СПОСОБ ГИДРОЛИЗА КРАХМАЛА Советский патент 1973 года по МПК C08B31/18 

Известен способ гидролиза крахмала, состоящий в смешении крахмала с летучей кислотой, например соляной илИ азотной, с последующим высушиванием и нагреванием получаемой смеси при 80-200°С на противнях или в барабанах. При этом крахмал нагревается в относительно тонких слоях, что не дает возможности правильно регулировать процесс гидролиза, и получаются сильно окрашенн.ые продукты с очень разной степенью гидролиза.

С целью повышения качества целевых продуктов предложен способ гидролиза крахмала, заключающийся в том, что крахмал смешивают с нелетучими кислотами или водорастворимым амидом. Полученную смесь высушивают до содержания влаги не более 12%, добавляют трикальцийфосфат, или окись магния, или коллоидальную окись кремния с дальнейшим нагреванием в псевдоожижеином состоянии при 80-200°С, предпочтительно 110--140°С. В качестве кислоты применяют фосфорную, пирофосфорную, поаифосфорную, сульфаминовую, серную кислоты в количестве 0,5-20% от веса крахмала, а в качестве амида - мочевину, формамид, акриламид в количестве 5-50% от веса крахмала.

Трикальцийфосфат, окись магния или коллоидальную окись кремния добавляют в.количестве 0,1-2% от веса крахмала. Нагревают эту смесь в псевдоожиЛсенном состоянии, пропуская через нее струю газа со скоростью, достаточной для достижения

псевдоожиженного состояния гранул крахмала.

По этому способу можно применять все крахмальные продукты в гранулированном виде, начиная от натурального, иежелатинизированного крахмала. Примерами таких продуктов являются злаковые крахмалы- маисовый, пшеничный, рисовый, крахмал из восковидного маиса и крахмал из маиса с большим содержанием амилозы; крахмал из

картофеля и корня красаны; стеблевые крахмалы (крахмал саго), а также крахмалы, модифицированные путем обработки кислотой, теплом, окислителями, этерифицирующими реагентами или ускорителями, при услоВИИ, что крахмал сохраняет гранулированную форму. Эти крахмалы имеют гранулы размером, пригодным для псевдоожижения. При содержании влаги в крахмале более 12% взаимное трение между гранулами повышается и псевдоожижение затрудняется. Поэтому перед началом обработки в псевдоожиженном слое содержание влаги доллшо составлять не более 12%. Способность крахмала к образованию псевдоожиженного слоя

можно усилить путем добавления небольших

количеств (0,1-2% от веса крахмала) трикальцийфосфата, окиси магния или коллои дальной окиси кремния.

К пригодным для. данной цели нелетучим кислотам относятся фосфорная, пиро- и полифосфорная, сульфаминовая. и серная кислоты. Если такие кислоты применяются порознь, то добавляют 5-15% фосфорных кислот, 2-8% сульфаминовой или 0,5-3% серной кислоты (в пересчете на 100%-ную кислоту) от веса крахмала. Нелетучие кислоты можно применять в сочетании с летучими неорганическими кислотами, например соляной или азотной, и такой органической кислотой, как лимонная.

Пригодными водорастворимыми амидами являются мочевина, метил-, аллил-, метилол-, тио- и дицианмочевина; формамид, амид масляной кислоты и акриламид. Амиды можно применять каладый отдельно или в виде их смесей. Предпочтительно применять мочевиву в количестве 5-25% от веса крахмала.

Однородную смесь крахмала, нелетучей кислоты и водорастворимого амида можно приготовить различными способами, например путем тщательного перемешивания влажного крахмала (содержание влаги 35-40%) с жидкой или порошкообразной кислотой или амидом, или путем опрыскивания воздушносухого крахмала водными растворами кислоты или амида. Крахмал можно также суспендировать в водном растворе кислоты или амида и после смешивания отделить крахмал при фильтровании на вакуум-фильтре.

