羥丙基羧甲基淀粉，各配制成 1%的樣品乳液在室內(nèi)貯存，測(cè)定其粘度隨於存時(shí)間的變化。由此變化速率可知其抗生 物降解性。
2. 2. 8崩解時(shí)間測(cè)定
以主藥乙酰苯胺0.5g,表面活性劑0.03克，馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基 淀粉、羥丙基羧甲基淀粉試樣0.03 g分別直接混合均勻后，滴加適量的無水乙醇，加入 到壓片機(jī)中，在4MPa下壓片成型，控制裝有500ml單頸燒瓶的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器轉(zhuǎn)速為50 r/ min,將壓好的片劑投入500mL水中，分別測(cè)完全崩解所需的時(shí)間（單位：s)。
3結(jié)果與討論 3.1糊透光性變化
表6糊透光性的比較 Table 6 Camparison of permease light rate
序號(hào)樣品透光率(%)
1馬鈴薯原淀粉78.53
2馬鈴薯羥丙基淀粉86.31
3馬鈴薯羧甲基淀粉91.64
4馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉95.6
由表6可以看出，與馬鈴薯原淀粉相比，馬鈴薯羥丙基淀粉、馬鈴薯羧甲基淀粉、 馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉糊透光性都較高，馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉的透光率遠(yuǎn)高于馬 鈴薯羥丙基淀粉和馬鈴薯羧甲基淀粉，馬鈴薯原淀粉經(jīng)過復(fù)合變性以后，透光率顯著增 大，這說明羥丙基淀粉經(jīng)過羧甲基化后克服了原淀粉和羥丙基淀粉、羧甲基淀粉單一變 性淀粉透光率差的不足。從分子結(jié)構(gòu)分析，隨著產(chǎn)品取代度的增加，分子鏈上所帶的陰 電荷增多，同種電荷之間的靜電作用使分子間產(chǎn)生排斥，鏈間空隙增大；同時(shí)，馬鈴 薯羥丙基羧甲基淀粉破壞了原淀粉的晶體結(jié)構(gòu)，大量親水性很強(qiáng)的羧甲基與水分子間 形成氫鍵的締合程度很髙,使每個(gè)羧甲基都充分與水接觸并產(chǎn)生吸引，分子吸水達(dá)到飽
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和，故使其透光率顯著增大。把它應(yīng)用于片劑輔料中可使片劑更加平滑、透明，增加潤(rùn) 滑效果，在壓片的時(shí)候不會(huì)粘在模具上，影響生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)更便于服用。
3. 2凍融穩(wěn)定性變化
表7凍融穩(wěn)定性的比較 Table 7 Camparison of freeze and melt stability
序號(hào)樣品析水率(%)
1馬鈴薯原淀粉89.28
2馬鈴薯輕丙基淀粉44.1
3馬鈴薯羧甲基淀粉12.6
4馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉0
由表7可知，與馬鈴薯原淀粉相比，馬鈴薯輕丙基淀粉、馬鈴薯羧甲基淀粉、馬鈴 薯輕丙基羧甲基淀粉的析水率都較低，淀粉經(jīng)復(fù)合變性后的吸水率為0,這主要是因?yàn)?原淀粉分子在冷凍過程中，分子之間易于取向排列，形成氫鍵，導(dǎo)致抗冷凍能力減弱; 淀粉經(jīng)變性處理后，在淀粉分子上引入了親水基團(tuán)，提髙了淀粉分子的親水能力。這種 結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致分子間空隙增大，不易定向排列，不易形成氫鍵，因此凍融穩(wěn)定性大 大增加，提高了藥物在低溫儲(chǔ)藏過程中的穩(wěn)定性。而馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉比馬鈴薯 輕丙基淀粉和馬鈴薯竣甲基淀粉的凍融穩(wěn)定性增加更大，添加到藥物片劑中做輔料，對(duì) 一些需低溫下jit藏的藥物片劑具有良好的保水性，不會(huì)引起片劑變形，不影響藥效，而 且適口性好。
3. 3吸水膨脹率變化
表8吸水膨脹率的比較 Table 8 Camparison of rate of bibulous swelling
序號(hào)樣品溶解度(%)膨脹率(%)
1馬鈴薯原淀粉4237.32
2馬鈴薯輕丙基淀粉3228.16
3馬鈴薯羧甲基淀粉18.511.4
4馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉10.26.5
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膨脹度愈大，相應(yīng)吸水率愈大，膨脹度反映的是吸水膨脹性能。由表8可知，與馬 鈴薯原淀粉相比，馬鈴薯經(jīng)丙基淀粉、馬鈴薯竣甲基淀粉、馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉的 膨脹度和溶解度都有較大的降低，這主要是因?yàn)榈矸鄯肿釉跓崴惺軣?，氫鍵強(qiáng)度減弱, 顆粒吸水膨脹，但加入了羥丙基和羧甲基后，它們的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氫鍵，使直鏈型或支 鏈型淀粉分子形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了顆粒結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，分子連接更加緊密，抑制顆 粒的膨脹、破裂和溶解。在片劑輔料中使用正可以適當(dāng)降低產(chǎn)品粘度，相應(yīng)縮短崩解時(shí) 間。
3. 4粘度與成糊溫度變化
表9粘度與成糊溫度CC)的比較 Table 9 Camparison of viscosity and gelatinization temperature
樣品峰值
粘度
(RVU)谷值
粘度
(RVU)破損值
(RVU)最終
粘度
(RVU)回生值
(RVU)出峰
時(shí)間
(min)成糊
溫度
(•C)
馬鈴薯原淀粉114.5949.565.097424.52.9765.75
馬鈴薯羥丙基淀粉156.6354102. 63130.7526.755.0756.53
馬鈴薯羧甲基淀粉610.1760.96376.79194. 0433.095.37-
馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉730253.21549.21359.8213.165.6—
由表9可以看出，馬鈴薯原淀粉、馬鈴薯羥丙基淀粉和馬鈴薯羧甲基淀粉的粘度比 較低，羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，這是因?yàn)榈矸鄯肿娱g經(jīng)過化學(xué)鍵輕丙基和羧甲基化后，增強(qiáng)了淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的強(qiáng) 度，抑制了顆粒的膨脹與破裂。馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉粘度較大，是因?yàn)轳R鈴薯羥丙 基淀粉分子鏈上引入的羧甲基成陰性，復(fù)合變性使淀粉顆粒明顯破損且在顆粒表面形 成很深的洞穴（可在掃描電鏡下觀察到），致使淀粉的分子結(jié)構(gòu)被破壞，所以在糊化過 程中，粘度會(huì)大大增加。
馬鈴薯原淀粉與單一變性淀粉在糊化后，久置易分層，從水中析離的沉降部分的粘 度會(huì)明顯增大，即發(fā)生老化現(xiàn)象。復(fù)合變性后的淀粉經(jīng)羧甲基化以后，糊液的穩(wěn)定性大大 增強(qiáng)，糊化后放置時(shí)間再久也不會(huì)分層，即抗老化性能明顯提髙，我們可以通過測(cè)定羥丙 基羧甲基馬鈴薯淀粉糊化后的冷、熱粘度變化來檢驗(yàn)其抗老化性能。通過表中反映出原 淀粉冷、熱粘度變化大，老化傾向大，抗老化性能弱；馬鈴薯羥丙基淀粉和馬鈴薯羧甲 基淀粉的冷、熱粘度變化較原淀粉小，說明其抗老化性能已得到提高。對(duì)馬鈴薯羥丙基
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羧甲基淀粉而言，隨著冷、熱粘度變化越來越小，趨向于零，表明其抗老化性能已相對(duì) 穩(wěn)定。由此也說明，復(fù)合變性淀粉的抗老化性能較之單一變性淀粉有明顯的提高。
從表中數(shù)據(jù)還表明，原淀粉經(jīng)輕丙基和羧甲基化后，原淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，親水性 增加，易于吸水膨脹，糊化溫度明顯降低。這些性質(zhì)有利于馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉在 片劑輔料中的實(shí)際應(yīng)用，一方面做為粘合劑具有較強(qiáng)的粘合性能，使主藥能粘合在一起; 另一方面，可防止片劑的老化；同時(shí)，可省去加熱糊化操作，節(jié)省能源，簡(jiǎn)化工序，提 髙效益。
