Способ получения катионного крахмала

(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