Во всех случаях получают смесь влажного кристалла и абсорбированной кислоты или абсорбированного амида, содержание влаги которой доводят до менее 12% путем сушки, например, в воздушной сушилке. Смесь желательно высушить до содержания влаги не более 8%, а затем к ней до.бавить веш,ество, повышающее подвижность частиц смеси, т. е. трикальцийфосфат, окись магния или коллоидальную окись кремния.

Высушенную смесь псевдоожижают и нагревают. Предпочтительным газом для создания псевдоожиженного слоя является воздух, подаваемый со скоростью 0,5-20 см/сек, пригодны также азот, двуокись углерода и их смесь. Даже при применендаи воздуха исключается возможность взрыва.

В зависимости от конструкции примененного аппарата образуются псевдоожиженные слои разных типов.

Крахмал в псевдоожил енном слое можно обрабатывать периодическим и непрерывным методами. В последнем случае смесь крахмала, кислоты и амида непрерывно подается в реактор и так же непрерывно удаляется из него.

Смесь крахмала, кислоты и амида в псевдоожил енном состоянии нагревают до темпера туры 80-200°С. При температуре ниже 80°С скорость гидролиза недостаточная, а при температуре выше 200°С имеется опасность, что

крахмал обуглится. В зависимости от желаемой степени гидролиза реакционный период колебаться в пределах от нескольких минут при 200°С и до 24 час и более при 80°С. Предпочтительный предел рабочей тем пературы 110-140°С, при этом вначале массу нагревают медленно с целью испарения содержащейся в ней воды.

При этой предпочтительной температуре реакция заканчивается в течение периода от 30 мин до 3 час. В результате нагревания гидролиз проходит в значительной степени. Однако при температуре выше 120°С протекает вторая реакция неизвестного типа, при которой молекулы крахмала образуют поперечные связи. Так как при образовании попе речных связей увеличивается вязкость крахмала, то уменьшение вязкости в результате гидролиза компенсируется увеличением вязкости при образовании поперечных связей. При обычном способе нагревания на противнях или в бара,бан1ах происходит местный перегрев крахмала, в результате которого образуются поперечные связи. Это является одной из причин плохой воспроизводимости результатов гидролиза по известному способу. По описываемому способу все частицы крахмала нагреваются в одинаковой степени, благодаря чему устран яются местный перегрев и сопровождающее его образование поперечных связей. При ведении реакции в псевдоожилсенном состоянии образуются продукты высшего качества с небольшой вязкостью. Эти продукты при обычном производственном процессе получить нельзя.

