Функция & свойства эфиров крахмала

Эфиры крахмала представляют собой класс модифицированных крахмалов, которые были химически изменены для повышения их функциональных свойств для различных промышленных применений. Эти модификации включают введение эфирных групп в молекулу крахмала, как правило, посредством реакций с алкильными или гидроксиалкильными соединениями. Эфиры крахмала обладают широким спектром свойств и используются в различных отраслях промышленности, включая пищевую, фармацевтическую, текстильную, бумажную и строительную. В этом обширном обсуждении мы подробно рассмотрим функции и свойства эфиров крахмала, охватывая такие темы, как их структура, методы приготовления и их разнообразные приложения.

1. Введение в крахмал эфиры

1,1 Что такое крахмал?

Крахмал-это полисахарид, который служит основной формой хранения энергии в растениях. Он состоит из единиц глюкозы, связанных вместе через α-1, 4-гликозидные связи в линейных цепях, со случайными α-1, 6-гликозидными ветвями. Крахмал обычно содержится в различных растительных источниках, таких как картофель, кукуруза, рис и пшеница, и он играет решающую роль в питании человека в качестве источника диетических углеводов.

1,2 Модификация крахмала

Крахмал, в его нативной форме, имеет ограничения с точки зрения его растворимости, вязкости и других функциональных свойств. Чтобы преодолеть эти ограничения, крахмал может быть химически модифицирован с помощью различных процессов, что приводит к разработке производных крахмала, одним из которых являются эфиры крахмала.

1,3 Этерификация крахмала

Этерификация крахмала включает введение эфирных групп (например, алкильных или гидроксиалкильных групп) в молекулу крахмала. Эта модификация изменяет физические и химические свойства крахмала, делая его более универсальным и подходящим для широкого спектра промышленных применений.

2. Структурные особенности эфиров крахмала

2,1 Эфирные группы

Ключевой структурной особенностью эфиров крахмала является наличие эфирных групп, присоединенных к молекуле крахмала. Эти эфирные группы обычно вводят в гидроксильных (-OH) положениях на глюкозных единицах полимерной цепи крахмала. Обычно используемые эфирные группы включают метил (-CH3), этил (-C2H5), пропил (-C3H7) и гидроксиэтил (-C2H4OH) группы.

2,2 Степень замещения (DS)

Степень замещения (DS) является критическим параметром, который количественно определяет степень модификации крахмала. Он представляет собой среднее число эфирных групп, введенных на единицу глюкозы в молекуле крахмала. Более высокий DS указывает на более обширно модифицированный эфир крахмала. DS можно контролировать во время синтеза эфиров крахмала, что позволяет точно адаптировать их свойства.

3. Физические свойства эфиров крахмала

3,1 Растворимость

Одним из основных преимуществ этерификации крахмала является улучшенная растворимость крахмала в воде и других полярных растворителях. Нативный крахмал имеет ограниченную растворимость, но простые эфиры крахмала с соответствующими модификациями могут легко растворяться в воде, образуя прозрачные растворы. Это свойство имеет важное значение для различных применений, например, в пищевой и фармацевтической промышленности.

3,2 Вязкость

Эфиры крахмала известны своей способностью значительно увеличивать вязкость водных растворов. Степень повышения вязкости зависит от DS и типа введенной эфирной группы. Это свойство делает крахмальные эфиры ценными в качестве загустителей в широком спектре продуктов, включая соусы, супы и косметику.

3,3 Желатинизация

Желатинизация относится к процессу, в котором гранулы крахмалаНабухают и впитывают воду, что приводит к образованию гелеобразной структуры при нагревании. Эфиры крахмала демонстрируют улучшенные свойства желатинизации по сравнению с родным крахмалом, что делает их пригодными для использования в таких продуктах, как пудинги, начинки для пирогов и кондитерские изделия.

3,4 Гигроскопичность

Эфиры крахмала имеют повышенную гигроскопичность по сравнению с родным крахмалом. Это свойство имеет важное значение в приложениях, где удержание влаги имеет решающее значение, например, при производстве влагостойких покрытий для бумаги и текстиля.

4. Функциональные свойства эфиров крахмала

4,1 Утолщение и желатинирование

Одной из наиболее важных функций крахмальных эфиров является их способность сгущать и гелевые водные растворы. Они широко используются в пищевой промышленности для улучшения текстуры и консистенции различных продуктов, включая подливки, заправки для салатов и хлебобулочные изделия. Образование геля также можно контролировать, регулируя DS и тип эфирной группы, что позволяет достичь широкого диапазона текстур.

4,2 Формирование пленки

Эфиры крахмала можно использовать для образования тонких, гибких пленок при растворении в воде. Эти пленки имеют применение в пищевой упаковке, где они могут быть использованы в качестве съедобных покрытий для продления срока годности фруктов и овощей. Они также могут быть использованы в фармацевтической промышленности для систем доставки лекарств.

4,3 Свойства клея

Эфиры крахмала используются в качестве связующих и клеящих веществ в различных отраслях промышленности. Они используются в производстве клеев для бумажных изделий, таких как гофрированный картон и конверты. В строительной промышленности крахмальные эфиры используются в качестве добавок в гипсе, растворе и плиточных клеях для улучшения обрабатываемости и адгезии.

