Катионизация крахмала мокрый способ

Способ получения катионного крахмала

Номер патента: 17474

Скачать PDF файл.

Текст

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТИОННОГО КРАХМАЛА(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию(72) Авторы Литвяк Владимир ВладимировичЛовкис Зенон ВалентиновичРебенок Евгений Викторович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию(57) Способ получения катионного крахмала, при котором 30-40 -ную водную суспензию нативного крахмала — картофельного, и/или кукурузного, и/или тапиокового, и/или пшеничного, и/или ржаного, и/или горохового — подвергают ферментативному гидролизу с использованием термоустойчивого бактериального препарата, имеющего -амилазную активность не менее 1500 ед. АС/см 3, при температуре 100 С в течение 10-30 мин, проводят катионизацию в присутствии щелочного катализатора с использованием -(3-хлор-2 гидроксипропил)—триметиламмония хлорида в качестве катионизирующего реагента при температуре 100 С и 11-12 при перемешивании в течение 5-8 ч и сушат на распылительной сушилке. Изобретение относится к крахмалопаточной отрасли, а именно к получению катионного крахмала, который может использоваться в народном хозяйстве (целлюлозно-бумажной промышленности, легкой промышленности, в строительстве и т.д.). Изобретение позволяет разработать высокоэффективный, экономичный способ получения катионного крахмала высокого качества для народного хозяйства. Известен способ катионизации картофельного, кукурузного или пшеничного крахмала,который предусматривает распыление на крахмал раствора катионизирующего реагента глицидил триметиламмония и оксида или гидроксида кальция, после чего смесь нагревается до 80 С, промывается раствором соляной кислоты, фильтруется и высушивается 1. Недостатками способа являются повышенная зольность и низкая вязкость модифицированного катионсодержащего крахмала. 17474 1 2013.08.30 Известен способ получения катионсодержащего крахмала, в котором в нагретый щелочной раствор катионизирующего реагента — 2-хлор-2-гидроксипропилтриметил аммония хлорида прибавляется смесь сухого кукурузного крахмала и сульфата натрия, для поддержанияв ходе реакции используется оксид кальция. После окончания реакции катионизации крахмал промывается раствором соляной кислоты 2. К недостаткам известного способа можно отнести повышенную зольность модифицированного катионсодержащего крахмала, а также наличие частиц клейстеризованного крахмала. Наиболее близким техническим решением к предложенному изобретению является способ получения катионсодержащего крахмала 3 — прототип, в котором к смеси картофельного крахмала, аэросила и твердого гидроксида натрия прибавляется раствор катионизирующего реагента — -(3-хлор-2-гидроксипропил)—триметиламмония хлорида и сухая фумаровая или адипиновая кислота. Недостатком известного способа является необходимость использовать тщательно перемолотый сухой гидроксид натрия, который является гигроскопическим веществом, слеживается при хранении и вызывает образование частиц клейстеризованного крахмала. Высокая температура и щелочь — необходимый катализатор катионизации — способствуют клейстеризации крахмала, что негативно сказывается на ведении технологического процесса и требует постоянного внимания для предотвращения клейстеризации. Получаемый по данной технологии крахмал впоследствии способен к клейстеризации (т.е. к растворению в воде). Также применение аэросила обуславливает повышенное содержание побочных продуктов в крахмале. Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка эффективного, экономичного и экологически безопасного способа получения катионного крахмала с различной степенью катионизации. Это достигается тем, что способ получения катионного крахмала, при котором 3040 -ную водную суспензию нативного крахмала картофельного, и/или кукурузного, и/или тапиокового, и/или пшеничного, и/или ржаного, и/или горохового подвергают ферментативному гидролизу с использованием термоустойчивого бактериального препарата, имеющего -амилазную активность не менее 1500 ед. АС/см 3, при температуре 100 С в течение 10-30 мин, проводят катионизацию в присутствии щелочного катализатора с использованием -(3-хлор-2-гидроксипропил)—триметиламмоний хлорида в качестве катионизирующего реагента при температуре 100 С и 11-12 при перемешивании в течение 5-8 ч и сушат на распылительной сушилке. Способ реализуется следующим образом. Зная характер упаковки полисахаридных молекул и распределение цепей амилопектина в разных областях гранулы, можно утверждать, что катионизация крахмала происходит преимущественно в аморфных областях гранулы, т.к. катионизирующему реагенту легче атаковать амилопектин в неплотно упакованных аморфных областях. Катионизации подвергаются гидроксилы глюкопиранозы крахмала в положении 2, 3 и 6. Причем наиболее часто эпихлоргидрин взаимодействует с гидроксилом в положении 2 глюкопиранозы. 