一种大米淀粉吸水剂的制作方法

本发明涉及食品干燥剂
技术领域：
，具体涉及一种大米淀粉吸水剂。
背景技术：
：高吸水性树脂是一种具有超强吸水保水能力的新型高分子材料，与生石灰、活性炭、硅胶等传统吸水材料相比，它具有吸水能力强、保水能力强、可再生能力强、安全系数高等优点。在农业领域，高吸水性树脂可以用来提高土壤的持水能力，甚至可以降低某些作物中的镉浓度；在医疗卫生领域，它可以用于手术垫、餐巾纸、女性卫生巾以及医用敷料；在建筑领域，它可用于湿度控制、防结露等等。高吸水性树脂根据原料分类，可分为三种：淀粉基吸水剂、纤维素基吸水剂、合成高分子吸水剂。目前，大多数合成高分子吸水剂，例如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯和聚丙烯酰胺，虽然它们具有优异的吸水性能和机械性能，但由于它们不可生物降解并可能对消费者的健康产生负面影响，因此人们不得不将研究方向集中于天然基材的高吸水性树脂。淀粉在自然界中资源丰富、成本低、无毒、可再生并且可生物降解，目前淀粉基高吸水性树脂的吸水性能还不能让人满意。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种大米淀粉吸水剂，利用加工碎米粒中分离得到的大米淀粉，将大米淀粉与丙烯酸盐进行反应，所制备的大米淀粉吸水剂，具有可生物降解、可再生、吸水性强、无毒、低成本并良好的社会经济效益等特点。本发明的目的采用如下技术方案实现：一种大米淀粉吸水剂，采用如下方法制备：(1)按照质量比为5～10:90～95在大米淀粉中加入水，使淀粉糊化，得到糊状溶液；(2)将质量分数为20～30％的naoh水溶液，滴加到丙烯酸中，得到丙烯酸盐溶液；(3)将糊状溶液加入丙烯酸盐溶液中，搅拌均匀后，依次加入引发剂和交联剂，在搅拌条件下反应；(4)将反应产物用无水乙醇洗涤，置于烘箱中干燥，研磨粉碎，得到大米淀粉吸水剂粗品；(5)去除大米淀粉吸水剂粗品中的均聚物和残留淀粉，得到大米淀粉吸水剂。优选的技术方案中，大米淀粉和丙烯酸的质量比为1:2-1:10，丙烯酸盐溶液的丙烯酸中和度为75-85％。在本发明中，步骤(3)中反应温度为60-70℃，所述引发剂为过硫酸钠，交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂的加入量为大米淀粉质量的2.5％-3.0％，交联剂的加入量为大米淀粉质量的0.5％-1.0％。在本发明中，所述大米淀粉是通过去除米粉中的蛋白质和脂类物质后得到的。在本发明中，采用如下方法去除米粉中的蛋白质：将米粉在ph为9.5-10.5的水浸泡中，离心，取沉淀烘干，得粗大米淀粉；将所述粗大米淀粉采用碱性蛋白酶进行水解，水解反应结束后离心，取沉淀，用水洗涤，然后分散于水中，调节ph至6.5-7.5，离心取沉淀，并用去离子水洗涤。在本发明中，去除米粉中脂类物质的方法如下：采用甲醇和乙醚的混合溶剂浸泡去除蛋白质后的米粉，离心取沉淀烘干，得到大米淀粉。在本发明中，去除均聚物的方法如下：将大米淀粉吸水剂粗品置于索氏提取器中，加入丙酮采用索氏抽提法抽提以去除产物中的均聚物。在本发明中，采用如下方法去除大米淀粉吸水剂粗品中的残留淀粉：将去除均聚物后的大米淀粉吸水剂粗品采用0.8-2mol/l的盐酸进行水解去除残留淀粉，然后抽滤，取滤渣用水洗至ph为6.8-7.2，干燥，得到大米淀粉吸水剂。申请人意外发现以大米淀粉为原料制备的吸水剂，具有可再生、吸水性强、无毒、对环境友好以及经济效益好等特点。以大米淀粉为原料制备高吸水性树脂，具有以下优势：(1)大米淀粉在所有淀粉产品中的粒径最小，其颗粒度甚至在3-8μm，表面积大，吸附能力强。(2)对加工产生的碎米进行淀粉提取和再利用，具有非常重要的经济学意义。附图说明图1大米淀粉与大米淀粉吸水剂1的傅里叶红外光谱图。