本发明属于淀粉改性领域，涉及一种改性淀粉的生产方法，特别涉及一种药用羟丙基淀粉的生产工艺。
背景技术：
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质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。然而，淀粉由α-(1，4)-链接的D-葡萄糖组成，分子上含有大量活性羟基，易形成分子内和分子间氢键，所以淀粉本身含有较高的结晶区，难溶、难熔，从而不能熔融加工，也不易与化学或生物变性剂作用。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，提高薯类淀粉颗粒的反应活性。羟丙基淀粉是用途非常广泛的变性淀粉，大量应用于食品、医药、造纸、纺织、精细化工等工业中，其性质和用途主要取决于淀粉的变性程度，即分子取代度MS。目前，羟丙基淀粉的制备方法主要有淀粉乳湿法、有机溶媒法、干法和微乳化法等，已实现工业化生产的方法有淀粉乳湿法与有机溶媒法。淀粉乳湿法是将淀粉、1，2-环氧丙烷等原料投入水中进行反应，由于是以水为反应介质，易造成反应过程淀粉过度溶胀，使得淀粉乳液的粘度大大增加，从而造成1,2-环氧丙烷与淀粉的羟丙基化反应效率下降，仅能得到分子取代度（MS）较低的产品，使其应用的范围受到限制。有机溶媒法是将淀粉分散于醇或酮有机溶剂中，然后与环氧丙烷反应，此法可制得较高取代度羟丙基淀粉。授权公告号为CN101768224公开了一种羟丙基淀粉的制备方法，其采用了极性的异丙醇为分散剂，首先将淀粉加入极性分散剂配成淀粉乳液，再加入淀粉重量2-6%的溶胀剂，所述的溶胀剂为氢氧化钠或氢氧化钾，加热回流反应100-140分钟后降至室温，经过滤、洗涤，得到预溶胶淀粉；然后将预溶胀淀粉、极性分散剂、碱性催化剂及环氧丙烷混合后，加热回流反应，然后降至室温，中和催化剂至体系中性，经中和、过滤、洗涤和干燥后，得到羟丙基淀粉。但是采用该专利的方法具有如下问题：1、所采用的碱性催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾，其用量为淀粉重量的12-20%，强碱性物质不仅会加速环氧丙烷的开环反应，而且也会加速副产物的形成，如丙二醇等。2、整个反应过程中所需使用的强碱性物质的量也比较大，如溶胀剂、催化剂均为强碱，因此对于设备的腐蚀及对环境的影响也比较令人担忧。3、由于反应是在非密闭条件下进行的，而环氧丙烷和分散介质异丙醇均为易挥发物质，单纯的冷凝回流仍然会造成一定的损失。因此，为了达到理想的产物取代度，反应中需要加入过量的环氧丙烷，而环氧丙烷的价格较为昂贵，因此进一步增加了反应的成本。授权公告号CN1052986公开了一种高取代度羟丙基淀粉的制备方法，其采用了非极性的环己烷为分散剂，首先将淀粉分散在环己烷中形成淀粉悬浊液，然后加入催化剂溶液搅拌20~40min，通氮气将空气排尽后再加入环氧丙烷，密闭条件下于80-130oC搅拌反应0.5至3小时，在将环己烷回收套用后将反应产物置于冷水中浸泡过夜，随后经中和、加热絮凝和干燥后，得到羟丙基淀粉。但是采用该专利的方法具有如下问题：1、所采用的分散剂为非极性溶剂，不仅与淀粉和催化剂溶解性差，淀粉的反应活性位点不易暴露出来，而且价格也较普通的极性分散剂贵得多。2、环己烷属于极易燃烧和爆炸的低毒液体，容易与环氧丙烷形成二元共沸物，因此反应过程中必须加入如沸石等类似物质以防止液体爆沸，否则会存在一定的安全隐患。
技术实现要素：
