[发明专利]一种改性淀粉及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，特别涉及一种改性淀粉及其制备方法和应用。

背景技术

目前，大多数能源、有机合成材料、石油化工产品的起始原料主要是依赖于石油这种化石资源，由于石油是不可再生资源，人类社会对石油资源的过度消耗使石油资源正日益减少。因此寻找可以替代石油的其它资源，则成为本世纪的科学研究中的一个迫切需要解决的问题。天然高分子是来自自然界中动、植物以及微生物资源，它们是取之不尽、用之不竭的可再生资源。而且，这些材料及制成品废弃后，容易被自然界微生物分解成水、二氧化碳和无机小分子，属于环境友好材料和原料。天然高分子是最有可能成为替代石油成为能源、有机合成材料、石油化工产品的起始原料。所以，世界各国都在逐渐增加人力和财力的投入，对天然高分子的加工和利用进行研究与开发。

淀粉是自然界产量最大的天然高分子之一，主要存在于植物根、茎、种子中。在材料领域，淀粉可作为制备众多种类新型可降解材料的原料。在淀粉中加入极少量的增塑剂等助剂使淀粉分子无序化，可形成具有热塑性的淀粉树脂，这种塑料由于能完全生物降解而越来越得到人们的重视。将淀粉及其衍生物与聚乳酸(PLA)、聚羟基丁酸酯(PHB)等共混同样可以制备性能优良、可生物降解的复合材料。在能源领域，淀粉经生物和化学降解后，可生物转化为乙醇和丁醇等生物能源产品；在材料领域，淀粉生物转化为乳酸和1，3-丙二醇等替代石油基原料用于合成可生物降解的聚合物和其他化学品。在化工领域，通过将淀粉链结构中的部分羟基转换成其他功能基团，可制备各种性能优越的精细化工产品，广泛用于各工业生产行业。

淀粉由α-(1，4)-链接的D-葡萄糖组成，分子含有大量活性羟基，易形成分子内和分子间氢键，淀粉本身含有较高的结晶区，难溶、难熔，从而不能熔融加工，不易与化学或生物变性剂作用。淀粉作为替代石油基的原料用于制备新型材料、能源和化工产品时，都必然涉及到淀粉结晶态改变和改性剂与其分子链结构中活性基团的反应和作用这一基本问题。一方面，淀粉分子施加外能场作用的加工过程，结晶态的变化，将直接影响产物的相结构，而物质的相结构，特别是均匀性直接影响加工所获得的材料的性能。另一方面，在进行化学和生物加工时，结晶态直接影响改性剂与高分子链上的活性基团发生反应和作用。在结晶态时，改性剂难以渗透到结晶区内部与结晶区内部高分子链上的活性基团发生反应和作用，同时反应和作用也难以调控，从而很难达到反应和作用的均匀性。这种反应和作用的不均匀性，使得淀粉在加工时难以控制目标产物的性能或使其加工过程难以进行。例如在结晶态的淀粉不能直接进行熔融加工；在进行酶水解和生物转化时，转化效率低；在进行化学变性时很难获得取代度均匀，质量稳定的产品。我国具有丰富的薯类淀粉资源，其中木薯的种植不占耕地，属非粮植物淀粉；木薯淀粉是最有可能成为生物基材料和生物基能源的生产原料，不影响粮食安全，又可废物利用，可能成为最佳替代石油的原料。因此，薯类淀粉变性深加工中一个需要解决的共性关键问题是：如何采用有效的技术方法使薯类淀粉颗粒中结晶态转化为非结晶态，提高木薯淀粉颗粒的反应活性。近年来，淀粉颗粒非晶态转化，已经成为当前国内外淀粉科学基础研究领域中的一个前沿课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对淀粉颗粒内部的结晶区反应活性低，难以进行化学反应的不足，而提供一种改性淀粉及其制备方法和应用，本发明制备的改性淀粉结晶度降低，反应活性明显提高。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种改性淀粉的方法，包括将淀粉用有机溶剂分散后再加入水混合均匀配制成淀粉悬浮液，采用微波或超声波处理即得改性淀粉。

本发明中，所述的微波或超声波处理是常规的处理方法，优选的，微波作用功率为100W-400W，优选200W-300W，更优选250W-300W。微波作用时间为10秒-300秒，优选100秒-250秒，更优选150秒-250秒。超声波作用功率为250W-500W，优选400W-500W，更优选400W-450W。超声波作用时间为20分钟-50分钟，优选30分钟-50分钟，更优选30分钟-40分钟。

本发明中，在超声波处理时，同常规，超声波处理在冰水浴中进行，以冷却超声波产生的热量。一般地，超声波作用时间为15s，间隔5s，以利于冷却超声波所产生的热量。