图2大米淀粉吸水剂2与玉米淀粉吸水剂2的吸湿曲线。图3大米淀粉吸水剂2与玉米淀粉吸水剂2的解吸曲线。具体实施方式实施例1制备大米淀粉制备大米淀粉包括如下步骤：(1)获得大米淀粉将加工产生的碎粳米粉碎后过80目筛得到米粉，在1质量份米粉中加入4质量份去离子水，搅拌均匀，用naoh溶液调节ph至10.0，浸泡3小时后离心20min(9000r/min)，取沉淀置于35℃烘箱烘干，即得粗大米淀粉。(2)纯化大米淀粉去除蛋白质：在粗大米淀粉中加水，配成质量百分浓度为35％的乳液，调节ph＝10、控制温度为55℃，加入大米淀粉质量0.5％的碱性蛋白酶(北京索莱宝科技有限公司，b8361)，反应过程中维持ph＝10，搅拌5h。反应结束后离心20min(9000r/min)，取沉淀，用去离子水洗涤沉淀2次。之后，再将沉淀物分散于去离子水中，调节ph＝7，再次离心20min(9000r/min)，取沉淀，用去离子水洗涤2次，得到去除蛋白质后的大米淀粉。去除脂类物质：在去除蛋白质后的大米淀粉样品中加入体积比为1:1的甲醇和乙醚的混合液适量，使大米淀粉充分分散在有机溶剂中，搅拌均匀后静置1h，然后离心20min(9000r/min)，取沉淀。采用甲醇和乙醚的混合液按照上述方法一共提取两次，充分去除大米淀粉中的脂类成分，置于烘箱中干燥，得到高纯度大米淀粉。实施例2制备大米淀粉吸水剂1.制备大米淀粉吸水剂1取10g高纯度大米淀粉(实施例1中方法制备)，配置质量分数为10％的大米淀粉乳液，于85℃条件下糊化20min，冷却，得到糊状溶液。称20g丙烯酸，将质量分数为25％的naoh水溶液缓慢滴加到丙烯酸中，使丙烯酸的中和度达到80％，冷却至室温，得到丙烯酸盐溶液。将60℃的糊状溶液加入丙烯酸盐溶液中，搅拌均匀后，依次加入大米淀粉质量2.7％的引发剂过硫酸钠和大米淀粉质量0.7％的交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌直至形成凝胶状的吸水剂，反应过程中控制反应温度为60℃。将反应产物用无水乙醇洗涤数次以除去未反应的丙烯酸、交联剂和引发剂，再置于80-100℃烘箱中干燥，然后研磨粉碎，得到吸水剂粗品。将吸水剂粗品去除均聚物、分离出接枝支链，得到大米淀粉吸水剂1。去除均聚物的方法：将索氏提取器置于70-80℃水浴中，称取一定量的烘至恒重的吸水剂粗品置于该索氏提取器内，然后加入100ml丙酮采用索氏抽提法抽提48h以去除产物中的均聚物，然后将去除均聚物后的吸水剂粗品在80-100℃的烘箱中干燥至恒重。分离接枝支链的方法：将去除均聚物后的吸水剂粗品置于三颈瓶中，加入100ml浓度为1mol/l的盐酸，在90-98℃的水浴中充分水解以去除淀粉骨架。用滴管吸取少量含有固体颗粒的溶液，用碘指示液检测是否变蓝。若不变蓝，则证明水解完全，反之要继续水解，直至溶液遇碘不变色。水解结束后，取下三颈瓶于冰水浴中冷却，将溶液倒入布氏漏斗中抽滤，并将滤饼用水洗至中性，然后置于80-100℃恒温干燥箱中干燥至恒重，得到大米淀粉吸水剂1。反应原理如下：自由基型接枝共聚是利用引发剂，使淀粉分子上的h被夺走而产生自由基，然后再引发单体丙烯酸，形成淀粉-丙烯酸自由基，继续与丙烯酸进行链增长聚合，直至反应结束，得到淀粉接枝丙烯酸类共聚物。但有时聚合反应会在单体上形成，得到不含淀粉的单体聚合物，即均聚物。反应产物为接枝聚合物和均聚物的混合物。理想的接枝工艺要得到较高的接枝效率，使均聚物减少到最低程度。大米淀粉与丙烯酸反应接枝率计算公式如下：测得上述条件下大米淀粉与丙烯酸接枝反应的接枝百分率为92.2％。大米淀粉吸水剂1的傅里叶红外光谱图如图1所示，大米淀粉在3380cm-1处附近出现了较强和较宽的伸缩振动吸收峰，这是由于羟基间形成氢键所造成的。大米淀粉吸水剂1与大米淀粉的谱图相比，各特征峰的整体吸收强度有所下降，表明在接枝共聚反应中各化学键之间发生聚合反应，导致特征峰的强度下降，而不是单纯的物理混合。