[發明專利]一種尿素改性淀粉的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202010021245.8
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111234040A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 熊曉鵬;于秀玲
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C08B31/00
• 分類號: C08B31/00;C08L3/04;C09J103/04;A61K47/36;A23L29/219;A23L29/30;C02F1/56
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;姜謐

本發明公開了一種尿素改性淀粉的制備方法及其應用，包括如下步驟：(1)將尿素、水和淀粉混合攪拌均勻，經過濾后冷凍干燥；(2)將步驟(1)所得的物料進行粉碎，于50?150℃保溫反應1?50h，或于50?1200W的功率下進行微波輻照加熱10s?60min，冷卻至室溫；(3)將步驟(2)所得的物料經充分水洗，再進行真空干燥，即得所述尿素改性淀粉，其含氮量為0.01?15wt％。本發明在無溶劑無催化劑條件下用尿素對淀粉進行改性，工藝簡便、綠色環保、能耗低，不僅減少了普通淀粉改性的復雜步驟，也克服了已有法的耗時長、條件苛刻、成本高、后處理復雜，且副產品較多的問題。

技術領域

本發明屬于淀粉改性技術領域，具體涉及一種尿素改性淀粉的制備方法及其應用。

背景技術

淀粉存在于許多植物的種子、莖或塊根中，來源豐富、價格低廉、安全無毒，是一種可再生、可生物降解、良好生物相容性的天然高分子，是人類和其它生物所需的碳源、能量的重要來源。淀粉的基本構成單位為葡萄糖，葡萄糖脫去水分子后經由糖苷鍵連結在一起所形成的聚合物。淀粉具有優點，淀粉中含有大量的羥基，可通過衍生化改性獲得功能材料，或者也可通過水解獲得醇、醛、酮、酸、酯、醚等產物，因此也是重要的化工原料。因此，對于淀粉的研究、高值化開發利用，符合環境保護和可持續發展戰略。

淀粉在植物中一般呈粒狀，不同來源的淀粉顆粒的大小相差很大，一般介于3～120μm之間。淀粉分子中含有大量的羥基，會形成分子內和分子間氫鍵，促使淀粉分子結晶。因而淀粉具有半結晶的性質，即淀粉顆粒內部存在著兩種不同的結構--結晶結構和無定形結構。淀粉的半結晶的性質導致其難以溶解于普通溶劑中，造成其加工、改性難度增加。把淀粉分散在水中，攪拌制成淀粉乳，并對體系進行緩慢加熱，直至溫度高于80℃，可獲得糊化淀粉。糊化淀粉體系粘度高，具有較好的粘合、凝膠、成膜等性能，可廣泛應用于食品、醫藥、化工、造紙、紡織等行業中。然而，正是由于糊化淀后粘度提高，導致其均勻化升溫過程難度大、耗時長、產品性能不穩定，并且消耗大量能源。因此，對淀粉的衍生化改性開發利用十分必要。例如，Q.Xu等(BioResources，2016，11(3)，6756-6767)在水介質中將醋酸乙烯酯和丙烯酸丁酯接枝到淀粉分子上，獲得粘度低、玻璃化溫度低的改性淀粉，提升了淀粉作為粘合劑的應用性能。值得提及的是，糊化淀粉在濃度較高時雖然外觀較均勻，但低濃度時仍可觀察到淀粉在水中分散不均勻、易于沉降，從而降低淀粉應有的效能。H.Yang等(WaterResearch，2017，118 160-166)以過硫酸鉀為引發劑，在N₂氣氛下將丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨加入在糊化淀粉中，經水浴55℃加熱后，制得在水中具有良好分散性的改性淀粉，表現出優異的絮凝性能。然而，反應介質水的存在，使得淀粉改性需要的更多能源，并且大量污染水需要后處理，導致成本大大提升。由此，需開發無溶劑介質的淀粉衍生化改性方法。Y.Wu等(Polymers，2019，11，72)將淀粉和馬來酸酐或者乳酸或者丙烯酸甲酯在無溶劑下直接混合，采用常規加熱方式制得了接枝率較低的淀粉衍生化改性產物；盡管接枝率低，所得改性淀粉的水分散性、粘度等性能卻獲得大大改善。這些研究結果說明，淀粉分子中的大量羥基是能夠衍生化改性，同時說明衍生化改性程度強烈影響淀粉的功能和性能。

近年來，雖然微波輻照輔助化學反應的確切原理仍有較大爭議，但其對能源的高效利用、輔助化學反應的高效和快速，使微波輔輻照助技術在化學合成、熱處理等領域受到越來越多的關注，逐漸成為熱點。例如，X.Xiong等(ACS Sustainable Chem.Eng.2018，6(9)：12320-12327；Carbohydr.Polym.2018，201：367-373)采用微波輻照加熱的方式，在無任何外加催化劑、引發劑以及化學反應介質條件下，成功地對微晶纖維素粉末進行了氨基甲酸酯化或者聚丙烯酰胺化的表面改性，大大提升了微晶纖維素的水分散性和懸浮穩定性。據報道(Starch 1981，33，84-90)，尿素分子能成為氫鍵中H原子供給體，從而有助于淀粉在常溫下的糊化，獲得二者在分子水平的混合物體系。由此，將常溫下的尿素糊化淀粉體系脫水后，進行無溶劑、無催化劑條件下進行加熱，可望成為低污染、高安全性地進行淀粉改性的新方法。