瓜爾膠（guargum)是一種半乳甘露聚糖膠，屬天 然髙分子凝膠多糖，從產(chǎn)于印度、巴基斯坦等地的瓜 爾豆種子胚乳中提取得到。瓜爾膠的分子主鏈由甘露

糖通過p-1,4-甙鍵連結(jié)而成，半乳糖則通過a-1,6- 甙鍵與主鏈相連，羥丙基瓜爾膠合成工藝研究，半乳糖與甘露糖之比為1:2。瓜爾膠 分子的空間結(jié)構(gòu)為蜷曲式球形結(jié)構(gòu)，分子中含有大量 的親水基團(tuán)——羥基，但這些羥基大部分處于分子內(nèi) 部，較強(qiáng)的分子間作用力使其形成分子內(nèi)自交聯(lián)，難 于較好地水合。因此，天然瓜爾膠在水溶速度、不溶 物含量、溶液透明性和黏度穩(wěn)定性等方面存在一定缺 陷，使其應(yīng)用受到限制。對天然瓜爾膠進(jìn)行化學(xué)或物 理改性，可有效提高瓜爾膠的性能，國外這方面的研 究較多，已有陽離子、陰離子、非離子和兩性離子型 瓜爾膠改性的報(bào)道，但國內(nèi)對瓜爾膠的改性研究尚少。

1 試驗(yàn)方法

1.1原料與試劑

瓜爾膠（食品級）；氫氧化鈉、環(huán)氧丙烷、無水硫 酸鈉、1,2-丙二醉、水合茚三酮、濃硫酸（均為AR 級試劑）。

1.2儀器與設(shè)備

721W分光光度計(jì)，電熱恒溫干燥箱，恒溫水浴，

PB303-N型電子天平，J2330攪拌器等。

1.3反應(yīng)原理

瓜爾膠分子式以GG-OH表示，醚化反應(yīng)方程式

NaOH

CH2—CH—CH3?

在反應(yīng)過程中，還有下列反應(yīng)發(fā)生，即

GG-0CH2-CH-CH3 + nCH2-CH-CH3*>

GG—〇-(CH2—CH—O^CHj-CH—CH3 CH3OH

1.4試艙方法

1.4.1羥丙基瓜爾膠的合成

稱取一定量瓜爾膠和無水硫酸鈉，用乙醉溶液配 制成瓜爾膠乳液，羥丙基瓜爾膠合成工藝研究，倒人四口燒瓶，攪拌并水浴加熱至 一定溫度，緩慢加人1.25mol/L氫氧化鈉溶液，堿化一 定時(shí)間，再快速加人定量的環(huán)氧丙烷，密閉容器（用 氮?dú)獗Ｗo(hù)）至醚化反應(yīng)結(jié)束，用2.0mol/L鹽酸將反應(yīng) 混合物中和至pH值6~7,經(jīng)脫水、醇洗、干燥、粉 碎、篩分得羥丙基瓜爾膠。

1.4.2羥丙基瓜爾膠取代度及反應(yīng)效率

羥丙基瓜爾膠用摩爾取代度（MS)表示反應(yīng)即接枝的取代基物質(zhì)量與瓜爾膠分子結(jié)構(gòu)單元的物質(zhì) 量之比。

摩爾取代度計(jì)算公式為：

1UU—n

式中，//為羥丙基百分含量，％; 8.38為羥丙基百 分含置轉(zhuǎn)換成取代度的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

羥丙基百分含量（好）按文獻(xiàn)9方法測定和計(jì)算， 反應(yīng)效率（A£)按文獻(xiàn)10公式計(jì)算。

2結(jié)果與討論

2.1乳液濃度對羥丙基瓜爾膠取代度的影響

瓜爾膠與環(huán)氧丙烷的反應(yīng)屬固-液非均相反應(yīng)。反 應(yīng)中，瓜爾膠作為固相懸浮在乙酵溶液中，催化劑氫 氧化鈉與醚化劑環(huán)氧丙烷則以溶液的形態(tài)存在?？疾?乳液濃度對羥丙基瓜爾膠取代度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如 圖1所示。反應(yīng)條件：瓜爾膠20g,環(huán)氧丙烷4g,氫氧 化鈉0.4g,硫酸鈉2g,乙酵濃度90%,反應(yīng)溫度50丈， 反應(yīng)時(shí)間4h。

m乳液濃度與羥丙甚瓜爾膠取代度的關(guān)系曲線

由圖1可知，乳液濃度對羥丙基瓜爾膠取代度有 明顯彩響。當(dāng)乳液濃度較低時(shí)，羥丙基瓜爾膠取代度 隨乳液濃度的增加而增大，當(dāng)乳液濃度增至357g/L以 后，羥丙基瓜爾膠取代度開始逐漸降低。這是由于乳 液濃度低時(shí)，不利于氫氧化鈉和環(huán)氧丙烷向瓜爾膠顆 粒內(nèi)部的擴(kuò)散，因此，醚化反應(yīng)速度降低，但乳液濃 度過高，體系黏度升髙，也不利于醚化反應(yīng)的進(jìn)行， 因此，適宜的瓜爾膠乳液濃度為357g/L。

2.2乙賻濃度對羥丙基瓜爾膠取代度的影響

乙醇濃度對羥丙基瓜爾膠取代度的影響如圖2所 示。反應(yīng)條件：瓜爾膠20g,環(huán)氧丙烷4g,氫氧化鈉 〇.4g,琉酸鈉2g,乳液濃度357g/L,反應(yīng)溫度50丈， 反應(yīng)時(shí)間4h。

