甲基淀粉納(SodiumCorboxymetliylStarch，簡(jiǎn)稱CMS)，又稱淀 粉甘醇酸鈉，是淀粉的羧甲基衍生物，是變性淀粉的主要品種之一 1它是一種能直接溶于冷水的高分子電解質(zhì)，為白色或淡黃色粉 末，無(wú)毒無(wú)味，其水溶液為粘狀，透明液體，流動(dòng)性，溶解性較好，是 一種新型的增稠劑、穩(wěn)定劑、食品添加劑、藥用崩解劑，它具有較高 的粘度，較大的粘著力，較好的乳化性、穩(wěn)定性和滲透性，不易腐敗 霉變[2]0

 

在實(shí)際應(yīng)用中，CMS多以其水溶液使用，因而本文研究有機(jī)溶 劑法合成CMS對(duì)于研究開(kāi)發(fā)CMS新品種，拓寬其應(yīng)用范圍，均有重 要實(shí)際意義1\本文探討了影響CMS合成的多種因素如濃度、溫度、 酸堿、電解質(zhì)和放置時(shí)間對(duì)CMS水溶液取代度的影響。

 

CMS應(yīng)用與竣甲基纖維素鈉(CMC)相似，十分廣泛，可作乳化 劑、增稠劑、粘合劑、穩(wěn)定劑、食品添加劑、上漿劑、懸浮劑、成膜劑、 勻化劑等。

 

本文重點(diǎn)在于提高CMS的質(zhì)量和各種素對(duì)其質(zhì)量的影響方面 進(jìn)行了研究，可望得到工業(yè)性驗(yàn)證。

 

1實(shí)驗(yàn)方法

 

1.1實(shí)驗(yàn)原理

 

合成CMS主要經(jīng)過(guò)兩步反應(yīng)：

 

(1)氫氧化鈉與淀粉中的羥基相結(jié)合，形成活性中心，反應(yīng)式如 下：Starch—OH+NaOH —> Starch--0Na+H20

 

(2)羧甲基化反應(yīng)

 

淀粉鈉和氯乙酸鈉在堿性條件下進(jìn)行反成生成羧甲基淀粉鈉， 同時(shí)氯乙酸鈉在堿性條件下發(fā)生生成羥基乙#銫的水解反應(yīng)。

 

主反應(yīng)：Starch--ONa+ClCHzCOONa—?2!L^Starch--0 CHzCOONa+NaCl

 

副反應(yīng)：ClCH2C00Na+H20 Na0H > HOCH2COONa +NaCl+H20

 

(3)反應(yīng)介質(zhì)

 

從經(jīng)濟(jì)和安全方面考慮，通過(guò)分析比較，我們選用一定濃度的 水-乙醇混合液作反應(yīng)介質(zhì)。

 

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

 

向250ml圓底燒瓶投人25g淀粉，加人40mL92.0%(Wv)乙醇及 助劑，開(kāi)動(dòng)電攪拌及恒溫水浴，當(dāng)反應(yīng)物達(dá)到規(guī)定溫度后，將事先用 lOmL 92%乙醇與計(jì)量氯乙酸配好的溶液一部分直接投人到粉乳 中，在規(guī)定的溫度下及規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行酸前處理，之后將事先用 60mL、92%乙醇與計(jì)量氫氧化鈉配制好的溶液在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)連續(xù) 加人到粉乳中，再加人余下的氯乙酸乙醇溶液，之后保持規(guī)定的溫 度在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行羧甲基化反應(yīng)。反應(yīng)終了進(jìn)行液固分離，用 乙醇洗滌濾餅至無(wú)C1V濾餅用冰醋酸中和至中性。之后進(jìn)行液固分 離，將濾餅在干燥箱中干燥2小時(shí)，磨碎即得產(chǎn)品。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行取代 度(DS)檢測(cè)。

 

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

 

根據(jù)以上步驟測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表2-1。

 

影響CMS合成的因素很多，下面只做如下幾方面試驗(yàn)條件影 響的討論。

 

3.1乙醇溶液濃度對(duì)產(chǎn)品取代度的影響 乙醇溶液濃度是影響產(chǎn)品取代度的一個(gè)重要因素。從乙醇質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為85%開(kāi)始，隨著乙醇濃度的增加，體系水分的減少，淀粉的取 代反應(yīng)進(jìn)行順利，取代度隨之增加。但乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到92%以

 