17474 1 2013.08.30 Поэтому для увеличения возможности взаимодействия катионсодержащего химического агента с полимерными цепями нами предложено проводить одновременно клейстеризацию крахмала и его ферментативное разжижение с использованием бактериальных(термоустойчивых) амилололитических ферментных препаратов, например Термамилили другие аналогичные. Так, Термамил(фирма , Дания) — жидкость коричневого цвета, удельной плотностью 1,20-1,25 г/см 3, с -амилазной активностью 1900 ед. АС/см 3,используется для разжижения. Ферментный препарат вносят из расчета на 1 т абс. сух. крахмала — 0,5-1,0 л препарата. Крахмал клейстеризуется в результате нагрева 30-40 -ной крахмальной суспензии до 100 С, а затем осуществляется ферментативное разжижение в течение 10-30 мин также при температуре 100 С. Для приготовления 30-40 -ной водной крахмальной суспензии в качестве крахмалосодержащего сырья используют нативный картофельный крахмал, и/или нативный кукурузный крахмал, и/или нативный тапиоковый крахмал, и/или нативный пшеничный крахмал, и/или нативный ржаной крахмал, и/или нативный гороховый крахмал. Процесс катионизации осуществляется в 30-40 -ной водной суспензии крахмалосодержащего сырья. Катионизирующим реагентом служил -(3-хлор-2-гидроксипропил)—триметиламмония хлорид Характеристика 1. М.м. — 188,1.-(3-хлор-2-гидроксипропил)-2. Плотность при концентрации 65- 1,16 г/см 3,триметиламмония хлорид (эпихлоргидрин) 69- 1,17 г/см 3. 3 3. Бесцветная или слегка желтая Катализатором процесса катионизации крахмалосодержащего сырья являлись оксид натрия, и/или оксид калия, и/или гидроксид натрия, и/или гидроксид калия, и/или их смеси в различном соотношении. Процесс катионизации проводят в три стадии при 7 и интенсивное перемешивание в течение 5-8 ч при температуре 100 С. Во время процесса катионизации крахмалосодержащего сырья наиболее благоприятныйсреды 11-12. 17474 1 2013.08.30 В дальнейшем катионный крахмал подвергается сушке при помощи распылительной сушилки. Для осуществления описанных технологических процессов используется следующее оборудование химические реакторы с мешалками и обогревом, центрифуги распылительные, сушилки и упаковочное оборудование. Далее приведены примеры конкретного выполнения изобретения. Пример 1. Осуществляют клейстеризацию 35 -ной водной суспензии нативного картофельного крахмала в результате ее нагревания до 100 С. Затем проводят ферментативное разжижение с применением бактериального (термостабильного) ферментативного препарата Термамил(-амилазная активность — 1900 ед. АС/см 3) в течение 10 мин при температуре 100 С. Ферментный препарат вносят из расчета на 1 т абс. сух. крахмала — 0,5 л препарата. Затем проводят катионизацию с применением -(3-хлор-2-гидроксипропил)-триметиламмония хлорида в течение 5 ч при температуре 100 С,11 и перемешивании с последующей сушкой на распылительной сушилке катионного крахмала. Катализатором процесса катионизации являлся гидроксид натрия. Пример 2. Осуществляют клейстеризацию 40 -ной водной суспензии нативного кукурузного крахмала в результате ее нагревания до 100 С. Затем проводят ферментативное разжижение с применением бактериального (термостабильного) ферментативного препарата Термамил(-амилазная активность — 1800 ед. АС/см 3) в течение 15 мин при температуре 100 С. Ферментный препарат вносят из расчета на 1 т абс. сух. крахмала — 0,8 л препарата. Затем проводят катионизацию с применением -(3-хлор-2-гидроксипропил)-триметиламмония хлорида в течение 8 ч при температуре 100 С,12 и перемешивании с последующей сушкой на распылительной сушилке катионного крахмала. Катализатором процесса катионизации являлся оксид натрия. Пример 3. Осуществляют клейстеризацию 30 -ной водной суспензии нативного тапиокового крахмала в результате ее нагревания до 100 С. Затем проводят ферментативное разжижение с применением бактериального (термостабильного) ферментативного препарата Термамил(-амилазная активность — 1500 ед. АС/см 3) в течение 30 мин при температуре 100 С. Ферментный препарат вносят из расчета на 1 т абс. сух. крахмала — 1,0 л препарата. Затем проводят катионизацию с применением -(3-хлор-2-гидроксипропил)-триметиламмония хлорида в течение 6,5 ч при температуре 100 С,11,5 и перемешивании с последующей сушкой на распылительной сушилке катионного крахмала. Катализатором процесса катионизации являлся гидроксид калия. Изобретение позволяет разработать высокоэффективный, экономичный способ получения катионного крахмала и получить химически модифицированный замещенный крахмал высокого качества с различной степенью содержания связанного азота для нужд народного хозяйства. Источники информации 1. Патент США 4,332,935, 1982. 2. Патент США 4,464,528, 1982. 3. Патент США 4,906,745, 1990. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4