本发明的首要目的是为了克服现有技术的不足，提供一种药用羟丙基淀粉的生产工艺。本发明所述淀粉指的是来源于自然界中广泛存在的植物淀粉，如玉米淀粉、马铃薯淀粉、番薯粉、大麦淀粉和木薯淀粉等，本发明优选食品级的木薯或甘薯淀粉，是将木薯或甘薯经提取、精制技术得到的一种可直接应用于食品中的食用淀粉，具有无气味、无味道，浆糊清澈，粘性高，冷冻-解冻稳定性高等诸多优点，在食品、药品、化工、造纸和纺织等行业有着广泛的应用。本发明由食品级木薯或甘薯淀粉制备药用羟丙基淀粉是通过以下技术方案实现：一种药用羟丙基淀粉的制备方法，包括以下步骤：步骤A、称取一定量的食品级淀粉置于耐压反应器中，加入少量酸进行酸化，经充分搅拌得到淀粉乳，反应结束后，调pH至9~11；步骤B、将环氧丙烷和催化剂溶于分散介质后，加入上述碱化淀粉乳中，然后在高纯氮的保护下，加热反应一段时间；步骤C、反应结束后加入乙醇，经醇沉、离心洗涤、过滤后，冷冻干燥制得羟丙基淀粉固体，最后粉碎至所需粒度范围即可。进一步，本发明所述的原料食品级淀粉的来源为木薯或甘薯淀粉。进一步，本发明所述的酸为10%的醋酸，加入的体积为淀粉质量的15~40%，酸化时间为1.5~4h。进一步，本发明所述的环氧丙烷，其加入的体积与淀粉质量之比为（1.5~3）ml：1.0g。进一步，本发明所述的催化剂优选为25%的四甲基氢氧化铵，加入的体积与淀粉质量之比为1ml：15~45g。进一步，本发明所述的分散介质选自甲醇、乙醇、烷基酮、异丙醇和苯，优选异丙醇，加入的体积为淀粉用量的3~5倍量。结合图1，本发明的羟丙基淀粉的生产工艺的一种典型的实施方式中，包括以下步骤：酸化：称取食品级淀粉置于耐压反应器中，加入一定量质量分数为10%的醋酸溶液，经充分搅拌得到淀粉乳。淀粉在不同的酸性条件下，会发生不同程度的降解反应，酸性越强，降解程度越高。本发明中使用醋酸对淀粉进行酸化，可以在淀粉分子链上发生适当的降解作用，在提高直链淀粉比例的同时改善其水溶性，从而更加有利于淀粉的糊化。此外，加入少量的醋酸，还能够对后续反应中抑制微生物的生长和增殖、控制微生物限度起到一定的积极作用。碱化：加入氢氧化钠调淀粉乳的pH至9~11。在羟丙基淀粉的传统制备方法中，多采用氢氧化钠作为催化剂，因为氢氧化钠作为催化剂不仅可以促进更多反应活性中心在淀粉表面产生，而且还对淀粉颗粒有润胀的作用。然而，本发明中仅仅是在预处理中，使用少量氢氧化钠将淀粉乳的pH调至弱碱性。这样做的目的是：在经过酸化后直链淀粉比例提高的淀粉分子链上，加入少量强碱进一步破坏其内部结晶区的晶体结构，并与暴露出来的活性自由羟基作用生成醇钠，降低分子内及分子间的氢键作用，使淀粉乳内部结构更为膨胀，从而更加有利于反应试剂的渗透。羟丙基化反应：将环氧丙烷和催化剂四甲基氢氧化铵溶液共混于分散介质异丙醇中，待分散均匀后，边搅拌边加入至碱化淀粉乳中，在高纯氮的保护下，常压加热至65℃，搅拌反应一段时间，冷却至室温后将羟丙基淀粉粗品倒出。在羟丙基化反应中，反应物投料比、反应温度、反应时间、催化剂的种类及用量和分散剂的种类及用量均会对羟丙基的取代度造成影响。其中最为重要的就是催化剂，目前羟丙基化反应大多仍采用的是氢氧化钠作为催化剂，但是由于氢氧化钠具有强烈的放热性能，因而极易造成淀粉颗粒的过渡膨胀，加之羟丙基化反应的进行，淀粉发生糊化，而导致反应无法均匀进行，常常需要加入膨胀抑制剂（如硫酸钠）一起配伍催化。本发明使用四甲基氢氧化铵这种新型有机强碱催化剂，其中的OH-不仅可以有效充当淀粉的自由羟基，生成较多的具有反应活性的St-ONa中间产物，提高反应速率和醚化程度，而且其也不会造成淀粉的过渡膨胀。并且，四甲基氢氧化铵在催化完毕后非常容易除去，不会有任何残留。羟丙基淀粉的精制：向上述粗品加入3倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤,重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉。由于在羟丙基化反应结束后，可能存在未反应完全的环氧丙烷或丙二醇等副产物。