后，由于體系中的水分不足以使氫氧化鈉分子充分滲透到淀粉顆粒 的內(nèi)部，取代反應(yīng)僅僅局限在顆粒的表面，產(chǎn)品的取代度降低。因 此，乙醇溶液的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%。

 

3.2乙醇溶液體積對(duì)產(chǎn)品取代度的影響 取乙醇溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%，改變乙醇體積其它反應(yīng)條件，當(dāng) 乙醇溶液的用量較低時(shí)，產(chǎn)品的取代度較低。但當(dāng)乙醇的體積大于 95mL時(shí)，隨著反應(yīng)物濃度的不斷降低，氫氧化鈉分子和淀粉分子碰 撞的次數(shù)也不斷降低，反應(yīng)機(jī)率和效率受到不利影響，因而產(chǎn)物的 取代度也隨之降低。乙醇的最佳體積是95mL。

 

3.3氫氧化鈉用量對(duì)CMS取代度的影響 取乙醇溶液體積為95mL,對(duì)取代度和氫氧化鈉用量之間的關(guān) 系進(jìn)行分析，隨著氫氧化鈉用量的增加，取代度先增加，后又緩慢下 降。當(dāng)氫氧化鈉的量達(dá)到一定的值后，氯乙酸堿化的副反應(yīng)發(fā)生，影 響主反應(yīng)的進(jìn)行，因而的取代度會(huì)下降。氫氧化鈉的最佳用量為 llg。

 

3.4氯乙酸用量對(duì)CMS取代度的影響

 

取氫氧化鈉用量為llg，對(duì)取代度和氯乙酸用量之間的關(guān)系進(jìn) 行分析，取代度隨著氯乙酸用量的增加先增加，后又逐漸降低。隨著 被氯乙酸中和的氫氧化鈉量的增加，導(dǎo)致與淀粉反應(yīng)的氫氧化鈉量 減少，淀粉鈉鹽也隨之減少，因而產(chǎn)品的取代度降低。氯乙酸的最佳 用量為12g。

 

3.5反應(yīng)溫度對(duì)CMS取代度的影響

 

取氯乙酸的用量為12g,對(duì)取代度和醚化溫度之間的關(guān)系進(jìn)行 分析，取代度隨著醚化溫度的增加先增加，當(dāng)溫度超過(guò)50T時(shí)，取代 度反而下降。因此，最佳的醚化溫度是50T：。

 

3.6醚化反應(yīng)時(shí)間對(duì)CMS取代度的影響 取醚化的溫度為50T,醚化反應(yīng)的時(shí)間依次改變?yōu)?20min, 140min, 160min和180min,對(duì)取代度和釀化時(shí)間之間的關(guān)系進(jìn)行分 析，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，取代度先增加，后又降低。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為 140min時(shí)，反應(yīng)物間的接觸達(dá)到最佳狀態(tài)，產(chǎn)品的取代度最大。因 此，最佳的反應(yīng)時(shí)間是140min。

 

4結(jié)論

 

試驗(yàn)中淀粉的含水量和含鹽量會(huì)影響產(chǎn)品的糊粘度增大而難 于操作。氯乙酸的用量增加，易與淀粉分子起反應(yīng)，可增加CMS的 DS值;然而，氯乙酸的用量過(guò)大，易發(fā)生副反應(yīng)生成HOCH2COONa 而降低氯乙酸的利用率。加堿量過(guò)大，副反應(yīng)增加，過(guò)少則利用率降 低。CMS的DS及氯乙酸的利用率隨反應(yīng)溫度的提高而提高[4]。

 

本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，以玉米淀粉為原料，采用溶劑法合成工 藝生產(chǎn)中羧甲基淀粉鈉，醚化劑和燒堿的用量，淀粉的含水量，反應(yīng) 時(shí)間，反應(yīng)溫度等對(duì)其均有影響。最佳實(shí)驗(yàn)條件是：玉米淀粉用量為 25g，乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%，乙醇體積為95mL，氫氧化鈉用量1 lg，氯 乙酸用量12g，醚化溫度50T：，反應(yīng)時(shí)間140min，制備出CMS產(chǎn)品 在常溫下即能糊化，糊的凝沉性好、凍融穩(wěn)定性好，透明度高，具有 良好的水溶性和增稠、乳化、穩(wěn)定性，其色澤，及各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到醫(yī) 藥，食品添加劑的要求;該工藝先進(jìn)合理，較傳統(tǒng)工藝投資少，投產(chǎn) 快，操作簡(jiǎn)便，設(shè)備利用率高，成本低，無(wú)污染，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 十分顯著。

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