由圖2可知，乙酵濃度低時(shí)，體系水分含量多， 瓜爾膠顆粒易吸水溶脹而形成凝膠包覆原料，使體系

黏度升髙，環(huán)氧丙烷分子與瓜爾膠顆粒有效碰撞機(jī)率 減小，醚化反應(yīng)速度慢，羥丙基瓜爾.膠取代度較低； 而乙醇濃度過高時(shí)，造成了氫氧化鈉溶解困難，瓜爾 膠顆粒無法適度溶脹，阻礙氫氧化鈉和醚化劑進(jìn)人其 顆粒內(nèi)部，羥丙基瓜爾膠取代度也較低，由試驗(yàn)得知， 較佳的乙醉濃度為85%。

2.3反應(yīng)時(shí)間對羥丙基瓜爾膠取代度的影晌

反應(yīng)時(shí)間對羥丙基瓜爾膠取代度的影響如圖3所 示。反應(yīng)條件：瓜爾膠20g,環(huán)氧丙烷4g,氫氧化鈉 0.4g，硫酸鈉2g,乳液濃度357g/L,乙酵濃度為85%, 反應(yīng)溫度50尤。

圈3反應(yīng)時(shí)間與羥丙甚瓜爾膠取代度的關(guān)系曲線

由圖3可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，羥丙基瓜爾膠 取代度增髙，羥丙基瓜爾膠合成工藝研究，且反應(yīng)初期取代度增髙顯著，而反應(yīng)時(shí) 間4h以后，取代度增加緩慢，說明此時(shí)醚化反應(yīng)接近 完成，故適宜的反應(yīng)時(shí)間可確定為41i。

2.4反應(yīng)湩度對羥丙基瓜爾膠取代度的影響

反應(yīng)溫度對羥丙基瓜爾膠取代度的影響如圖4所 示。反應(yīng)條件：瓜爾膠20g,環(huán)氧丙烷4g,氫氧化鈉 0.4g,硫酸鈉2g，乳液濃度357g/L,乙黟濃度為85%, 反應(yīng)時(shí)間4h。

由圖4可知，羥丙基瓜爾膠取代度隨著醚化反應(yīng)溫 度的升高而增大，但在反應(yīng)溫度超過60尤以 基瓜爾膠取代度增加緩慢。

氫氣化鈉用量對羥丙基瓜爾膠取代度的彩_

氫氧化鈉用量對羥丙基瓜爾膠取代度的影響如圖5 所示。反應(yīng)條件：瓜爾膠20g,環(huán)氧丙烷4g，硫酸鈉

2g,乳液濃度357g/L,乙醇濃度為85%,反應(yīng)溫度 60^,反應(yīng)時(shí)間4h。

圖6碴_鈉用置與羥丙甚瓜爾膠取代度的關(guān)系曲線

膠顆粒的膨脹抑制劑，用量過大，會(huì)使醚化劑分子進(jìn) 人瓜爾膠顆粒內(nèi)部的數(shù)目減少，從而降低羥丙基瓜爾 膠取代度。因此，硫酸鈉用量在5%~10%范圍內(nèi)選取 為宜。

2.7環(huán)氣丙烷用置對羥丙基瓜爾膠取代度及反應(yīng)效車 的彩響

環(huán)氧丙烷用量對羥丙基瓜爾膠取代度及反應(yīng)效率 的影響如圖7所示。反應(yīng)條件：瓜爾膠20g,氫氧化鈉 M ------^ ^„ 乙酵濃度為 

 

氫氧化鈉在反應(yīng)中起催化作用，同時(shí)還是顆粒潤 脹劑。由圖5可知，當(dāng)氫氧化鈉用量少時(shí)，隨著氫氧 化鈉用量的增加，羥丙基瓜爾膠取代度增大，但當(dāng)氫 氧化鈉用量大于4%以后，羥丙基瓜爾膠取代度不再增 加，故適宜的氫氧化鈉用量應(yīng)控制在2%~4%。

2.6 «黢鈉用量對羥丙基瓜爾膠取代度的影晌

硫酸鈉用量對羥丙基瓜爾膠取代度的影響如圖6 所示。反應(yīng)條件：羥丙基瓜爾膠合成工藝研究，瓜爾膠20g,環(huán)氧丙烷4g,氫氧化鈉 0.4g,乳液濃度357g/L,乙醇濃度為85%,反應(yīng)溫度 60^,反應(yīng)時(shí)間4h。

由圖6可知，琉酸鈉用置在5%~10%時(shí)，羥丙基 瓜爾膠取代度較高，而硫酸鈉用量大于10%以后， 羥丙基瓜爾膠取代度呈逐漸下降趨勢。硫酸鈉是瓜爾

由圖7可知，隨著環(huán)氧丙烷用量的增加，羥丙基 瓜爾膠取代度增加，而反應(yīng)效率下降。環(huán)氧丙烷用量 增加，瓜爾膠分子與環(huán)氧丙烷分子的碰撞機(jī)率增大, 促進(jìn)了醚化反應(yīng)的進(jìn)行，因此，取代度逐漸增大；但 取代度增大以后，羥丙基瓜爾膠分子的空間位阻增 大，使醚化反應(yīng)進(jìn)行的難度增加，故反應(yīng)效率隨著取 代度的增大而逐漸降低。生產(chǎn)實(shí)踐中，可根據(jù)羥丙基 瓜爾膠產(chǎn)品性能要求選取適宜的環(huán)氧丙烷用童。