3. 5耐酸性能分析
表10耐酸性能的比較（單位：RVU) Table 10 Camparison of acid resistance
序號(hào)樣品中性粘度酸性粘度粘度差值
1馬鈴薯原淀粉747.5966.41
2馬鈴薯羥丙基淀粉130.7575.2755.46
3馬鈴薯羧甲基淀粉194.04165. 5428.5
4馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉359.8357.32.5
從表10看出，馬鈴薯原淀粉對(duì)酸非常敏感，抗酸性能差，因?yàn)樗釙?huì)加速淀粉的水 解，引起粘度顯著下降。馬鈴薯羥丙基淀粉和馬鈴薯經(jīng)丙基羧甲基淀粉對(duì)酸的敏感程度 均有較大的降低，馬鈴薯經(jīng)復(fù)合變性為羥丙基羧甲基淀粉后，在加酸前后的粘度均無顯 著變化，說明制得的變性淀粉分子中，由于羥丙基和羧甲基的引入，使其耐酸性能較 原淀粉有明顯提高。在實(shí)驗(yàn)中，較高取代度馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉的耐酸性能最好, 放置幾十天后也無大的變化。利用這一性質(zhì)，添加到藥物片劑中做輔料，可大幅度提髙 片劑的耐酸性能，特別是提高酸性較強(qiáng)藥物片劑的穩(wěn)定性起著極其大的作用。
3. 6抗剪切力性能分析
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表11抗剪切力的比較（單位：RVU) Table 11 Camparison of anti-shearing force
序號(hào)樣品粘度攪拌5min 粘度攪拌10min 粘度
1馬鈴薯原淀粉81.063411.59
2馬鈴薯羥丙基淀粉162130.7598.16
3馬鈴薯羧甲基淀粉210.23194.04172.75
4馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉402.5401.8401.2
通過表11分析，馬鈴薯原淀粉在機(jī)械攪拌作用下比較脆弱，易引起粘度明顯下降, 而變性淀粉由于化學(xué)鍵的作用加固了溶脹粒子，故對(duì)機(jī)械攪拌不敏感。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中還發(fā) 現(xiàn)低取代度的馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉與單一變性淀粉的性能相當(dāng)；中取代度的馬鈴薯 羥丙基羧甲基淀粉的抗剪性能明顯增強(qiáng)；特別是髙取代度的馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉 在較長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械攪拌作用下，其粘度變化幾乎為零。這一性能特點(diǎn)應(yīng)用于目前片劑輔 料的現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝和添加到藥物中生產(chǎn)片劑中，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
3. 7抗生物降解性能分析
表12抗生物降解性 Table 12 Resist creature degradation
序號(hào)樣品 _時(shí)間（d)
012357
1馬鈐薯原淀粉21.10.30.10.10.1
2馬鈴薯羥丙基淀粉88876.45.8
3馬鈴薯竣甲基淀粉111111109.28.2
4馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉14141413.612.812.7
由表12可以看出，馬鈴薯原淀粉水溶液在一周內(nèi)粘度己基本不存在，羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，即已發(fā)生嚴(yán)重 的生物降解，而馬鈴薯羥丙基淀粉、馬鈴薯羧甲基淀粉、馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉水溶 液粘度隨著貯存時(shí)間延長(zhǎng)，粘度穩(wěn)定，表明未發(fā)生降解，因此淀粉經(jīng)變性處理后抗生物 降解能力提高。淀粉的生物降解機(jī)理是由細(xì)菌進(jìn)攻淀粉分子結(jié)構(gòu)中a-1, 4糖苷鍵，導(dǎo)致 淀粉大分子鏈斷裂，淀粉經(jīng)變性后引入大量可阻礙細(xì)菌活動(dòng)的基團(tuán)，增強(qiáng)了抗生物降解 能力。馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉由于分別引入了羥丙基和羧甲基兩個(gè)基團(tuán)，其粘度比只 引入一個(gè)基團(tuán)的大，且抗生物降解能力強(qiáng)，因此添加到藥物片劑輔料中貯藏時(shí)，隨著時(shí)