2.制备大米淀粉吸水剂2、3采用大米淀粉吸水剂1的制备方法制备大米淀粉吸水剂2，不同之前在于原料大米淀粉与丙烯酸的质量比为1:5。采用大米淀粉吸水剂1的制备方法制备大米淀粉吸水剂3，不同之前在于原料大米淀粉与丙烯酸的质量比为1:10。制备方法中引发剂过硫酸钠的使用量均为大米淀粉质量的2.7％，交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺的使用量均为大米淀粉质量的0.7％。大米淀粉吸水剂2、3的傅里叶红外光谱图与大米淀粉吸水剂1相似，与大米淀粉的谱图相比，各特征峰的整体吸收强度有所下降，表明在接枝共聚反应中各化学键之间发生聚合反应，导致特征峰的强度下降，而不是单纯的物理混合。采用大米淀粉吸水剂1的制备方法制备玉米淀粉吸水剂1，不同之处在于以玉米淀粉替代大米淀粉且玉米淀粉与丙烯酸质量比为1:2，引发剂过硫酸钠的使用量为玉米淀粉质量的2.7％，交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺的使用量为玉米淀粉质量的0.7％。采用玉米淀粉吸水剂1的制备方法制备玉米淀粉吸水剂2，不同之处在于玉米淀粉与丙烯酸的质量比1:5。3.各吸水剂的性质(1)吸水率测定方法如下：准确称取1.0g干燥至恒重的样品，蒸馏水中浸泡24h，用纱布过滤，滤去多余水分，称重。用下式计算吸水树脂的吸水率。式中：q-吸水率(g/g)；wd-吸水剂干重(g)；ws-浸泡24h后吸水剂湿重(g)。吸水率结果见表1。从表1可以看出：大米淀粉与丙烯酸比例为1:2-1:10所制备的大米淀粉吸水剂具有较好的吸水率，并且在同等的工艺条件下，大米淀粉吸水剂比玉米淀粉吸水剂有着更好的吸水特性，此外大米淀粉吸水剂还具有很好的可再生性。(2)吸湿性能测定方法如下：称量3.00g干燥至恒重的样品，置于相对湿度rh＝90％的恒温恒湿箱(t＝25℃)中，每隔1h测定一次样品的质量变化，来测定其吸湿率并计算平均吸湿速率，计算方法如下：吸湿率(％)＝(吸湿增重/样品干重)×100％(3)平均吸湿速率(％)＝(单位时间内的吸湿增重/样品干重)×100％(4)。图2为大米淀粉吸水剂2与玉米淀粉吸水剂2吸湿曲线，由图2可以发现，在吸湿速率方面，同等工艺条件下制备的大米淀粉吸水剂要优于玉米淀粉吸水剂。图2中显示了各淀粉吸水剂120小时的吸湿率，在rh＝90％条件下两种淀粉吸水剂的吸湿率差别显著。(3)解吸性能测定方法如下：先将干燥至恒重的样品在恒温恒湿箱(相对湿度rh＝90％，t＝25℃)中吸湿24h，然后将其置于条件为相对湿度rh＝10％，t＝30℃的恒温恒湿箱中进行解吸，测定其吸湿减重并计算其解吸率，计算方法如下：解吸率(％)＝(吸湿减重/干燥至恒重的样品质量)×100％(5)吸湿减重＝样品吸湿24h后的质量-样品解吸t小时后的质量图3为大米淀粉吸水剂2与玉米淀粉吸水剂2的解吸曲线，解吸曲线主要反应吸水剂的持水特性，在持水性方面大米淀粉吸水剂2与玉米淀粉吸水剂2未存在显著性差异。(4)可再生性测定准确称取1.0g干燥至恒重的样品，蒸馏水中浸泡24h，用纱布过滤，滤去多余水分，称重，计算吸水率。在110℃下烘干，再置于蒸馏水中浸泡24h，再次测定吸水率，考察吸水剂的可再生性。吸水率计算方法同公式1。结果见表1。表1大米淀粉吸水剂与玉米淀粉吸水剂吸水率与可再生特性吸水率(g/g)可再生性(g/g)大米淀粉吸水剂1151.2134.8大米淀粉吸水剂2320.5318.2大米淀粉吸水剂3380.2375.7玉米淀粉吸水剂164.356.6玉米淀粉吸水剂2230.5228.2目前，淀粉基超强吸水剂的制备主要是以玉米淀粉为原料，申请人意外的发现，在同等的工艺条件下，大米淀粉吸水剂比玉米淀粉吸水剂有着更好的吸水特性。当前第1页12