PL213128B1

PL213128B1 - Sposób modyfikacji skrobi

Info

Publication number: PL213128B1
Application number: PL382698A
Authority: PL
Inventors: Hanna Boruczkowska; Tomasz Boruczkowski; Wacław Leszczyński
Original assignee: Univ Przyrodniczy We Wroclawiu
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2013-01-31
Also published as: PL382698A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji skrobi.

Wynalazek może znaleźć zastosowanie w różnych dziedzinach gospodarki, głównie w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym.

W niemal wszystkich dziedzinach gospodarki, zwłaszcza w przemyśle spożywczym, stosowana jest skrobia po uprzednim dostosowaniu jej właściwości do określonego sposobu zużytkowania (Nadison J.: „Skrobia modyfikowana, rodzaje, właściwości, zastosowanie produktu”, Przemysł Spożywczy, 1995, (6), ss. 209-212).

W celu uzyskania odpowiednich właściwości, takich jak określona konsystencja jej żeli i ich wysoka odporność na działanie różnych czynników zewnętrznych itp., skrobię naturalną poddaje się modyfikacjom. Najefektywniejszą metodą uzyskiwania zmian właściwości skrobi jest jej modyfikacja chemiczna. Metoda ta, przeprowadzana w odpowiednich warunkach, nie powoduje zniszczenia gałeczek, a zmiany strukturalne w cząsteczce skrobi są stosunkowo niewielkie. Około 95-97% reszt glukozowych skrobi posiada 3 wolne grupy hydroksylowe, które mogą wchodzić w reakcje chemiczne poprzez utlenianie, eteryfikację i estryfikację (Lewandowicz G., Mączyński M.: „Chemiczna modyfikacja skrobi. Cz. I. Modyfikacja skrobi ziemniaczanej”, Chemik 1990, (1), ss. 9-13).

Skrobię można estryfikować niemal wszystkimi kwasami mineralnymi i organicznymi. W praktyce najczęściej wykorzystuje się reakcje: acetylowania, tworzenia adypinianów, karbominianów i fosforanów skrobiowych. Estry skrobi i długołańcuchowych kwasów tłuszczowych, o wysokim stopniu podstawienia, posiadają właściwości termoplastyczne i hydrofobowe. Dzięki temu, że ulegają one biodegradacji, mogą one znaleźć zastosowanie w produkcji tworzyw sztucznych (Bikiaris D et al.: „Biodegradation of octanoated starch and its blendfs with LDPE”, Polymer Degradation and Stability, 1998, 60, ss. 437-447).

Z opisu patentowego US 6,605,715 znany jest proces otrzymywania estru skrobi i kwasu octowego na drodze chemicznej z octanem sodu lub wodorotlenkiem sodu będącym katalizatorem reakcji, przy ciśnieniu podwyższonym o 0,1 do 50 barów.

Z opisu patentowego GB I 345 120 znany jest sposób otrzymywania estrów skrobi, również na drodze chemicznej, z użyciem imidazoli oraz kwasów organicznych.

Chemiczne metody modyfikacji skrobi mimo wielu zalet mają też pewne poważne wady: reakcje modyfikacji najczęściej zachodzą w ekstremalnych warunkach (wysoka temperatura, ciśnienie) oraz przy użyciu toksycznych substancji chemicznych, takich jak stężone zasady czy kwasu organiczne (Aburto J. et al.: „Preparation of Long-chain Esters of Starch Using Fatty Acid Chlorides in the Absence of an Organic Solvent” Starch, 1999, 51, ss. 132-135).

Powoduje to ograniczenie w zastosowaniu tego typu modyfikatów skrobi w przemyśle spożywczym, kosmetycznym czy farmaceutycznym.

Dotychczas wszystkie reakcje estryfikacji skrobi prowadzone były wyłącznie na drodze chemicznej.

Rozwiązaniem tego typu problemów mogą być metody biochemicznej modyfikacji skrobi.

Znany jest sposób modyfikacji skrobi przy użyciu enzymów izolowanych z różnego rodzaju mikroorganizmów (Golachowski A.: „Gospodarcze znaczenie skrobi, ze szczególnym uwzględnieniem skrobi ziemniaczanej”, II Konferencja Naukowa „Ziemniak spożywczy i przemysłowy oraz jego przetwarzanie”, Polanica 13-16 maja, 2002, ss. 47-49).

