酯化淀粉制取工艺条件研究

江 蓉

（黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山 245041）

1 前言

淀粉作为继纤维素的第二大有丰富的来源的可再生的能源，在食品、造纸、纺织、石油、化工、医药等行业生产中被广泛的应用.但工业生产过程中暴露出有很多功能性缺点，因此有必要对原淀粉进行一定的处理，在淀粉分子中引入新的取代基，使变性后的淀粉具有一些其它的特殊用途[1-4].

本文正是采用了乙酸酐为酯化剂，探究不同的影响因素对酯化淀粉酯化过程及酯化结果的影响，分析找出对酯化淀粉酯化取代度最大的影响因素，并寻找出酯化的最佳反应工艺.

2 实验部分

2.1 实验原料与设备仪器

实验原料：可溶性淀粉、盐酸、氢氧化钠、硫酸、无水碳酸钠、酚酞、硝酸银、乙酸酐、无水乙醇，均为分析纯.

主要仪器设备：电热鼓风干燥箱、电子恒速搅拌器、集热式恒温磁力搅拌器、电子分析天平、循环水式真空泵、红外色谱仪、pH（酸度）计.

2.2 实验内容

2.2.1 低取代度乙酸酯淀粉的制取

准确称量可溶性淀粉20.0g与水30mL倒入烧杯中，恒速搅拌n=240～260r/min，保持温度不变，用NaOH溶液调节反应体系的pH（8～9）.搅拌器搅拌30min后，向反应体系中开始滴加乙酸酐，加完乙酸酐后，继续搅拌反应10min，用1mol/L的HCl溶液调节体系溶液的pH值直至中性，真空抽滤，用AgNO3溶液检验滤液中是否含有氯离子，再将过滤后的滤饼粉粹干燥.

2.2.2 取代度的测定

准确称取制取的酯化淀粉烘干样品5.0g和水50mL，置于250mL的碘量瓶中，滴加1%的酚酞指示剂3滴，用0.1mol/L的NaOH溶液滴定.再向碘量瓶中加入0.5008mol/L的NaOH标准溶液25mL，搅拌1h后，用0.4948mol/L盐酸标准溶液滴定，记录用去的盐酸标准溶液的体积V1，同时做一组空白实验，用淀粉代替酯化淀粉，重复上述步骤，记录滴定记录用去的盐酸标准溶液的体积V0，计算取代度DS.

2.3 结果与讨论

2.3.1 乙酸酯淀粉的最佳反应参数的研究分析

本文选用的正交因素是NaOH溶液浓度、反应时间以及乙酸酐用量.通过该三个因素进行三水平的正交实验，找出最佳的反应参数.正交因素见表1.

表1 乙酸酯淀粉实验正交因素水平

根据这三个因素变量，进行正交实验，得出各实验条件下滴定消耗盐酸标准溶液的体积，数据记录见表2.

表2 乙酸酯淀粉实验原始数据记录

用淀粉代替酯化淀粉进行空白实验，滴定用去的盐酸标准溶液的体积V0为24.33mL，根据以下计算公式计算取代度DS：

通过将实验所得的原始数据代入公式（1）和公式（2）中，分别可以计算出ω与DS，利用正交软件计算，得出正交实验表格，见表3.

表3 乙酸酯淀粉正交实验

从表3我们可以得到：因素C的极差R最大，即乙酸酐的用量对取代度的影响更大；而空白列的极差要大于因素B和A，说明了影响因素之间是存在着一定的相互交错的作用，亦或是我们实验时漏掉了其他对结果有影响的因素，例如pH值或反应温度等；因素A和B比因素C影响较小，说明了NaOH溶液浓度以及反应时间对该实验的实验结果影响不太大.综上，其三大影响因素对实验结果影响次序为C>B>A.通过分析每列 k1、k2、k3值，可得出最佳反应正交方案为A2B3C2，即乙酸酐用量为9%，反应时间为90min，NaOH溶液浓度为0.5mol/L，此时所得的乙酸酯淀粉取代度DS值为0.13217.

2.3.2 红外光谱分析

图1 乙酸酯化淀粉红外光谱图

由图1乙酸酯化淀粉(DS=0.13217)的红外光谱中，在1727.19cm-1处有一个吸收峰，而该吸收峰为羰基伸缩振动的吸收峰,表明有酯羰基存在.证明了可溶性淀粉与乙酸酐之间发生了乙酰化反应，在淀粉分子上引入了乙酰基.

3 结论

(1)通过正交实验我们得出对乙酸酯淀粉取代度有影响的因素的影响次序依次为：乙酸酐的用量、反应时间、NaOH溶液浓度.

(2)我们可以得出乙酸酯淀粉的最佳反应正交方案为A2B3C2，即乙酸酐用量为9%，反应时间为90min，NaOH溶液浓度为0.5mol/L，此时所得的乙酸酯淀粉取代度DS值为0.13217.

(3)从红外光谱图中可以看到，以乙酸酐为酯化剂，与淀粉反应生成的乙酸酯淀粉分子上有乙酰基.

〔1〕高嘉安.淀粉与淀粉制品工艺学[M].北京：中国农业出版社，2001.41-56.

〔2〕张燕萍.变性淀粉制造与应用[M].北京：化学工业出版社，2001.14-35.

〔3〕张水洞，张玉荣，汪秀丽，等.用于制备热塑性塑料的双醛玉米淀粉的研究 [J].四川大学学报，（自然科学版），2007，44（3）：256-261.

〔4〕王玉忠，张水洞，张玉荣，等.高羰基含量氧化淀粉的制备方法 [P].中国专利，申请号：2007100506526.