МПК / Метки

Код ссылки

Способ получения катионного крахмала

Номер патента: 12849

. моль) ЭХГ. Через 5 часов к полученному раствору приливают 15 мл 10 -ного водного раствора(0,0425 моль). При этом температуру водяной бани увеличивают до 40 С и реакцию проводят в течение 12 часов при постоянном перемешивании. После этого добавляют 3 мл 25 -ного раствора соляной кислоты для прекращения реакции, перемешивают в течение 5 мин. Затем осадок катионного крахмала отделяют на фильтре и промывают водноизопропанольной смесью (11) до.

Способ получения катионного крахмала для бумажной промышленности сухим методом

Номер патента: 17335

. 186 сП. Результаты анализа (40 ч) кат.0,394 , Зкат.0,0476,69,0 ,99 сП. Результаты анализа (72 ч) кат.0,393 , Зкат.0,0475,68,7 ,70 сП. Из приведенных данных видно, что реакция катионизации крахмала в данной системе завершается за 40 ч. Пример 5. К 112 г (0,615 моль, 99,7 г сухих веществ) кукурузного крахмала, помещенного в реактор-смеситель, при перемешивании добавляют 2,6 г (0,0928 в мольэкв) . Затем к 13,3 г 60 -ного раствора.

Способ получения катионсодержащего крахмала

Номер патента: 12797

. образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение является разработка эффективного, экономичного и экологически безопасного способа получения катионсодержащего крахмала с заданной степенью катионизации. Это достигается тем, что способ получения катионсодержащего крахмала, включающий обработку сухого крахмала катионизирующим реагентом, щелочным катализатором и малеиновым ангидридом или янтарной кислотой, отличается тем.

Способ получения микробиологически чистого крахмала и способ получения модифицированного крахмала

Номер патента: 10952

. и требует значительных энергетических затрат. Предварительное увлажнение с добавлением химических реагентов к крахмалу незначительно влияет на эффективность гамма-облучения и не позволяет впоследствии быстро и полностью стабилизировать физико-химичесчкие свойства облученного крахмала. Кроме того, последующая сушка крахмала — крайне энергоемкий процесс. Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является.