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間的變化，不易引起藥物的變質(zhì)，增大片劑的貯藏時(shí)間。
3. 8崩解時(shí)間分析
表13崩解時(shí)間的比較
Table 13 Camparison of the time of disintegrate
序號(hào)樣品崩解時(shí)間(S)
1馬鈴薯原淀粉72
2馬鈴薯輕丙基淀粉64
3馬鈴薯羧甲基淀粉46
4馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉12
由表13可知，馬鈴薯原淀粉經(jīng)過羥丙基化和羧甲基化促進(jìn)了淀粉分子間的反應(yīng)，從 而使直鏈型或支鏈型淀粉分子形成體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了淀粉顆粒的強(qiáng)度，抑制了 顆粒膨脹。同時(shí)，氫氧化鈉用量的增加，促使淀粉顆粒中的結(jié)晶區(qū)域發(fā)生破壞，利于醚 化反應(yīng)的進(jìn)行，從而使取代度升髙!但超過一定限值又會(huì)促進(jìn)淀粉糊化，使取代度下降， 可見生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)羧甲基淀粉膨脹率的控制。馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉做藥物片劑， 其藥片的崩解時(shí)間最低為12s，具有良好的崩解性能。
3.9膨脹率、粘度、崩解時(shí)間三者之間的關(guān)系
.從以上性能實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉的膨脹率、粘度、崩解時(shí)間三 者之間有一定的聯(lián)系。膨脹率越小，相應(yīng)吸水率愈小，產(chǎn)品粘度也越小，相應(yīng)崩解時(shí)間 較短，膨脹率反映的是產(chǎn)品的吸水膨脹性能。膨脹性能與崩解性能并無一致的關(guān)系。這 是因?yàn)椋谝?，?shí)驗(yàn)測(cè)定膨脹率時(shí)，體現(xiàn)的是馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉這種離子型高聚 物網(wǎng)狀上吸水的平衡，該過程可以在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)完成，是一個(gè)平衡問題。崩解性能 測(cè)得的是馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉和主藥混合壓片投入水中完全崩解所需時(shí)間，是一種 動(dòng)力學(xué)問題；第二，崩解性能除和馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉分子結(jié)構(gòu)(取代度等)有關(guān)外， 還與壓片后藥片的顆粒結(jié)構(gòu)及崩解劑吸水后溶液粘度有關(guān)，而膨脹性能則主要取決于馬 鈴薯輕丙基竣甲基淀粉自身分子結(jié)構(gòu)。從上面的分析看出，為獲得較好的崩解性能，控 制羧甲基淀粉鈉的膨脹率在6. 5%是必要的。
觀察藥片的崩解過程可以發(fā)現(xiàn)，在崩解劑添加量?jī)H占主藥用量6%的條件下，良好的
崩解劑能夠在極短時(shí)間內(nèi)使藥片體積增大2?5倍。體積逐漸增大使藥片內(nèi)聚力逐漸削 弱，最終使藥片完全崩解。因此，藥片的吸水及隨后的膨脹過程是藥片崩解的關(guān)鍵。羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，從 實(shí)驗(yàn)也可以知道，崩解時(shí)間隨粘度值增大而增大。這是因?yàn)?，在主藥成分和用量相同?崩解劑加入量和制片壓力等因素一定的條件下，藥片顆粒結(jié)構(gòu)等因素對(duì)孔隙內(nèi)水流動(dòng)的 局部阻力可以認(rèn)為近似相等。這樣，因使用不同的崩解劑而產(chǎn)生的孔隙內(nèi)水流動(dòng)總阻力 差別主要來自崩解劑吸水后粘度的影響。粘度值增加，使藥片孔隙內(nèi)水流動(dòng)的流動(dòng)阻力 和擴(kuò)散阻力都提髙，而使崩解時(shí)間延長(zhǎng)。粘度增大到一定程度，將會(huì)使藥片外圍產(chǎn)生凝 膠屏蔽層，嚴(yán)重阻擋水分進(jìn)一步進(jìn)入藥片內(nèi)部，導(dǎo)致藥片完全不崩解。在一定范圍內(nèi)， 取代度髙，交聯(lián)劑用量小，則膨脹率就大，結(jié)果是水溶性好，崩解性能差。反之，則崩 解性能較好。
