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  • 長鏈脂肪酸淀粉酯的理化性質及合成方法
  • 來源:網絡        2020-01-28         3600
【摘要】

長鏈脂肪酸淀粉酯具有特殊的熱塑性、疏水性、乳化性和可生物降解性。其溶解性受很多因素影響:脂肪酰基的量、淀粉的降解性、淀粉酯的聚合度、淀粉的類型、溶劑的性質以及溫度等。長鏈脂肪酸淀粉酯的合成方法按加工條件的不同可分為有機溶劑法、水媒法、熔融法。按酯化劑的不同,長鏈脂肪酸淀粉酯的合成方法還可分為酸法、氯法和交換法。

長鏈脂肪酸淀粉酯,一般指脂肪鏈在C8以上的脂肪酸淀粉脂,是變性淀粉的一種重要類型。長鏈脂肪酸淀粉酯具有特殊的熱塑性、疏水性、乳化性和可生物降解性。

淀粉

長鏈脂肪酸淀粉酯的理化性質

一般情況下,長鏈脂肪酸淀粉酯外觀仍同原淀粉相似,多呈白色或微黃色粉狀。其溶解性受很多因素影響:脂肪酰基的量、淀粉的降解性、淀粉酯的聚合度、淀粉的類型、溶劑的性質以及溫度等。

長鏈脂肪酸淀粉酯的吸水能力和持水時間均劣于原淀粉,而且隨鏈長度的增加其吸水量減少,這是由于短脂肪鏈不能將淀粉分子上的羥基有效地包圍,致使其親水性強于長鏈的長鏈脂肪酸淀粉酯。

高取代長鏈脂肪酸淀粉酯一般只有一個可測定的玻璃轉化溫度(Tg),并且Tg隨脂肪酸鏈長增加而降低,熔融溫度(Tm)下降甚全完全消失。長鏈脂肪酸淀粉酯熱穩定性較原淀粉要好,并且隨碳鏈長度和取代度的增加而提高,最高分解溫度可達330℃以上。

長脂肪鏈有內增塑作用,由于大量塑性脂肪鏈的引入,高取代的長鏈脂肪酸淀粉酯表現為抗張強度差而膜斷裂伸長率較高,且長鏈脂肪酸淀粉酯膜的斷裂伸長率還會隨脂肪鏈的長度和取代度的增加而增加,但它的抗張強度則會降低。

長鏈脂肪酸淀粉酯的合成方法

長鏈脂肪酸淀粉酯的合成方法按加工條件的不同可分為有機溶劑法、水媒法、熔融法。

有機溶劑法

以惰性有機溶劑(N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、甲苯等)作為反應介質,在堿性催化劑作用下實現均相反應,可以制各取代度不同的長鏈脂肪酸淀粉酯。由于使用了有毒的有機溶劑,制備的產品在應用時受到一定的限制。

熔融法

在高溫高壓下使淀粉與酯化劑直接反應,此法的優點是雖反應速度較快,但工藝條件不易控制,且產品的成本較高。

水媒法

在水中使脂眆酸甲酯和淀粉混合均勻,然后升溫,不斷將水蒸除,以利于淀粉酯的生成。該法雖不使用有機溶劑,成本最低,但對反應物有特殊要求,只適用于脂肪酸甲酯與淀粉的反應。

按酯化劑的不同,長鏈脂肪酸淀粉酯的合成方法還可分為酸法、氯法和交換法。

酸酐法

以脂肪酸酐為酯化劑時,在堿性催化劑作用下,酸酐鍵被打開,其中一端以酯鍵與淀粉分子中羥基相結合,另一端則產生一個羧酸,整個反應體系的pH值隨反應的進行而下降。在反應過程中需不斷加入堿液中和產生的羧酸,以維持反應體系的堿性環境,使反應向有利于酯化反應的方向進行。

酰氯法

脂肪酰氯可以在有機溶劑中以吡啶為催化劑直接與淀粉的羥基進行反應。由于長鏈脂肪酸結構的影響,其他形式的脂化劑不易與淀粉發生酯化反應,通過該法可以制備取代度較高的長鏈脂肪酸淀粉酯。

酯交換法

酯交換法使用接近于天然的脂肪酸中為酯化劑,在堿性條件下,由脂肪酸甲酯和淀粉生成長鏈脂肪酸淀粉酯的反應是殺核取代反應,可以看出,為使反應持續進行,必須增加催化劑與淀粉的碰撞概率,使生成的活性中心ST-O-增加。淀粉經過酸水解形成水解淀粉后,分子鏈變短,但淀粉的結晶結構并未完全破壞,分子內、分子間的氫鍵依然存在,催化劑難以進入結晶區。只有使淀粉充分溶脹后,催化劑、酯化劑才能夠與淀粉分子接觸,實現酯化反應。

其他方法

有人直接將硬脂酸和淀粉混合,在酸性條件下使淀粉部分水解后,高溫、高壓下反應一定時間,制備了硬脂酸淀粉酯,但是取代度相對較低。

表征方法

長鏈脂肪酸淀粉酯的各種性質取決于取代度、脂肪鏈飽和度與碳鏈長度及直鏈/支鏈淀粉之比(Ap/Am)等。目前測定取代度的方法主要采用元素分析法、高分辨核磁共振方法。元素分析法是通過測定樣品中C、O等元素的百分含量,然后與各理論取代度的樣品中C的含量進行對照,以確定樣品的取代度。

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參考文獻

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