Способ получения водорастворимых физиологически совместимых сложных эфиров крахмала, сложный эфир крахмала

Номер патента: 2765

. кислоты, такие как соляная или серная кислота. В качестве энзима для энзимного гидролиза предпочтительна-амилеза. Можно также комбинировать кислотный гидролиз с энзимным, причем в любой последовательности. Степень гидролиза можно легко контролировать путем измерения вязкости разбавленной водой пробы, с целью определения этим способом желаемого расщепления и окончания реакции гидролиза. В протекающей, согласно изобретению, стадии.

Источник

Катионный крахмал

Катионный крахмал (КтК) является одним из самых сложных про­изводных полисахаридов. Его получают в результате реакции полисаха­ридов крахмала с химическими соединениями, включающими аминные, иминные, аммонийные, сульфониевые или другие группы, имеющие положительные заряды.

Коммерческое значение приобрели третичный и четвертичный аммо-

нийные эфиры крахмала. Особенностью этих соединений является то, что они имеют положительные заряды на цепях полисахаридов и способны взаимодействовать с отрицательно заряженными частицами.

В бумажной промышленности, как для поверхностной, так и внутри-массовой проклейки, используют кукурузный, картофельный, тапиоковый, пшеничный и рисовых крахмал.

Основным качеством, которым должен обладать крахмал, является хорошее удержание на волокне. В зависимости от степени замещения крахмала катионными группами и его природной основы они удержива­ются по разному. При степени замещения от 0,03 до 0,04 моль/моль кар­тофельный крахмал удерживается более чем на 95%, кукурузный — 60%, нативный — 50%. Катионный крахмал удерживает и закрепляет на волокне частицы клея, но только при степени замещения выше 0,025 моль/моль. Нативный крахмал не влияет на удержание нейтрального клея. В виду большой адсорбции катионного крахмала на волокне увеличивается при­рост механических показателей.

Катионный крахмал можно получать различными методами:

-обработкой нативного крахмала реагентами в водной суспензии или в органическом растворе — «мокрый» метод;

— смешиванием исходного крахмала с реагентами при ограниченном
содержании воды — «сухой» метод;

— влаготермомеханической обработкой крахмала с реагентами на
вальцовой сушилке, экструзионной установке, развариванием в специ­
альных аппаратах.

Фирмой «DEGUSSA-Huls» (Голландия) разработан процесс сухого катионирования картофельного, пшеничного, кукурузного и тапиокового крахмала. В соответствии с ним в смеситель при комнатной температуре загружают крахмал, катионизатор (QUAB-188) и специально разработан­ный активатор — неорганическую щелочь с добавками. Эту смесь подвер­гают обработке в течение 30 мин. Значительная часть эпоксида реагирует с крахмалом при смешивании, которое продолжается в течение 2. 3 час, а продукт выдерживается до 7 дней. После ее завершения в катионном крахмале остается менее 100 ч эпоксида. При нагревании до 40°С реакция протекает за одни сутки, а при более высокой температуре — за несколько часов. В ней может быть использован 2,3-эпоксипропилтриметиламмоний хлорид, З-хлор-2-оксипропилтриметиламмоний хлорид (QUAB-188), 2-хлорэтидциэтиламин (СЕД). Последний применяют в кислой среде, по­этом метода выход реакции увеличивается до 90.. .95% (пшеничный, кукурузный и тапиоковый крахмал).

Катионовый крахмал без добавок или «с мономерами винилового ацетата и кротоновой кислоты применяют для подкрахмаливания ткани, что обеспечивает ее жесткость и гладкость. Он хорошо проявляет себя как компонент моющих средств, шлихты для стекловолокна, краски для печати акриловых нитей. С его использованием повышается устойчивость ткани к сминаемости, ее разрывная прочность, ткань становится более мягкой.

Мировая практика показывает, что одним из основных вспомогатель­ных веществ в целлюлозно-бумажной промышленности является крахмал. Это обусловлено как его уникальными функциональными свойствами, так и низкой ценой, возобновляемостью сырьевых ресурсов и экологической чистотой.

