單模聚焦微波輻射技術(shù)在蕎麥淀粉改性合成中應(yīng)用，微波快速傳遞能量帶來物質(zhì)連續(xù)加熱的結(jié)果，從 而大大加速反應(yīng)。但是由于傳統(tǒng)的微波裝備使用的 常規(guī)家用微波磁控管功率輸出極不穩(wěn)定，并且受制于 在線電壓波動(dòng)、磁控管本身的衰化以及多模電磁場(chǎng)的 不均勻性。導(dǎo)致能量的不精確性和不連續(xù)性,結(jié)果很 難達(dá)到反應(yīng)的重復(fù)性、再現(xiàn)性和一致性，影響反應(yīng)結(jié) 果的穩(wěn)定以及進(jìn)一步的定量研究。無(wú)法對(duì)微波化學(xué) 邊界反應(yīng)條件進(jìn)行精確、科學(xué)定義，限制有機(jī)合成反 應(yīng)研究條件的優(yōu)化。所以反應(yīng)邊界條件可控制性和 定量反應(yīng)結(jié)果可預(yù)知性成為微波有機(jī)合成這項(xiàng)技術(shù) 發(fā)展關(guān)鍵。Discover革命性地采用精確單模聚焦微波 技術(shù)，為微波有機(jī)合成達(dá)到反應(yīng)重復(fù)性、再現(xiàn)性和一 致性創(chuàng)造條件。
Discover是世界上第一臺(tái)無(wú)需機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的單模微 波有機(jī)合成儀器，單模聚焦微波輻射技術(shù)在蕎麥淀粉改性合成中應(yīng)用，專利的自轉(zhuǎn)式設(shè)計(jì)提供樣品所需精 確微波能量，根據(jù)程序設(shè)定條件的需要，微波能通過 精密設(shè)計(jì)SLOT通道進(jìn)行精確輻射，隨著樣品溫度升 高時(shí)可以自動(dòng)改變微波吸收能量，Discover可以自動(dòng) 控制微波能量從波導(dǎo)管不同點(diǎn)進(jìn)人系統(tǒng)，獨(dú)特的設(shè)計(jì) 確保樣品在反應(yīng)合成過程任何時(shí)刻都可以優(yōu)化吸收 能量。具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)單模連續(xù)微波功率精確控 制系統(tǒng)，消除能量波動(dòng)，精確控制反應(yīng);(2)專利的髙 精度紅外溫度控制系統(tǒng);（3)內(nèi)置的壓力控制系統(tǒng)， 實(shí)時(shí)控制壓力;(4)可移動(dòng)的腔體調(diào)節(jié)器可使反應(yīng)器 直接放人撖波腔，易于安裝和操作;(5)連續(xù)設(shè)定鍵 允許操作人員實(shí)時(shí)編輯或更改正在運(yùn)行的程序;(6) 易于操作和識(shí)別的鍵盤和LCD顯示屏;(7) —體化的 控制系統(tǒng)允許獨(dú)立操作;（8)配套的基于Windows平 臺(tái)的軟件用于數(shù)據(jù)和程序的管理;(9)專利“自旋”循 環(huán)腔設(shè)計(jì)，樣品受熱均勻、完全;（10)緊湊的小體積。 Discover采用內(nèi)置的動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，可以達(dá)到最優(yōu)化 的反應(yīng)控制、溫度壓力反饋系統(tǒng)，先進(jìn)的輔助冷卻和 攪拌系統(tǒng)等拓展Discover內(nèi)置控制系統(tǒng)對(duì)各級(jí)反應(yīng) 適應(yīng)性，使反應(yīng)條件的重復(fù)性比以往更加容易控制和 掌握。