一种分子复合改性的热熔性淀粉及其改性方法

本发明属于方法类领域，具体涉及一种分子复合改性的热熔性淀粉及其改性方法。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、为破解塑料制品带来的环境问题，学者们研发了多种可生物降解的绿色材料。淀粉是自然界极为丰富的生物质原材料，其价格低廉，易于获取，产量巨大，可再生。发展淀粉基生物质绿色材料具有良好的市场价值和社会效益。然而，淀粉作为高分子聚合物，分子链较长，同时，分子链之间通过氢键作用相互缠绕，形成了紧密的双螺旋结构，分子链难以在温度场和外力的作用下产生整链质心的蠕动与滑移，导致淀粉的熔融温度高于其热分解温度，淀粉无法在热场作用下由玻璃态转变为可流动的黏流态，造成淀粉难以进行热熔加工。在目前技术下，淀粉基生物质材料的制备需要先将淀粉在水相体系下加工成可流动的浆料，然后在一定温度下让水分流失，使材料固化成型，该种成型方法存在固化时间长、能耗高等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种分子复合改性的热熔性淀粉及其改性方法。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种分子复合改性的热熔性淀粉的改性方法，包括如下步骤：

4、将淀粉干燥研磨后，向其中加入水，淀粉与水的质量比为1:1-5，在75-95℃超声振动搅拌1-2h；

5、向其中加入中温α淀粉酶，高速搅拌10-20min，进行反应，中温α淀粉酶与淀粉的质量比为1:500-3000；

6、反应完成后，加热灭酶；

7、然后采用过氧化氢或高锰酸钾对处理后的淀粉进行氧化处理，氧化完成后，加入尿素，搅拌1-3h，尿素与淀粉的质量比为1:5-20；

8、最后烘干冷却后，即得。

9、淀粉在低水量下不易完全分散和糊化，超声振动是促进淀粉在低水量下完全糊化；常温下淀粉无法糊化，必须达到糊化温度，才能实现淀粉的糊化，所以要在一定的温度下进行，而不是常温。

10、在一些实施例中，淀粉在120-140℃条件下干燥5-8h。

11、在一些实施例中，所述研磨为将淀粉放入球磨机中，球磨2-3h。球磨的作用是将淀粉颗粒磨碎，有利于氧化反应，也有利于酶解淀粉。

12、在一些实施例中，中温α淀粉酶与淀粉的质量比为1:1000-3000。

13、优选的，中温α淀粉酶与淀粉的质量比为1:1000-2000。

14、在一些实施例中，加热灭酶的温度为120-150℃，时间为10-30min。

15、在一些实施例中，对淀粉进行氧化处理时，高锰酸钾与淀粉的质量比为1:10-40；过氧化氢与淀粉的质量比为1:10-40。

16、优选的，采用高锰酸钾对淀粉进行氧化的方法为：将高锰酸钾放入到酶解后的淀粉浆料中，利用磁力搅拌在常温下快速搅拌0.5-1.5h，实现酶解淀粉的氧化。

17、采用过氧化氢对淀粉进行氧化的方法为：将质量百分数为2％-5％的过氧化氢加入到酶解后的淀粉浆料中，利用磁力搅拌在常温下快速搅拌0.5-1.5h，实现酶解淀粉的氧化。

18、进一步优选的，加入的高锰酸钾占淀粉浆料的质量百分数为0.5％-1.5％。

19、进一步优选的，加入的过氧化氢占淀粉浆料的质量百分数为1％-3％。

20、优选的，对淀粉进行氧化处理的时间为15-30min。

21、在一些实施例中，对改性后的淀粉进行烘干的温度为55-65℃，烘干时间为20-30h。

22、第二方面，本发明提供一种分子复合改性的热熔性淀粉，由所述改性方法制备得到。

23、上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

24、由于淀粉分子链较长，且存在双螺旋结构，淀粉的分子链难以在热场作用下发生整链的质心蠕动滑移，导致淀粉热熔温度高于热解温度，淀粉基材料难以进行热熔加工。为解决淀粉基材料的热熔问题，本发明的面向热熔性淀粉的淀粉尿素分子复合改性方法，通过淀粉尿素分子复合改性改变淀粉的分子构型，制备热熔性淀粉。尿素分子中含有的c＝o和n-h官能团与淀粉分子中的o-h官能团具有一定的结构互补性，同时尿素中大量的o原子和n原子外层电子都具有不饱和特征，能够吸引电子，较易与淀粉的o-h形成氢键作用，因此，选择尿素与淀粉进行分子复合。