4,4 Контролируемый выпуск

В фармацевтической промышленности крахмальные эфиры используются в лекарственных препаратах с контролируемым высвобождением. Контролируемое высвобождение активных фармацевтических ингредиентов (API) из матриц на основе эфира крахмала позволяет расширить доставку лекарств, улучшить соблюдение пациентом своих обязательств и уменьшить побочные эффекты.

5. Приготовление эфиров крахмала

5,1 Методы Эфирификации

Эфиры крахмала могут быть приготовлены с использованием различных методов этерификации, включая:

Этерификация алкилгалогенидами: крахмал реагирует с алкилгалогенидами (например, метилхлорид, этилхлорид) в присутствии основания с образованием эфирных связей.

Этерификация эпоксидами: Эпоксиды (например, окись этилена) могут быть использованы для введения гидроксиалкильных групп в молекулы крахмала.

Этерификация алкиленкарбонатами: алкиленкарбонаты (например, пропиленкарбонат) могут быть использованы для модификации крахмала путем взаимодействия с его гидроксильными группами.

5,2 Общие алкилирующие агенты

Общие алкилирующие агенты, используемые при этерификации крахмала, включают хлористый метил, хлористый этил и пропилхлорид для алкильных групп, а также окись этилена и окись пропилена для гидроксиалкильных групп. Выбор алкилирующего агента влияет на тип введенной эфирной группы и свойства полученного эфира крахмала.

5,3 Условия реакции

Условия реакции, такие как температура, время реакции и pH, тщательно контролируются во время синтеза эфира крахмала для достижения желаемых DS и функциональных свойств. Надлежащие условия реакции необходимы, чтобы избежать чрезмерной этерификации, которая может привести к нежелательным свойствам.

6. Применение эфиров крахмала

6,1 Пищевая промышленность

Эфиры крахмала находят широкое применение в пищевой промышленности из-за их сгущения, гелеобразования и стабилизирующих свойств. Они используются в таких продуктах, как:

Соусы и подливы: Эфиры крахмала улучшают текстуру и вязкость соусов и подливок, улучшая их ощущение во рту и внешний вид.

Хлебобулочные изделия: они используются в хлебе, тортах и выпечке для улучшения обработки и текстуры теста.

Молочные продукты: Эфиры крахмала используются в йогурте и мороженом для предотвращения синерезиса (отделения жидкости от продукта) и улучшения сливочности.

6,2 Фармацевтическая промышленность

В фармацевтической промышленности крахмальные эфиры играют решающую роль в разработке лекарств и системах доставки. Приложения включают:

Таблетки с контролируемым высвобождением: эфиры крахмала используются для создания матриц, которые контролируют высвобождение лекарств в течение длительного периода.

Устные дезинтегрируя планшеты: Они использованы для того чтобы улучшить распад и растворение планшетов в рту для быстрой абсорбции лекарства.

Актуальный cПачек и мазей: Эфиры крахмала использованы как сгущать агенты в злободневных образованиях.

6,3 Текстильная промышленность

В текстильной промышленности крахмальные эфиры используются для:

Текстильные размеры: Они применяются к пряжи основы для повышения их прочности и стойкости к истиранию во время ткачества.

Текстильная печать: крахмальные эфиры используются в качестве загустителей в красящих и пигментных печатных пастах.

6,4 Бумажная промышленность

В бумажной промышленности крахмальные эфиры используются для:

Размеры поверхности: они используются для улучшения свойств поверхности бумаги, таких как гладкость и пригодность для печати.

Бумажные покрытия: Эфиры крахмала использованы как связующие вещества в образованиях покрытия для глянцевой бумаги.

6,5 Строительная промышленность

В строительной промышленности крахмальные эфиры добавляются в строительные материалы, такие как:

Раствор и штукатурка: они улучшают обрабатываемость и адгезионные свойства этих материалов.

Клеи для плитки: эфиры крахмала улучшают адгезивные свойства плиточных клеев, используемых при укладке керамической плитки.

7. Преимущества и недостатки

7,1 Преимущества эфиров крахмала:

Широкий спектр применения в различных отраслях промышленности.

Экологически чистый и биоразлагаемый.

Улучшенная растворимость и вязкость.

Свойства контролируемого высвобождения в фармацевтических препаратах.

Улучшение текстуры и стабильности в пищевых продуктах.

Универсальный загуститель и желеобразователь.

7,2 Недостатки эфиров крахмала:

Более дорогой чем родной крахмал.

Ограниченная стабильность при высоких температурах и низком pH.

Степень замещения может повлиять на свойства и может потребовать оптимизации для конкретных приложений.

8. Заключение

Эфиры крахмала являются ценными модифицированными производными крахмала с широким спектром применения в нескольких отраслях промышленности. Их способность улучшать растворимость, вязкость, желатинизацию и адгезионные свойства делает их важными ингредиентами в пищевых продуктах, фармацевтических препаратах, текстиле, бумажных покрытиях и строительных материалах. Благодаря своей экологически чистой и биоразлагаемой природе эфиры крахмала, вероятно, продолжат играть значительную роль в различных отраслях промышленности, способствуя разработке инновационных и устойчивых продуктов в будущем.

ПРЕВ:

This is the first one.

Wacker Нанкин Расширение производственных мощностей Редиспергируемые полимерный порошок

Исследуйте продукты эфира целлюлозы