Discover是惟一通過內(nèi)置系統(tǒng)軟件控制所有條 件和技術(shù)參數(shù)的微波合成系統(tǒng)。由美國(guó)CEM公司研 制的Discover微波精確有機(jī)合成系統(tǒng)，是世界上唯一 無(wú)需機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的單模微波有機(jī)合成系統(tǒng)，也是唯一的 通過內(nèi)置系統(tǒng)軟件控制所有條件和系統(tǒng)參數(shù)的微波 合成系統(tǒng),在專業(yè)微波合成反應(yīng)方面已經(jīng)顯示它的優(yōu) 越性。Discover精確微波有機(jī)合成系統(tǒng)擁有專利環(huán)形 腔設(shè)計(jì)，單模微波，自動(dòng)變頻輸出;內(nèi)置電磁攪拌提供 不同速度，確保反應(yīng)物完全混合;快速冷卻反應(yīng)容器 壓縮氣體導(dǎo)人反應(yīng)腔，加速冷卻反應(yīng)快速，比傳統(tǒng)方 式快10 ~ 1000倍;提髙產(chǎn)率,平均比傳統(tǒng)方式提髙 10% ~ 30%;單模微波及加速冷卻系統(tǒng)，大大減少副 反應(yīng)，提高合成反應(yīng)再現(xiàn)性;可采用常壓及高壓兩種 反應(yīng)方式,可使用不同形狀和體積反應(yīng)容器;操作靈 活，完美的控制(包括功率、壓*、溫度、安全等)。
我國(guó)是養(yǎng)麥生產(chǎn)大國(guó)和出口大國(guó),而且食用歷史 悠久，單模聚焦微波輻射技術(shù)在蕎麥淀粉改性合成中應(yīng)用，但我國(guó)養(yǎng)麥資源利用現(xiàn)狀表明蕎麥深加工基本 處于空白⑴。研究表明養(yǎng)麥淀粉親粒形狀近似大米 淀粉,其捆化特性同豆類淀粉相似，膨脹力髙于小麥 淀粉®。目前關(guān)于蕎麥淀粉改性的報(bào)道還很少，用單 模聚焦微波合成蕎麥羧甲基淀粉鈉還尚未有報(bào)道，因 此，研究微波法制備_羧甲基淀粉鈉對(duì)養(yǎng)麥淀粉深 加工有重要指導(dǎo)意義?；谝陨闲阅埽緦?shí)驗(yàn)以養(yǎng)麥 面粉為原料，利用Discover微波精確有機(jī)合成系統(tǒng)，采 用單模聚焦微波輻射技術(shù)及電腦微控和空壓氣體同 步冷卻技術(shù)t以一氯乙酸為醚化劑，研究蕎麥羧甲基 淀粉鈉(CMSS)的合成。
1實(shí)驗(yàn)原理及方法
1.1儀器與試劑
Discover微波精確有機(jī)合成系統(tǒng)(ChemDriver™美 國(guó)),離心機(jī)，紅外輻射控溫干燥箱。蕎麥面粉，一氯 乙酸(分析純），氫氧化鈉（分析純），無(wú)水乙醇(分析 純），乙酸(分析純)。
1.2實(shí)驗(yàn)原理⑶
1.3實(shí)驗(yàn)方法
在Discover的配套100mL圓底長(zhǎng)頸瓶中先加人 一定量的90%乙醇溶液，再加人一定量的蕎麥面粉， 攪勻，再緩慢的加人一定量的氫氧化鈉和一定量的一 氯乙酸。然后把圓底長(zhǎng)頸瓶放入Discover中，并通過 內(nèi)置的系統(tǒng)軟件控制系統(tǒng)選擇時(shí)間功率反應(yīng)模式，設(shè) 定好輻射功率，最高溫度，輻射時(shí)間以及攪拌和空壓 氣體同步冷卻,然后開始反應(yīng)，并加熱回流，系統(tǒng)會(huì)按 設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行反應(yīng)，自動(dòng)控制，電腦微控系統(tǒng) 將保存下反應(yīng)全過程,包括各項(xiàng)參數(shù)隨時(shí)間變化關(guān) 系。反應(yīng)結(jié)束后，加適量乙酸調(diào)節(jié)產(chǎn)品至中性，抽濾， 所得固體在70$下烘干，即得CMSS產(chǎn)品。
