十二烯基琥珀酸淀粉酯制備研究

汪茜 李迪 王小鳳 馬暢 朱旻鵬

摘要：以大米淀粉為原料，以十二烯基琥珀酸酐為酯化劑，采用濕法制備十二烯基琥珀酸淀粉酯（SSDS）。研究淀粉乳濃度、反應溫度、時間、體系pH值及DDSA添加量對十二烯基琥珀酸淀粉酯取代度的影響，在此基礎上進行正交試驗優化制備工藝。結果表明：淀粉乳濃度35%、反應溫度40 ℃、pH值9.0、反應時間6 h及DDSA用量7.5%的條件下，十二烯基琥珀酸淀粉酯取代度最高、達0.029 700。

關鍵詞：十二烯基琥珀酸酐;大米淀粉;酯化;工藝優化

中圖分類號：TS236.9? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2019）05-0038-04

十二烯基琥珀酸淀粉酯（Starch Sodium Dodecenyl Succinate，SSDS）是由十二烯基琥珀酸酐（DDSA）與原淀粉經過酯化反應制備而成的淀粉酯。在發生酯化過程中，引入親水和親脂兩性基團，因為SSDS的分子量比較大，它能在溶液水油兩界面形成穩定的薄膜，從而形成較穩定的水包油型乳液，與其他烯基琥珀酸淀粉酯相比具有更優良的性質。

大米中淀粉含量約80%。大米淀粉顆粒很小（3～8 μm），屬于谷類淀粉中較小的一類，其口感細膩、好吸收、易消化，常用于嬰幼兒食品和特殊食品。本課題以大米淀粉為原料，對十二烯基琥珀酸淀粉酯的制備工藝進行研究，以期為其工業化生產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米淀粉：河北省張家口市德順精制有限公司;十二烯基琥珀酸酐：國藥集團化學試劑有限公司;鹽酸、氫氧化鈉、乙醇（分析純）：天津大茂化學試劑廠;去離子水：實驗室自制。

1.2 儀器與設備

ESJ120-4B型的電子天平：沈陽龍騰電子有限公司;ETS-D4磁力加熱攪拌器：德國IKA公司;臺式pH計：上海雷磁儀器廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 十二烯基琥珀酸淀粉酯的制備 稱取一定量的大米淀粉，用去離子水配制成淀粉乳溶液，在攪拌條件下置于恒溫水浴中加熱至一定溫度，用0.75 mol/L的NaOH溶液調pH值為弱堿性，再緩慢滴加0.15 mol/L的DDSA乙醇溶液，同時用NaOH溶液維持反應體系的pH值穩定。反應完成后，用2.00 mol/L的鹽酸溶液調pH值為6.8，離心脫水，分別用無水乙醇、去離子水洗滌淀粉，干燥，粉碎，過篩，即得到成品。

1.3.2 取代度的測定 稱取3.0 g樣品，加入20 mL 95%的乙醇，置于磁力攪拌器上混勻15 min，然后加入30 mL 2.50 mol/L的鹽酸乙醇溶液，攪拌30 min，經脫水、醇洗、水洗至無氯離子檢出，再將樣品移入500 mL三角燒瓶中，并加入200 mL去離子水，置于沸水浴中加熱30 min后滴加1%酚酞試劑，趁熱用0.10 mol/L的氫氧化鈉標準溶液定容，同時以大米淀粉作空白樣。按照公式計算取代度和取代基質量分數。

式中：W為取代基淀粉質量分數;M為取代基相對分子質量;V1為原淀粉消耗氫氧化鈉標準溶液體積;V2為樣品消耗氫氧化鈉標準溶液體積;m1為原淀粉質量;m2為樣品質量;C為氫氧化鈉標準溶液濃度。

1.3.3 制備工藝單因素試驗 選取反應時間、DDSA用量、反應溫度、體系pH值和淀粉乳濃度5個因素進行單因素試驗。基礎反應條件設定為淀粉乳濃度35%，反應溫度40 ℃，pH值9.0，反應時間4 h，DDSA用量3.0%，改變其中的一個條件、保持其他條件不變，每組重復3次，考察各因素對產品取代度的影響。

1.3.4 正交試驗 根據單因素試驗結果，以取代度為指標，優化十二烯基琥珀淀粉酯制備條件，設計4因素3水平的正交試驗（見表1）。

2 結果與分析

2.1 反應時間對取代度的影響

不同反應時間下取代度變化情況如圖1所示。

由圖1可以看出：反應5 h之前取代度逐漸升高;5 h時取代度達到最高值;5 h之后取代度又逐漸降低。這是因為在酯化反應過程中同時會發生很多副反應（如水解等）。反應初期，反應體系中只有淀粉和酸酐，反應向酯化方向進行;隨著反應時間的延長，體系中淀粉酯越來越多，水解反應占優勢，部分淀粉酯發生水解導致淀粉酯含量降低，取代度也隨之降低。