然而，环氧丙烷和丙二醇均能与乙醇混溶，因此选择加入乙醇离心洗涤，能够有效除去相关杂质。另外，采用冷冻干燥技术对羟丙基淀粉进行干燥处理，主要是为了最大限度地保证中间产品羟丙基淀粉的品质与性能。例如羟丙基淀粉具有热敏性，因而使用冷冻干燥法能使热敏性的物料干燥后保留热敏成分；又因为在真空和低温下操作，微生物的生长也会再次受到抑制；最后，由于冷冻干燥能排除95%以上的水分，因此更加有利于产品的长期保存而不变质。本发明与现有技术相比有如下的优点和有益效果：（1）采用酸溶碱沉的方式对淀粉原料进行预处理，不仅可以在降低淀粉分子量的同时提高淀粉中直链淀粉的比例，从而提高淀粉的水溶性；而且通过在分子内形成多个反应活性高的活化位点，将更加有利于提高羟丙基化反应的取代度及产物的得率。（2）羟丙基化反应中使用的四甲基氢氧化铵不仅具有非常好的催化活性与稳定性，而且当反应完成后也极为容易去除，无任何残留，因而不会对产品的品质及环境安全造成任何不利的影响。（3）整个反应制备过程操作简单、方便，工艺合理，收率可观，安全性高，且与实验室的技术参数基本一致，产品质量可控性高。（4）本申请所述方法制备得到的羟丙基淀粉属于药用级别，可用于医药用途。附图说明图1是本发明羟丙基淀粉的生产流程示意图。具体实施方案下面将结合实施例对本发明的其他的发明目的、技术方案和有益效果作进一步详细的说明，但实施例不应视作对本发明权利的限定。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指出，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所述技术领域的普通人员通常理解的相同含义。实施例1称取食品级木薯淀粉100g置于耐压反应器中，加入质量分数为10%的醋酸15ml，酸化处理4小时，经充分搅拌得到淀粉乳，再加入氢氧化钠调pH至11.0；将150ml的环氧丙烷溶液和6ml25%的四甲基氢氧化铵溶液溶于400mL的异丙醇中，分散均匀后加入到碱化淀粉乳中，在高纯氮的保护下，常压加热至45℃，搅拌反应2个小时，反应完冷却至室温后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤，重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉，最后粉碎至所需粒度范围即可。经测定，本实施例的羟丙基淀粉的分子取代度（MS）为2.146。实施例2称取食品级木薯淀粉100g置于耐压反应器中，加入质量分数为10%的醋酸40ml，酸化处理1.5小时，经充分搅拌得到淀粉乳，再加入氢氧化钠调pH至11.0；将150ml的环氧丙烷溶液和6ml25%的四甲基氢氧化铵溶液溶于400mL的异丙醇中，分散均匀后加入到碱化淀粉乳中，在高纯氮的保护下，常压加热至45℃，搅拌反应2个小时，反应完冷却至室温后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤，重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉，最后粉碎至所需粒度范围即可。经测定，本实施例的羟丙基淀粉的分子取代度（MS）为2.231。实施例3称取食品级木薯淀粉100g置于耐压反应器中，加入质量分数为10%的醋酸15ml，酸化处理4小时，经充分搅拌得到淀粉乳，再加入氢氧化钠调pH至11.0；将300ml的环氧丙烷溶液和6ml25%的四甲基氢氧化铵溶液溶于400mL的异丙醇中，分散均匀后加入到碱化淀粉乳中，在高纯氮的保护下，常压加热至45℃，搅拌反应2个小时，反应完冷却至室温后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤，重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉，最后粉碎至所需粒度范围即可。