1.4分析方法
兩種方法:取代度(DS)測(cè)定W，紅外光譜測(cè)定。
2政實(shí)驗(yàn)
影響蕎麥淀粉羧甲基化的因素有:氫氧化鈉用量 (A)、一氯乙酸（B)、乙醇用量（C)和微波輻射功率 (D)、微波輻射時(shí)間（E)和反應(yīng)最高溫度(F)，反應(yīng)確 定蕎麥面粉為4.0g,通過參考文獻(xiàn)并初步實(shí)驗(yàn)確定各 種因素的大概范圍，現(xiàn)以取代度(DS)為指標(biāo),采用六 因素三水平的Lr8(36)正交實(shí)驗(yàn)。
表1正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平
水平-因素
A/gB/gG/mLD/WE/min¥/X
12.43.52590455
22.84.535100560
33.25.545110665
由正交實(shí)驗(yàn)極差分析可知,各個(gè)因素對(duì)產(chǎn)物取代 度影響的大小順序?yàn)椋簡(jiǎn)文＞劢刮⒉ㄝ椛浼夹g(shù)在蕎麥淀粉改性合成中應(yīng)用，一氯乙酸(B)>微波輻射功率 (D) >反應(yīng)最髙溫度(F) >乙醇用量(C) >微波輻射 時(shí)間(E)>氫氧化鈉用量(A)。同時(shí)從正交表中可確 定最佳的反應(yīng)條件為
3結(jié)果與討論
試驗(yàn)所得紅外光譜圖可以看出,在波數(shù)noocnr1 和mocnf1處出現(xiàn)-coo-的特征吸收峰，其中波數(shù) 為1420cm1處出現(xiàn)竣酸鹽的特征吸收峰，證明產(chǎn)物即 為 CMSS。
62
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
3.1氫氧化鈉用置對(duì)羧甲基化影響
蕎麥面粉用量為4.0g,—氯乙酸用量3.5g,乙醇溶 液25mL,最大功率為90W,單模聚焦微波輻射時(shí)間為 6min〇隨著氫氧化納量的增加，氫氧化鈉分子滲透到淀 粉分子速率增加，破壞氫鍵機(jī)會(huì)增加，生成CMSS的取 代度增大，但隨著繼續(xù)增加氫氧化鈉用量，將使副反應(yīng) 加快，導(dǎo)致取代度減小，并肢漸趨于平衡(見圖1)。
3.2 _氣乙酸用置對(duì)羧甲基化影響
固定氫氧化鈉用量為2.4g,其它條件同3.1。 當(dāng)一氯乙酸的用量增加時(shí)，淀粉分子附近的酸濃度 增大(見圖2),酸性分子可利用性較大，因此羧甲基 化程度增加，產(chǎn)品取代度升髙，當(dāng)一氯乙酸為5.5g 時(shí)取代度最大，當(dāng)繼續(xù)增大其用量時(shí),由于它將中和 更多氫氧化鈉，則勢(shì)必減小淀粉中間體生成,而導(dǎo)致 取代度的下降，而過量一氯乙酸與氫氧化鈉中和而 引起反應(yīng)體系溫度升高,使部分溶劑乙醇蒸發(fā)損失， 致使體系中醇水比例改變，新生成的CMSS很快溶 脹，甚至結(jié)塊，使反應(yīng)不易進(jìn)行。
3.3乙醇溶劑用置對(duì)羧甲基化彩響
固定一氯乙酸用量為5.5g,其它條件同3.2。乙醇溶 麵量為25mL時(shí)，可以得到較高取代度產(chǎn)品(見圖3)。 因?yàn)楫?dāng)乙醇用量太少時(shí),_ [^使乙醇迅速揮發(fā)，淀粉 顆粒不肯抗分溶脹，氫氧化納秘溶解，反®物不易滲透 到淀粉臓的內(nèi)部，所以取代度低,但當(dāng)乙醇溶液體積太