2.2 反應體系pH值對取代度的影響

不同反應體系pH值下取代度變化情況如圖2所示。

由圖2可以看出：取代度受pH值的影響比較明顯。pH值為7.5～8.5時，取代度隨著pH值的增大而逐漸升高;pH值為8.5時取代度達到最大;pH值大于8.5時取代度降低且較明顯。這可能是因為弱堿性條件更有利于酯化反應的進行;但當體系pH值大于8.5時，堿性條件更有利于淀粉酯水解反應的進行，產品取代度降低。

2.3 淀粉乳濃度對取代度的影響

不同淀粉乳濃度下取代度變化情況如圖3所示。

由圖3可以看出：淀粉乳濃度從20%增加到35%，取代度明顯升高;濃度繼續增加到40%，取代度不升高反而降低。這是因為在酯化反應中雖然水的存在會加速生成淀粉酯的水解，但要使淀粉顆粒的非結晶區域與DDSA發生反應，就必須先充分吸水膨脹。淀粉乳濃度越大，在相同的條件下，其與DDSA分子接觸的機會就越多，就越能促進酯化反應的發生;但淀粉含量太高，反應體系粘度增大，淀粉顆粒分布不均勻，DDSA分子無法充分反應，會使取代度降低。

2.4 DDSA添加量對取代度的影響

不同DDSA添加量下取代度變化情況如圖4所示。

由圖4可以看出：在相同的反應條件下，隨著DDSA添加量的增大，取代度逐漸升高;當添加量大于6%時，取代度有所下降。DDSA作為反應物，一般情況下，濃度大時其與淀粉分子的接觸機會增加，酯化反應更易發生;但由于DDSA不溶于水，不斷增大DDSA的量不會顯著提高反應效率，從成本角度考慮也不經濟。

2.5 反應溫度對取代度的影響

不同反應溫度下取代度變化情況如圖5所示。

由圖5可以看出：當反應溫度為30～40 ℃時，有利于淀粉酯的形成;當反應溫度繼續升高時，淀粉酯的取代度反而降低。在一定范圍內，隨溫度升高，加入的DDSA分子在水中運動頻率加快，擴散速度增加，分散得更均勻，增大了與淀粉分子間的碰撞反應機率;同時，高溫能有效促使淀粉顆粒吸水膨脹，有利于酯化反應的進行，使產品取代度升高。但溫度過高，淀粉容易糊化成團，攪拌困難，使DDSA分散不均勻，不利于酯化反應的進行。

2.6 正交試驗結果

正交試驗結果見表2。

由表2可知：各因素對取代度的影響大小依次為：DDSA添加量（B）>時間（A）> pH值（C）>溫度（D）;最優制備工藝條件為A3B3C2D2，即反應溫度40 ℃、反應pH值9.0、反應時間6 h及DDSA用量7.5%，該條件下樣品的取代度為0.029 700。

3 結論

通過單因素試驗和正交試驗確定大米淀粉十二烯基琥珀酸淀粉酯的最佳制備工藝條件為反應溫度40 ℃、反應pH值9.0、反應時間6 h及DDSA用量7.5%，制備所得淀粉酯的取代度為0.029 700。

參考文獻

[1] 張靈羽.擠壓法制備十二烯基琥珀酸淀粉酯[D].無錫：江南大學，2013.

[2] 馬冰潔，唐洪波.十二烯基琥珀酸淀粉酯的合成工藝[J].東北林業大學學報，2005（3）：78-79，84.

[3] 虎玉森，蒲陸梅，張紅利，等.辛烯基琥珀酸馬鈴薯淀粉酯的制備及結構表征[J].食品科學，2010，31（2）：22-24.

[4] 鐘敏賢.辛烯基琥珀酸馬鈴薯淀粉酯的制備、性能及應用研究[D].廣州：華南理工大學，2014.

[5] 王海洋，劉潔，劉亞偉，等.辛烯基琥珀酸淀粉酯的制備及其特性研究[J].食品科技，2017，42（12）：245-250.

Research on Preparation of Starch Sodium Dodecenyl Succinate

WANG Xi， LI Di， WANG Xiaofeng， MA Chang， ZHU Minpeng*

（College of Grain Science and Technology， Shenyang Normal University， Shenyang 110034， China）

Abstract： Starch sodium dodecenyl succinate （SSDS） was prepared by wet process with rice starch as rough material and dodecenyl succinic anhydride （DDSA） as esterification agent. Effects of starch concentration， reaction temperature， reaction time， system pH value and adding amount of DDSA on degree of substitution （DS） were discussed respectively. On the basis of this， the orthogonal experiment was used to optimize the preparation process. Results showed that under the conditions of SSDS preparation were starch concentration 35%， reaction temperature 40 ℃， pH value 9.0， reaction time 6 h and adding amount of DDSA 7.5%， the degree of substitution of starch sodium dodecenyl succinate was the highest， which could reach 0.029 700.

Key words： dodecenyl succinic anhydride; rice starch; esterification; process optimization