濃堿濕法變性淀粉的制備工藝分析

□ 劉孝雷 中糧生化能源（公主嶺）有限公司

傳統(tǒng)的濕法變性淀粉制備工藝有著諸多缺陷。通過研究其反應(yīng)原理發(fā)現(xiàn)，濃堿的使用能夠改善傳統(tǒng)制備工藝的缺陷?；诖耍瑢鈮A釋法變性淀粉制備工藝進行探究有著重要意義。

1 技術(shù)背景

1.1 傳統(tǒng)變性淀粉制備工藝

變性淀粉的生產(chǎn)工藝主要有滾筒干燥法、干法以及濕法，工業(yè)應(yīng)用普遍采用濕法生產(chǎn)工藝。濕法制備變性淀粉的工藝主要是將試劑加入到濃度為20%～40%的淀粉乳中，加2.5%～3.5%質(zhì)量濃度的氫氧化鈉溶液；將試劑調(diào)至堿性，使淀粉活化并在特定溫度下反應(yīng)，注意溫度需低于60 ℃。當(dāng)反應(yīng)條件達到相關(guān)要求后，淀粉仍維持原有的顆粒狀態(tài)，之后對其進行過濾,、水洗并干燥，即可得到變性淀粉[1]。

1.2 傳統(tǒng)變性淀粉制備工藝的不足

濕法制備變性淀粉的關(guān)鍵點是保持良好的淀粉顆粒狀，不讓其受到高堿性和高溫條件的影響，避免出現(xiàn)糊化與膨脹，進而方便后續(xù)的清洗與過濾作業(yè)，保證變性淀粉的產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的濕法制備變性淀粉的工藝需采用濃度較低的氫氧化鈉溶液，主要是防止?jié)鈮A使淀粉顆粒糊化、膨脹；但是稀堿的運用雖然有效避免了淀粉顆粒的膨脹與糊化，但嚴(yán)重降低了工藝的生產(chǎn)效率，產(chǎn)生了大量的污染物。因此，傳統(tǒng)濕法制備變性淀粉的工藝已逐漸不再滿足國家對節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)的要求。

1.3 傳統(tǒng)變性淀粉制備工藝原理

濕法化學(xué)反應(yīng)主要包含交聯(lián)、醚化、酯化、酸化以及氧化反應(yīng)。在堿性試劑中淀粉作為弱離子交換劑被解離后會使淀粉分子攜帶負電，引發(fā)分子的互相排斥，使淀粉顆粒膨脹、糊化。膨脹糊化的淀粉顆粒會對周邊的淀粉結(jié)晶分子體產(chǎn)生作用力，扭曲周邊的淀粉分子結(jié)晶，并使其處于最佳的糊化膨脹狀態(tài)。因此，在堿性條件下，淀粉具有較高的反應(yīng)活性。濕法制備變性淀粉的工藝會借助氫氧化鈉溶液對反應(yīng)體系進行調(diào)節(jié)，使變性反應(yīng)發(fā)生在堿性狀態(tài)下；但濃堿的加入會使水中的淀粉極易糊化，無法進行正常的工業(yè)化生產(chǎn)與制備。因此，借助濃堿活化淀粉并中和淀粉易導(dǎo)致淀粉糊化的問題始終是變性淀粉制備工藝的技術(shù)難點和技術(shù)瓶頸。

2 濃堿濕法變性淀粉的制備工藝

2.1 濃堿濕法變性淀粉的制備工藝步驟

為解決上文所述的技術(shù)不足和技術(shù)缺點，解決傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)過程中排污量較大、耗水量較多的問題。相關(guān)研究機構(gòu)發(fā)明了濃堿濕法變性淀粉的制備工藝。濃堿濕法變性淀粉的制備工藝主要包含下列步驟。①將水與淀粉均勻混合或?qū)⑴蛎浺种苿?、水以及淀粉均勻混合得到淀粉乳。②在高速攪拌或高速勻質(zhì)條件下向淀粉乳中緩緩添加5%～50%質(zhì)量濃度的氫氧化鈉溶液，保持并調(diào)整反應(yīng)體系的pH，加入改性劑并均勻混合；保持溫度條件和反應(yīng)條件，得到相應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物；同時將高速攪拌與高速勻質(zhì)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到20 000 rpm左右。③將反應(yīng)產(chǎn)物的pH調(diào)節(jié)至中性。通過過濾、清洗以及干燥作業(yè)得到變性淀粉。

2.2 濃堿濕法變性淀粉的制備工藝的注意事項

上述制備工藝中所敘述的淀粉主要包含芭蕉芋淀粉、蠟質(zhì)玉米淀粉、西米淀粉、綠豆淀粉、紅薯淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉以及玉米淀粉；膨脹抑制劑通常為碳酸鈉、氯化鈉和硫酸鈉，若反應(yīng)得到的變性淀粉為陽離子淀粉、酯化淀粉或交聯(lián)淀粉,需要將膨脹抑制劑加入到淀粉乳當(dāng)中。改性劑通常為三氯二羥丙基三甲基氯化銨、環(huán)氧丙烷、三聚磷酸鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、正磷酸硫酸鹽酸、乙酸乙烯酯、己二酸桿、乙酸酐、過氧化氫、次氯化鈉三氯氧磷或三偏磷酸鈉，也可將其混合使用。第二項步驟中說到的溫度條件為30～60 ℃，持續(xù)時間為24 h以內(nèi)。第三項步驟中敘述的將pH值調(diào)至中性，通常需要借助硫酸或鹽酸對試劑pH值進行調(diào)節(jié)。

2.3 濃堿濕法變性淀粉的制備工藝的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的變性淀粉制備工藝不同，濃堿濕法變性淀粉制備工藝借助高速攪拌或高速勻質(zhì)將濃堿快速打散，解決了傳統(tǒng)制備工藝中加入濃堿會引發(fā)的淀粉顆粒糊化與膨脹的技術(shù)難題。濃堿濕法變性淀粉的制備工藝借助一定濃度的濃堿提升了反應(yīng)利用效率以及生產(chǎn)能力，有效減少了工業(yè)污染物的排放量，降低了制備過程的化學(xué)品使用量，有效降低了工藝生產(chǎn)成本；尤其在濃堿制備三氯氧磷或三偏磷酸鈉交聯(lián)淀粉、雙氧水氧化或次氯酸鈉淀粉、醋酸酯淀粉、磷酸酯淀粉以及酸降解淀粉等方面，極大地提升了制備的反應(yīng)效率，有效實現(xiàn)了高產(chǎn)、節(jié)水、高效環(huán)保的戰(zhàn)略目的。

3 結(jié)論

綜上所述，傳統(tǒng)的濕法變性淀粉的制備工藝的生產(chǎn)效率較低且容易產(chǎn)生大量的污染物，無法滿足新形勢下國家節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)的要求。濃堿濕法變性淀粉的制備工藝借助高速攪拌或高速勻質(zhì)解決了淀粉顆粒糊化與膨脹的技術(shù)難題，充分提高了生產(chǎn)效率，有效降低了生產(chǎn)成本。