经测定，本实施例的羟丙基淀粉的分子取代度（MS）为2.259。实施例4称取食品级甘薯淀粉500g置于耐压反应器中，加入质量分数为10%的醋酸125ml，酸化处理3小时，经充分搅拌得到淀粉乳，再加入氢氧化钠调pH至9.0；将1500ml的环氧丙烷溶液和25ml25%的四甲基氢氧化铵溶液溶于2.5L的异丙醇中，分散均匀后加入到碱化淀粉乳中，在高纯氮的保护下，常压加热至45℃，搅拌反应2个小时，反应完冷却至室温后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤，重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉，最后粉碎至所需粒度范围即可。经测定，本实施例的羟丙基淀粉的分子取代度为2.435。实施例5称取食品级甘薯淀粉500g置于耐压反应器中，加入质量分数为10%的醋酸125ml，酸化处理3小时，经充分搅拌得到淀粉乳，再加入氢氧化钠调pH至9.0；将1500ml的环氧丙烷溶液和25ml25%的四甲基氢氧化铵溶液溶于2.5L的异丙醇中，分散均匀后加入到碱化淀粉乳中，在高纯氮的保护下，常压加热至55℃，搅拌反应3个小时，反应完冷却至室温后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤，重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉，最后粉碎至所需粒度范围即可。经测定，本实施例的羟丙基淀粉的分子取代度为2.472。实施例6称取食品级木薯淀粉1000g置于耐压反应器中，加入质量分数为10%的醋酸400ml，酸化处理1.5小时，经充分搅拌得到淀粉乳，再加入氢氧化钠调pH至10.0；将2000ml的环氧丙烷溶液和40ml25%的四甲基氢氧化铵溶液溶于3L的异丙醇中，分散均匀后加入到碱化淀粉乳中，在高纯氮的保护下，常压加热至50℃，搅拌反应3个小时，冷却至室温后，加入3倍量的乙醇静置一段时间后离心洗涤，重复操作3次，再经过滤，冷冻干燥后制得羟丙基淀粉，最后粉碎至所需粒度范围即可。经测定，本实施例的羟丙基淀粉的分子取代度为2.546。由于《中国药典》尚未收录羟丙基淀粉的质量标准，因此根据《欧洲药典》相关标准，对上述各实施例制备的羟丙基淀粉进行了全面的质量检验。表1羟丙基淀粉的质量检验结果检测项目标准规定实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6【性状】本品为白色粉末;无臭,无味.为白色粉末为白色粉末为白色粉末为白色粉末为白色粉末为白色粉末【鉴别】(1)与水溶液试验合格合格合格合格合格合格(2)与碘试液反应合格合格合格合格合格合格(3)显微鉴别合格合格合格合格合格合格(4)理化鉴别合格合格合格合格合格合格【检查】酸度/pH应为4.5～8.06.636.576.726.536.456.41干燥失重不得过20.0%12.46%12.53%12.71%12.41%13.22%12.28%炽灼残渣不得超过0.6%0.35%0.27%0.30%0.28%0.32%0.26%铁盐不得过0.002%合格合格合格合格合格合格二氧化硫不得过0.005%0.0006%0.0003%0.004%0.0009%0.0003%0.0005%氧化物不得过0.002%合格合格合格合格合格合格异物应符合规定合格合格合格合格合格合格微生物限度每克样品需氧菌总数不得过1000cfu，霉菌酵母菌总数不得过1000cfu/g。不得检出沙门菌及大肠埃希菌合格合格合格合格合格合格含量测定羟丙基含量应不得过7.0%4.53%4.72%5.16%5.49%5.71%5.88%