Dzięki zastosowaniu enzymów reakcje modyfikacji skrobi mogą przebiegać w niższych temperaturach, są wyjątkowo specyficzne i precyzyjne, gdyż enzymy najczęściej działają na konkretne typy wiązań chemicznych, mogą przebiegać w środowisku nietoksycznym i przy udziale nietoksycznych substratów.

Sposób modyfikacji skrobi, według wynalazku, polega na tym, że do suchej skrobi dodaje się kwas tłuszczowy, sito molekularne, rozpuszczalnik organiczny oraz lipazę Novozyme 435. Reakcję estryfikacji prowadzi się w temperaturze 30-80°C, korzystnie 60°C stale mieszając z szybkością 100-1000 obr/min. korzystnie 300 obr/min, przez 2-28 dni, korzystnie 14 dni. Następnie nadmiar kwasu tłuszczowego rozpuszcza się w acetonie w temperaturze 40-60°C, korzystnie 50°C przez 30-90 minut, korzystnie 60 minut. Gotowy produkt suszy się w temperaturze 20-100°C, korzystnie 60°C.

Korzystnie jest, gdy jako skrobię stosuje się skrobię ziemniaczaną albo kukurydzianą.

Korzystnie też jest, gdy jako kwas tłuszczowy stosuje się kwas oleinowy albo laurynowy a jako rozpuszczalnik organiczny stosuje się tert-butanol albo aceton.

PL 213 128 B1

Nieoczekiwanie okazało się, że w wyniku zastosowanej reakcji, według wynalazku uzyskano ester skrobi i kwasu oleinowego o stopniu podstawienia DS«0,13. Uzyskany ester charakteryzuje się dużą hydrofobowością i może być zastosowany jako surowiec do produkcji tworzyw biodegradowalnych.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania

P r z y k ł a d 1

W zbiorniku z mieszadłem i płaszczem grzejnym umieszcza się 15 g suchej skrobi ziemniaczanej, 78,4 g kwasu oleinowego, 186,77 g tert-butanolu, 10,3 g sita molekularnego oraz 3 g enzymu lipazy Novozyme 435. Całość przez cały czas trwania reakcji miesza się z szybkością 300 obr/minutę i utrzymuje temperaturę 60°C. Reakcję prowadzi się przez 14 dni. Po tym czasie w celu wypłukania nadmiaru kwasu tłuszczowego mieszaninę reakcyjną schładza się do temperatury 50°C, po czym do ₃ zbiornika dodaje się 50 cm³ acetonu i całość miesza przez 1 godzinę. Następnie zawartość reaktora ₃ sączy się a otrzymany produkt przemywa 150 cm³ acetonu. Tak otrzymany ester skrobi i kwasu tłuszczowego suszy się w temperaturze 60°C.

P r z y k ł a d 2

Postępuje się tak jak w przykładzie 1, z tym, że w zbiorniku umieszcza się 15 g suchej skrobi kukurydzianej.

Claims

1. Sposób modyfikacji skrobi, znamienny tym, że do skrobi suchej dodaje się kwas tłuszczowy, sito molekularne, rozpuszczalnik organiczny oraz lipazę Novozyine 435, a reakcję estryfikacji prowadzi się w temperaturze 30-80°C, stale mieszając z szybkością 100-1000 obr/min. przez 2-28 dni, po czym nadmiar kwasu tłuszczowego rozpuszcza się w acetonie w temperaturze 40-60°C przez 30-90 minut, po czym gotowy produkt suszy się w temperaturze 20-100°C.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję estryfikacji prowadzi się w temperaturze 60°C.

3 Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przez cały czas trwania reakcji estryfikacji stosuje się szybkość mieszadła 300 obr/min.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że reakcję estryfikacji prowadzi się przez 14 dni.

5 Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadmiar kwasu tłuszczowego rozpuszcza się w acetonie w temperaturze 50°C przez 60 minut.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że produkt suszy się w temperaturze 60°C.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako skrobię stosuje się skrobię ziemniaczaną.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że skrobię stosuje się skrobię kukurydzianą.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako kwas tłuszczowy stosuje się kwas oleinowy lub Iaurynowy.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze jako rozpuszczalnik organiczny stosuje się tert-butanol albo aceton.