4小結(jié)
根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)和結(jié)果、分析、討論可以看出，馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉綜合了羥丙 基淀粉和羧甲基淀粉的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又彌補(bǔ)了羥丙基淀粉抗老化能力弱、透光率低和粘度 差等缺點(diǎn)，提髙了羧甲基淀粉的抗剪切力、抗酸堿能力和糊液的穩(wěn)定性，它所具有的理 化特性正適合作為新型的藥物片劑輔料，能滿足片劑輔料需要具備的填充劑、粘合劑、 潤(rùn)滑劑、崩解劑等作用，'而且安全無毒。
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第六章結(jié)論與展望
1結(jié)論
(1)在馬鈴薯輕丙基淀粉制備過程中，以分子取代度MS為指標(biāo)，研究了環(huán)氧丙烷用 量、NaOH用量、無水硫酸鈉用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件對(duì)分子取代度的影響，結(jié) 果表明：在羥丙基馬鈴薯淀粉的制備中，提高環(huán)氧丙烷用量及適度增加Na2S〇4用量，都 能加速反應(yīng)進(jìn)行，提高分子取代度；在馬鈴薯淀粉糊化溫度以下，隨著反應(yīng)溫度的升高 以及時(shí)間的延長(zhǎng)，都能提高產(chǎn)品的分子取代度。通過單因素實(shí)驗(yàn)、正交試驗(yàn)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 分析，確定了制備馬鈴薯羥丙基淀粉的最佳工藝條件為：淀粉乳濃度為40%、NaOHl%、 反應(yīng)溫度40°C、反應(yīng)時(shí)間14h、環(huán)氧丙烷12%、Na2S0410%。此條件可以獲得分子取代度 0.2116的羥丙基淀粉。
(2)研究了不同反應(yīng)條件對(duì)馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉取代度的影響規(guī)律，為制定 科學(xué)合理的生產(chǎn)工藝提供理論依據(jù)。在馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉制備過程中，以取代度 DS為指標(biāo)，研究了氣乙酸用量、NaOH用量、乙醇濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)取代度的 影響，結(jié)果表明:增加一氣乙酸用量，取代度提高；隨NaOH用量的增加，取代度先增后 減;反應(yīng)體系中水含量對(duì)醚化反應(yīng)影響顯著提髙，控制在適當(dāng)水量，能促進(jìn)反應(yīng)效率， 過多或過少都會(huì)對(duì)反應(yīng)不利:反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)品的取代度不斷升高，
達(dá)到一定范圍后增髙速度減慢，過高的溫度會(huì)導(dǎo)致淀粉局部糊化，影響產(chǎn)品的收率和質(zhì) 量。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)馬鈴薯輕丙基羧甲基化的研究，依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)及正 交性原理，確定了制備馬鈴薯輕丙基淀粉的最佳工藝條件為反應(yīng)溫度60°C、反應(yīng)時(shí)間4h、 NaOH75%、氯乙酸65%、酒精濃度為95%、淀粉乳濃度為40%。此條件測(cè)定最佳條件下的馬 鈴薯羥丙基羧甲基淀粉取代度為0. 4628。