Основное применение крахмала — это повышение прочности бумаги (в особенности поверхностной прочности). Применение модифицирован­ных крахмалов дает дополнительный эффект, связанный с повышением удержания ими мелкого волокна, наполнителя, оптически отбеливающих и проклеивающих веществ. Этот эффект выражается в снижении неравно­мерности свойств бумаги по сторонам листа, что особенно важно для тех видов продукции, у которых рабочими являются обе стороны, например, у бумаги для письма и печати.

Как показала практика, картофельные катионные крахмалы самые лучшие для внутримассового введения, а для поверхностной проклейки — окисленный горячего приготовления.

В будущем широкая замена модифицированных крахмалов в произ­водстве бумаги и картона другими упрочняющими веществами малове­роятна, так как крахмал — возобнавляемый продукт однолетних растений. Его утилизация в окружающей среде не приводит к нарушению уже суще­ствующих трофических цепей, а модификация требует затрат реагентов, произведенных из невозобновляемого сырья, в количестве не более 5. 10% от массы крахмала.

Наибольший эффект с минимальными потерями ожидают от ис­пользования модифицированных крахмалов при производстве газетной бумаги. Они позволяют уменьшить массу 1 м 2 и/или увеличить зольность бумаги при сохранении или даже увеличении ее прочности. Дополнительно появится возможность уменьшения целлюлозы в композиции и улучше­ния удержания в массе оттеночных красителей. Применение катионных крахмалов способствует улучЩению самых главных показателей качества

у широкого применения он не получил. При использовании «сухого»

газетной бумаги: разрывной длины и прочности в сухом состоянии, сни­мается запыленность и улучшается цветность бумаги.

В настоящее время в мировой практике при изготовлении картона для плоских слоев и бумаги для гофрирования с большим содержанием макулатуры используют три метода повышения прочностных показателей с применением крахмалопродуктов:

— введение в массу от 8 до 20 кг/т катионного крахмала;

— нанесение на клеильном прессе окисленных или других модифицированных крахмалов в количестве 10. 50 кг/т;

— нанесение дисперсий крахмалов с помощью спрысков на сеточной
части (по разным данным до 50 кг/т) или между слоями при двух-сеточном
формовании.

Катионный крахмал является хорошим флокулянтом в различных производствах.

Сшитый нерастворимый катионный крахмал является эффективным анионообменником для удаления из сточных вод хроматов, дихроматов, железа, цианидов, молибдата и перманганата.

При обработке катионного крахмала иминоуксусной кислотой обра­зуются хелатные соединения с тяжелыми металлами. Этот вид модифици­рованного крахмала или его производные используют при изготовлении косметических изделий.

Оксиэтилированный катионный крахмал в сочетании с другими компонентами применяют как шампунь для мойки волос. Сополимерный с 4-винилпиридином и обработанный этилбромидом катионный крахмал образует бактерицидное вещество для фармацевтических композиций.

Особенно высок эффект применения катионного крахмала в бумажной промышленности — при проклейке мокрой бумажной массы для лучшего удержания в ней мелких целлюлозных волокон и наполнителей, а также снижения потерь с подсеточной водой.

10.11. Модифицированные крахмалы, разрешенные к применению в пищевой промышленности:

Е1400 — термически обработанный крахмал;

Е1401 — крахмал, обработанный кислотой;

Е1402 — крахмал, обработанный щелочью;

Е1403 — отбеленный крахмал;

Е1404 — окисленный крахмал;

Е1405 — крахмал, обработанный ферментными препаратами;

Е1410 — монокрахмал фосфат;

Е1413 — фосфатированный дикрахмалфосфат;

Е1414 — ацетилированный дикрахмалфосфат;

Е1420 — ацетатный крахмал;

Е1422 — ацетилированный дикрахмаладипат;

Е1423 — дикрахмалглицерин ацетилированный;

Е1440 — крахмал оксипропилированный;

Е1442 — дикрахмалфосфат оксипропилированный;

Е1443 — дикрахмалглицерин оксипропилированный;

Е1450 — крахмала и натриевой соли октенилянтарной кислоты эфир;

Е1451 — крахмал ацетилированный окисленный.

Источник