大時(shí),盡管淀粉顆粒仍能充分渚脹，反應(yīng)物易于滲透，然 而乙醇溶液體抑t大導(dǎo)致反應(yīng)物濃度減小，相應(yīng)纖次 數(shù)也敵-不利于MS行，取傾偷K
3.4單模聚焦微波輻射功率對(duì)羧甲基化影響
固定乙醇溶液體積為25mL，其它條件同3.3。 當(dāng)單模聚焦微波輻射功率為90W時(shí),可以得到較高 取代度的產(chǎn)品(見圖4),因?yàn)槲⒉ㄟM(jìn)人物體內(nèi)部，分 子在電磁場(chǎng)作用下極化,并隨電磁場(chǎng)的變化而變化， 產(chǎn)生高頻振蕩，這樣極化分子本身的熱運(yùn)動(dòng)和分子 之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生類似摩擦、碰撞、振動(dòng)、擠壓 的作用，特別是使用Discover單模聚焦微波合成系 統(tǒng)，比常規(guī)微波爐使體系能量增高更快速，因此在反 應(yīng)最大溫度固定時(shí)，隨著輻射功率增加，反應(yīng)內(nèi)部積 聚的能量太大而導(dǎo)致淀粉凝聚，而不利于反應(yīng)進(jìn)行， 使取代度降低。
3.5單模聚焦微波輻射時(shí)間對(duì)取代度彩晌
固定微波輻射功率為90W,其它條件同3.4。 隨著微波輻射時(shí)間增長(zhǎng)(見圖5),產(chǎn)品的取代度也 逐漸增大，但到5.5min以后，取代度變化趨于平緩， 如果再繼續(xù)進(jìn)行微波輻射，可能會(huì)使體系溫度劇增， 導(dǎo)致反應(yīng)物的凝聚，從而不利于反應(yīng)的進(jìn)行，所以選 擇微波輻射時(shí)間6min為最佳。
圖6設(shè)定的最髙溫度對(duì)取代度影響 固定微波輻射時(shí)間為6min，單模聚焦微波輻射技術(shù)在蕎麥淀粉改性合成中應(yīng)用，其它條件同3.5。 設(shè)定最髙溫度為60<€時(shí)，可得到較高取代度的產(chǎn)品 (見圖6)。由于Discover單模聚焦微波系統(tǒng)，如果設(shè) 定的最大溫度很低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在還沒有達(dá)到設(shè)定的 輻射時(shí)間時(shí)就能達(dá)到設(shè)定的最大溫度，系統(tǒng)內(nèi)部的 安全自動(dòng)程序就會(huì)停止釋放微波，導(dǎo)致反應(yīng)進(jìn)行不 徹底，使取代度降低，同樣，如果設(shè)定輻射溫度過髙 時(shí)，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部大量能量積聚,使反應(yīng)物結(jié)塊，導(dǎo)致 取代度下降。
4結(jié)語(yǔ)
從上可知，采用Discover微波精確有機(jī)合成系 統(tǒng)，利用單模聚焦微波輻射技術(shù)及電腦微控和空壓 氣體同步冷卻技術(shù)可以更快速有效的合成較高取代度的養(yǎng)麥羧甲基淀粉鈉。
本文推薦企業(yè)：山東東達(dá)纖維素有限公司，是專業(yè)的羧甲基纖維素鈉，羧甲基淀粉鈉，黃原膠生產(chǎn)型企業(yè)，專業(yè)生產(chǎn)羧甲基纖維素鈉，羧甲基淀粉鈉,黃原膠。擁有雄厚的技術(shù)力量，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和設(shè)備。東達(dá)纖維素有限公司全體員工為海內(nèi)外用戶提供高技術(shù),高性能，高質(zhì)量的產(chǎn)品。熱忱歡迎國(guó)內(nèi)外廣大客戶合作共贏。