(3)采用了傅立葉紅外光譜（FT-IR)對(duì)馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀 粉、羥丙基羧甲基淀粉的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了比較，結(jié)果表明羥丙基羧甲基淀粉譜圖除了有 馬鈴薯原淀粉、馬鈴薯輕丙基淀粉的特征吸收峰以外，在llUcnf1處出現(xiàn)了 C-0-C鍵吸收 峰，在1607 cnf1、1426 cuf1、1327CHT1 出現(xiàn)了-C00_吸收峰。
(4)利用X-射線衍射分析儀研究了馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、 羥丙基羧甲基淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化，通過結(jié)晶度的分析，證明了羥丙基化、羧甲基化過 程不僅發(fā)生在無定形區(qū)，還破壞結(jié)晶區(qū)，說明結(jié)晶區(qū)的存在不會(huì)限制反應(yīng)產(chǎn)物的取代度。
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(5)采用掃描電子顯微鏡（SEM)觀察了馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀 粉、羥丙基羧甲基淀粉顆粒表觀形貌，并對(duì)他們進(jìn)行了比較分析，發(fā)現(xiàn)羥丙基羧甲基淀 粉顆粒表面有空洞、裂紋，并且凹凸不平，證明了羥丙基化和羧甲基化反應(yīng)不僅發(fā)生在 淀粉顆粒表面，還發(fā)生在淀粉顆粒的內(nèi)部。
(6)制備了一種新型的馬鈴薯復(fù)合變性淀粉——羥丙基羧甲基淀粉新型片劑輔料的研究，馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉，并對(duì) 其性能進(jìn)行了較全面研究。通過對(duì)馬鈴薯的原淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基淀粉、羥丙基 羧甲基淀粉進(jìn)行理化特性比較研究表明：羥丙基羧甲基淀粉具有良好的凍融性、抗老化 能力、抗生物降解、糊透明度高和耐酸性以及粘度高、糊化溫度低等優(yōu)點(diǎn)。說明復(fù)合變 性淀粉兼有兩種及以上單一變性淀粉的優(yōu)良性質(zhì)，彌補(bǔ)了單一變性淀粉性質(zhì)的不足，各 方面性質(zhì)均優(yōu)于單一變性淀粉，開辟了新的變性淀粉種類。
(7)結(jié)合片劑對(duì)輔料的要求進(jìn)行了深入討論，首次把片劑輔料所需的填充劑、粘 合劑、崩解劑、潤(rùn)濕劑、稀釋劑等作用集中于馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉一種物質(zhì)，減少 片劑輔料的添加種類，節(jié)約成本。一方面將帶動(dòng)制藥行業(yè)的一場(chǎng)革新，另一方面也能極 大的提高馬鈴薯淀粉的附加值，為企業(yè)和農(nóng)民增收，同時(shí)，它還可應(yīng)用在食品、紡織、 化工、飼料、石油鉆井、鑄造、造紙、建筑涂料等其他領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域及較 大的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
2展望
由于本課題完成的時(shí)間緊，實(shí)驗(yàn)條件及本人水平有限，再加之這只是在實(shí)驗(yàn)室小規(guī) 模生產(chǎn)的結(jié)果，因此要取得更好的應(yīng)用和更多的經(jīng)濟(jì)效益，尚有一些問題留待進(jìn)一步研 究。
(1)如果再對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行乙?；Ч欠窀糜写M(jìn)一步的研究。
(2)進(jìn)行急性毒性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步確定其食用的安全性。
(3)研究能進(jìn)行實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的工藝流程及設(shè)備。
(4)把馬鈴薯羥丙基羧甲基淀粉的制備和其他變性淀粉聯(lián)系起來，制備具有多種 性能的淀粉衍生物。
(5)馬鈴薯輕丙基羧甲基淀粉的其他應(yīng)用有待于進(jìn)一步的研究。
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