25、本发明的淀粉尿素分子复合改性方法，先利用酶解法，将淀粉链变短，然后对酶解后的淀粉进行氧化处理，使淀粉羟基中的氢原子的电子发生偏移，再利用尿素小分子与淀粉大分子之间的氢键作用，从而形成淀粉大分子与尿素小分子复合的超分子结构，使淀粉双螺旋结构解构，从而实现淀粉基生物质材料的热熔加工。

26、淀粉颗粒干燥后利用球磨机碾磨将淀粉颗粒破碎，有利于后续淀粉改性剂进入淀粉颗粒内部，使反应充分；低水含量下对淀粉进行改性处理，减少了后面水分挥发耗费大量的加工时间；选用中温α淀粉酶对淀粉进行处理，有利于对淀粉酶的灭活处理；淀粉酶的灭活处理防止淀粉酶解过度，避免完全糖化导致的淀粉基材料力学性能极剧下降；过氧化氢或高猛酸钾的氧化处理，有利于后面淀粉分子与尿素分子之间形成较强的氢键作用，破坏淀粉的双螺旋结构，形成淀粉大分子与尿素小分子复合的超分子结构，实现淀粉的热熔；淀粉热熔处理极大提高了淀粉基生物质材料的生产效率，降低其生产能耗，最快成型时间由120s降到5s。

技术特征：

1.一种分子复合改性的热熔性淀粉的改性方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的分子复合改性的热熔性淀粉的改性方法，其特征在于：淀粉在120-140℃条件下干燥5-8h。

3.根据权利要求1所述的分子复合改性的热熔性淀粉的改性方法，其特征在于：所述研磨为将淀粉放入球磨机中，球磨2-3h。

4.根据权利要求1所述的分子复合改性的热熔性淀粉的改性方法，其特征在于：中温α淀粉酶与淀粉的质量比为1:1000-3000，优选为1:1000-2000。

5.根据权利要求1所述的分子复合改性的热熔性淀粉的改性方法，其特征在于：加热灭酶的温度为120-150℃，时间为10-30min。

6.根据权利要求1所述的分子复合改性的热熔性淀粉的改性方法，其特征在于：对淀粉进行氧化处理时，高锰酸钾与淀粉的质量比为1:10-40；过氧化氢与淀粉的质量比为1:10-40。

7.根据权利要求6所述的分子复合改性的热熔性淀粉的改性方法，其特征在于：采用高锰酸钾对淀粉进行氧化的方法为：将高锰酸钾放入到酶解后的淀粉浆料中，利用磁力搅拌下快速搅拌0.5-1.5h，实现酶解淀粉的氧化；

8.根据权利要求7所述的分子复合改性的热熔性淀粉的改性方法，其特征在于：对淀粉进行氧化处理的时间为15-30min。

9.根据权利要求1所述的分子复合改性的热熔性淀粉的改性方法，其特征在于：对改性后的淀粉进行烘干的温度为55-65℃，烘干时间为20-30h。

10.一种分子复合改性的热熔性淀粉，其特征在于：由权利要求1-9任一所述改性方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种分子复合改性的热熔性淀粉及其改性方法，包括如下步骤：将淀粉干燥研磨后，向其中加入水，淀粉与水的质量比为1:1‑5，在75‑95℃超声振动搅拌1‑2h；向其中加入中温α淀粉酶，高速搅拌10‑20min，进行反应，中温α淀粉酶与淀粉的质量比为1:500‑3000；反应完成后，加热灭酶；然后采用过氧化氢或高锰酸钾对处理后的淀粉进行氧化处理，氧化完成后，加入尿素，搅拌1‑3h，尿素与淀粉的质量比为1:5‑20；最后烘干冷却后，即得。

技术研发人员：张传伟
受保护的技术使用者：青岛大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13