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磷酸酯淀粉
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1概念与反应机理 磷酸酯淀粉是将淀粉经磷酸化处理而获得的一种淀粉衍生物。淀粉磷酸酯有单酯类型和双酯类型, 一般采用正磷酸盐、三聚磷酸盐和偏磷酸盐等来余制备淀粉磷酸酯。马铃薯淀粉中存在着天然磷酸酯淀粉, 但真正采用化学改性法研究磷酸酯淀粉是起始于1919年的克尔比(Kerb) 用氯氧化磷合成淀粉磷酸酯的成功。淀粉与磷酸盐反应方程式如下: 淀粉- OH + NaH2PO4 - NaHPO4*淀粉 + H2O 生成的产物为单淀粉磷酸酯, 一般认为是淀粉分子上淀粉的葡萄糖残基C2和C6的羟基较容易进行磷酸作用而酯化。双淀粉磷酸酯是由一个淀粉分子中的两个羟基被同一个正磷酸盐分子酯化, 或两个淀粉分子中各一个羟基同正磷酸盐分子酯化的产物, 这两种二酯以盐的形式出现时皆称为磷酸钠二淀粉。 2生产方法 淀粉磷酸酯生产有干法和湿法两种。单磷酸单酯通常用干法生产, 将磷酸氢钠盐溶液与尿素在水中溶解并混匀, 以喷雾形式加入到不断翻动的淀粉体中, 待搅拌均匀, 静止片刻, 然后在40℃～ 50℃下将物料干燥, 再升温至110℃～ 140℃, 反应1～ 4小时, 即可制得单淀粉磷酸酯。在反应中添加的尿素具有催化作用, 有研究表明,在反应过程中尿素与淀粉结构, 反应的活性部位在尿素的氨基上, 磷酸盐一部分酯化到淀粉羟基上的同时, 又将与淀粉结合的尿素取代下来, 从而扩大了磷酸基取代的位置, 提高了磷酸基的取代度。在单磷酸酯改性淀粉生产中, 所采用的磷酸盐酯化剂有正磷酸盐、三聚磷酸钠、尿素磷酸盐和有机磷酸化剂, 不同酸化剂使用比例方法不同, 所得酯化产物的取代度也有一定的差异。如果采用一定比例磷酸二氢钠、磷酸氢二钠混合作酯化剂, 尿素作催化剂, 在一定pH 值下, 使酯化剂在淀 粉中充分渗透后, 在110℃～ 160℃温度下进行高温酯化反应, 可获得012取代度的单磷酸酯淀粉。另外, 随着挤压技术的发展, 螺杆挤压机也可作为酯化反应器。但由于物料在挤压器中反应时间较短, 选择合理酯化剂和催化剂及合理的挤压条件是制备理想磷酸酯淀粉的关键因素。双酯型磷酸淀粉也是淀粉分子上两个羟基发生交联反应的产物, 大多采用湿法生产。在碱性水悬浮液中使淀粉与氯氧化磷、磷酸、三偏磷酸盐、六偏磷酸盐反应便可制得该类产品, 氯氧化磷在常温下反应, 而三偏磷酸盐需在pH10以上加热条件下进行反应。 3性质和用途 随着取代度的提高, 产物糊化温度愈低, 当取代度达0105左右时, 已经在冷水中溶胀, 糊液开始透明, 显示出高分子电介质特有的高粘度和结构粘性, 当取代度达0101时, 淀粉糊便不易老化。根据上述性质使得磷酸酯淀粉具有广泛的用途。在食品工业中, 磷酸酯淀粉可用作食品增稠剂和稳定剂, 如添加到奶油、奶酪等食品中可赋予食品一定形状, 并提高产品的低温贮藏稳定性。特别是当取代度进一步提高时, 其便显示出高浓低粘性质, 用在水果布丁、水果酱、蛋黄酱、果汁饮料、喷雾干燥粉末制品中起到对食品增稠的作用, 有类似于植物胶的效果。 在造纸工业中, 磷酸酯淀粉可用作湿部添加剂, 起到改善强力和填料留着作用。由于淀粉磷酸酯属阴离子型淀粉衍生物, 对带正电的填料(因填料中有A l3+ 、Ca2+ 等离子) 具有留着作用。另外, 由于磷酸化淀粉糊化液成膜性好、透明度高、粘度稳定, 因而在抄纸生产过程中能赋予纸张较高的强力。其作为着色纸的颜料粘结剂, 具有保持纸张平整光滑、颜料不易脱落、不易吸潮等特点。 |
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