Получаемый гидролизованный крахмал светлого цвета и однородный, без черных крапин, обусловленных местным перегревом. Гранулы крахмала сохраняют свою структуру, способны вращать плоскость поляризации. Эти продукты растворимы в воде при те.мпературе более низкой, чем исходный продукт. рН нагретого раствора почти нейтральная, хотя суспензия продукта в холодной воде имеет кислую реакцию. Растворы такого продукта прозрачные, светло окрашены и очень стабильны, т. е. остаются прозрачными и жидкими при хранении в течение длительного периода. В противопололсность обычным продуктам гидролиза крахмала, продукты, полученные по описываемому способу, не обладают восстановительной способностью при испытании с реактивом фелинга на восстановление углеродов. Отсутствие восстанавливающих концевых групп имеет вяленое значение при многих применениях. Степень гидролиза, которую легко можно воспроизводить, выбирают такой, чтобы вязкость 25%-ного раствора в воде составляла 10- 1200 спз. При сушке растворов получаются эластичные пленки, хорощо растворимые в холодной воде. При сушке продукта гидролиза в присутствии альдегида образуются растворимые в воде пленки при нейтральном или щелочном значении рН. К при5годным альдегидам относятся, например, формальдегид, глиоксаль, полиакролеин и диальдегид-крахмал. Продукты гидролиза, полученные с применением фосфорной кислоты, можно сделать нерастворимыми при5 добавлении солей многовалентных металлов, например сульфата алюминия, основного хлорида алюминия или карбоната циркониламмония. Продукты, полученные по данному способу,10 можно применять в бумажном производстве - для проклейки, покрытия или гуммирования поверхности бумаги, в текстильной промышленности - для шлихтовки пряжи и тканей, в литейном производстве - в качестве15 связующего стержней. Кроме того, продукты гидролиза крахмала можно использовать в качестве клеев и сгустителей. Пример 1. 600 ч. картофельного крахмала, содержащего 35% влаги, тщательно20 смешивают с 50 ч. 89%-ной фосфорной кислоты и 120 ч. мочевины. Влажную смесь высущивают в вакууме до содержания в ней 7% влаги и смешивают с 0,5% трикальцийфосфата. Полученную порошкообразную25 смесь помещают в аппарат и при помещиваНИИ и подаче воздуха доводят до псевдоожиженного состояния. Температуру псевдоожиженного крахмала медленно повышают до 125°С и поддерживают на этом уровне в те-зо чение 1 час. Получают гранулированный продукт светлого цвета. Из одной части этого продукта при кипячении с 3 ч. воды получают прозрачную35 пасту, которая остается прозрачной и не густеет п.ря хранении в течение 24 час. Гидролизованный крахмал не восстанавливает реактива фелинга. Такие же продукты были получены из воскообразного маиса, окислен-40 ного картофельного крахмала, пшеничного оксиэтилированного крахмала и ацетилированного крахмала тапиока. Пример 2. 400 ч. маисового крахмала суспендируют в 600 ч. воды, в которой пред-45 варительно растворяют 18 ч. сульфаминовой кислоты и 72 ч. мочевины. Суспензию перемешивают в течение 1 час при комнатной температуре и профильтровывают. . Влажный остаток на фильтре вьгсушивают до содержа-50 ния в нем 4% влаги и смешивают с 0,1% коллоидальной окиси кремния. Порошкооб6разную смесь флюидизируют с помощью воздуха в аппарате. Обработку производят в течение 3 час при 150°С. Получают продукт светло-коричневого цвета, сохранившего форму гранул. При легком нагревании 1 ч. продукта растворяется в 4 ч. воды, в результате чего получают вязкую прозрачную, очень ставильиую пасту, Пример 3. 500 ч. крахмала тапиока тщательно смешивают с ра створом 26 ч. 10 н. серной кислоты и 75 ч. мочевины в 100 ч. воды. Эту смесь высушивают до содержания в ней 5% влаги и смешивают с 0,2% трикальцийфосфата. С помощью азота порошкообразный продукт доводят в аппарате до псевдоожиженного состояния и в течение 1 час нагревают при 125°С. Конечный продукт представляет собой гранулированный крахмал светлого цвета, При кипячении 1 ч. его с 2 ч. воды получают прозрачную, практически нейтральную (рН 6,1) пасту, которая не изменяется при хранении в течение иескольких дней. Предмет изобретения 1. Способ гидролиза крахмала путем смешения крахмала с кислотой, последующим высушиванием и нагреванием полученной смеси до 200°С, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества целевого продукта, крахмал смешивают с нелетучей кислотой и водорастворимым амидом, полученную смесь высушивают до содержания влаги не более 12%, добавляют трикальцийфосфат или окись магния, или коллоидальную окись крем.ния с дальнейшим нагреванием в псевдоожиженном состоянии при 110-140°С. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кислоты применяют фосфорную, пирофосфорную, полифосфорную, сульфаминовую и серную кислоты в количестве 0,5- 20% от веса крахмала. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве амида применяют мочевину, фор.мамид, акриламид в количестве 5-50% от веса крахмала. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что три.кальцийфосфат, или окись магния, или коллоидальную окись кремния добавляют в количестве 0,1-2% от веса крахмала.