氧化辛烯基琥珀酸酯化复合改性淀粉的制备及应用研究

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分别采用水相法和乙醇溶剂法制备了辛烯基琥珀酸淀粉酯,探究了辛烯基琥珀酸淀粉酯的结构和理化性质。采用一步法工艺在水相中合成了氧化辛烯基琥珀酸酯化复合改性淀粉,并进行了在微胶囊中的应用研究。内容分为以下部分:研究了水相法制备工艺。通过单因素实验和正交优化得到辛烯基琥珀酸淀粉酯的水相法最佳制备工艺参数:淀粉乳浓度35%、p H值8.0、反应温度35℃、酸酐10%、酸酐稀释倍数5倍、反应时间4 h,此时取代度为0.0464,反应效率为60.26%。红外光谱图中1728 cm-1和1572 cm-1处的特征吸收峰表明淀粉分子中成功引入了酯羰基;X射线衍射图谱显示酯化反应不会改变淀粉的结晶结构,但是相对结晶度随着取代度的升高而下降。扫描电子显微镜结果显示随着酯化程度增加淀粉颗粒表面变得粗糙。流变性分析显示辛烯基琥珀酸淀粉酯存在剪切稀化现象,具有假塑性流体特征。酯化改性后淀粉抗凝沉性和乳化性大幅提高。研究了乙醇溶剂法制备工艺。通过醇热预处理,得到预处理淀粉,以预处理淀粉为原料采用乙醇溶剂法制备了辛烯基琥珀酸淀粉酯。发现辛烯基琥珀酸酐用量对反应取代度的影响最大,并对制备工艺进行了优化,得到辛烯基琥珀酸淀粉酯的乙醇溶剂法最佳制备工艺参数:淀粉乳浓度35%、p H值8.5、反应温度35℃、酸酐30%和反应时间4 h,此时取代度为0.0889。与未经预处理的原淀粉相比,醇热预处理有助于提高反应效率。红外光谱图表明淀粉分子上成功引入了酯羰基。X射线衍射图谱显示,预处理后淀粉由A型结晶结构转化成A+V型,结晶度由21.48%下降至8.61%,酯化继续降低淀粉的相对结晶度至3.89%。扫描电子显微镜结果显示,与原淀粉相比预处理淀粉颗粒有所膨胀,辛烯基琥珀酸淀粉酯颗粒表面粗糙并且出现明显褶皱,随着酯化取代度升高颗粒形态崩塌。酯化改性后淀粉的冷糊粘度最高可提高至原来的14倍。原淀粉经过预处理后糊液透明度由32.3%降低至10.1%,而酯化后透明度升高至39.5%。在质量分数为0.5%~2.0%的氯化钠溶液中,辛烯基琥珀酸淀粉酯的抗盐性较好。辛烯基琥珀酸淀粉酯的乳化性与取代度成正相关。与原淀粉相比,辛烯基琥珀酸淀粉酯的持水力下降,热稳定性也更差。本研究的技术方法,还进行了工业化放大试验。研究了一步法工艺,按照先氧化后酯化的复合改性顺序,在水相中制备了氧化辛烯基琥珀酸酯化复合改性淀粉。红外光谱图显示淀粉成功发生了氧化反应引入了羧基和成功发生了酯化反应引入了酯羰基,完成了双重复合改性淀粉衍生物的制备。淀粉的氧化改性,会引入羧基产生空间位阻,而不利于后续酯化反应,且随着氧化程度的增加,酯化反应程度下降。氧化程度越高时,氧化辛烯基琥珀酸酯化复合改性淀粉的粘度越低,有利于获得低粘度的产品。扫描电子显微镜结果显示淀粉的氧化辛烯基琥珀酸酯化复合改性会导致淀粉颗粒表面孔洞增加。研究了低粘度复合改性淀粉的制备方法,并进行了微胶囊包埋的应用。以氧化辛烯基琥珀酸酯化复合改性淀粉为原料,在酸热条件下进行降解,制备了低粘度复合改性淀粉,并以其为微胶囊壁材,以大豆油为芯材,研究了喷雾干燥法制得的微胶囊的性能。与单一酯化改性相比,低粘度复合改性淀粉的白度提高至96.5。适当氧化有利于改善淀粉的成膜性,进而提高微胶囊包埋效果,表面油含量最高降低了37.5%,制备了一种白度高达95和包埋率为91.5%的低粘度复合改性淀粉。
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