三、生產工藝
澱粉顆粒和糊化澱粉都易與環氧乙烷起醚化反應生成部分取代的羥乙基澱粉衍生物。羥乙基澱粉的製備方法分為：濕法、幹法和有機溶劑法。
工業上生產低取代度產品（MS 0.1以下）是用濕法，其優點是能在較高質量分數（35%～45%）進行，控製反應容易，產品仍保持顆粒狀，易於過濾、水洗和幹燥。製備較高取代度產品，不宜用濕法工藝，用有機溶劑或幹法工藝。
1.濕法
工業上生產的羥乙基澱粉主要為MS 0.05～0.1低取代度產品，羥乙基含量1.3%～2.6%來自澱粉車間的澱粉乳（質量分數35%～45%），加入氫氧化鈉，其量為幹澱粉的1%～2%。為避免局部過堿可能引起澱粉顆粒糊化，還須加硫酸鈉或氯化鈉鹽，才能加較高量的氫氧化鈉堿以提高反應效率。硫酸鈉或氯化鈉可先加入澱粉乳，再加入堿，也可與堿同時加入。先配製成含30%氫氧化鈉和26%氯化鈉鹽的混合溶液，加入澱粉乳中，有利於混合均勻。環氧乙烷的沸點低（10.7℃），易於揮發，與空氣混合又可能引起爆炸，所以用密閉反應器，以避免損失和危險。加環氧乙烷用管引入澱粉乳中，有利於促進溶解，加入環氧乙烷之前先通氮氣於澱粉乳，排除空氣，防止在反應器頂部形成爆炸性混合氣體，有利於保障安全。反應在低於糊化溫度（25～50℃）進行，溫度過高可能引起澱粉顆粒膨脹，反應完成後過濾困難，溫度過低則反應速度慢，時間太長。反應完成後，中和、過濾、水洗、幹燥。反應效率70%～90%，因反應條件存在差別，應用此澱粉乳濕法工藝時，增加鹽用量，也能獲得較高取代度的羥乙基澱粉。取代度MS 0.6產品還易過濾，但難水洗，因為鹽被洗掉後濾餅易膨脹，再水洗、幹燥都困難，若濾餅中鹽不被洗掉，也能低溫幹燥，不致糊化。
2.有機溶劑法
製備較高取代度羥乙基澱粉能在醇液中進行。醇分子雖然也有羥基，但因為澱粉吸收堿，羥基反應活性高，環氧乙烷優先與澱粉發生醚化反應。有一種實驗室製備MS 0.5羥乙基澱粉方法，於密閉反應器中攪拌，混合玉米澱粉（含水分10%）100g，氫氧化鈉3g，水7.7g，異丙醇100g，環氧乙烷15g，44℃反應24h。用乙酸中和，真空抽濾，用80%乙醇洗滌到不含乙酸鈉和其他有機副產物為止。分散濾餅，室溫幹燥。環氧乙烷的反應效率80%～90%。提高環氧乙烷的用量比例，能得到取代度更高的產品。因為取代度增高，產品在低脂肪醇中的溶解度也增高，並且具有熱塑性和水溶性，應當用較高脂肪醇或在混合有機溶液中製備。
製備較高取代度的羥乙基澱粉能在脂肪酮液中進行，如丙酮或甲基乙基酮。玉米澱粉（含水分5%）混於丙酮中，濃度40%，保持攪拌，加入15%氫氧化鈉液，到氫氧化鈉溶液添加量達澱粉量的2.5%為止。陸續加入環氧乙烷，在50℃反應，在反應過程中，添加丙酮保持流動性，易於攪拌。用酸中和，過濾除去丙酮，幹燥。產品含羥乙基可達38%，MS 2.2，仍保持顆粒狀，但遇冷水立即糊化。
3.幹法
用環氧乙烷氣體壓力下作用於含有少量堿性催化劑的幹澱粉是常用製備較高取代度羥乙基澱粉的方法，稱為幹法工藝。工業幹澱粉含有10%～13%水分，催化劑易於滲透到顆粒內部。催化劑用氫氧化鈉與氯化鈉，也能單獨使用氯化鈉，起到“潛在”堿催化劑作用。氯化鈉與環氧乙烷和水分發生反應生成氯乙醇和氫氧化鈉，後者起堿性催化作用。反應完成後用有機溶劑清洗，產品仍保持顆粒狀，甚至取代度高到冷水能溶解程度也是如此。也能用叔胺或季銨堿作為催化劑。叔胺與環氧乙烷起反應生成季銨堿，具有強催化作用。
也能應用幹法工藝製備低取代度羥乙基澱粉或穀物粉。配製濃堿液，噴入幹澱粉或穀物粉，也可攪拌混合，再進行羥乙基化，也可混合幹氫氧化鈉粉與澱粉或穀物粉，放置一定時間後，進行羥乙基化。這種羥乙基穀物粉的成本便宜，適於造紙、紡織和其他工業應用。
羥乙基澱粉的製備中主要的影響因素有以下幾種。
（1）催化劑及用量濕法乙基化反應一般是在堿性催化劑存在的條件下進行。催化劑包括NaOH、KOH、吡啶、三乙胺、季銨氫氧化物、Ca（OH）2、氫氧化鋇、磷酸鹽、羧酸基（如磺酸、檸檬酸、酒石酸、抗壞血酸鹽等）。最常用的催化劑是NaOH。
催化劑用量一般為幹澱粉質量的0.5%～2.0%。氯乙醇作醚化劑時，n堿∶n鹵代醇>1（n為物質的量）。
（2）膨脹抑製劑及用量為防止在反應過程中，由於澱粉的膨脹或糊化給反應和脫水帶來的困難，因此在反應時需添加膨脹抑製劑。常用的膨脹抑製劑有Na2SO4、氯化鈉等。膨脹抑製劑的加入量視反應程度不同而有差異，取代度越高，膨脹抑製劑加入量越多。
（3）醚化劑用量製備羥乙基澱粉時，醚化劑為環氧乙烷和氯乙醇，其加入量與反應程度有關。但需注意的是環氧乙烷與空氣混合易爆炸。因此，在通入環氧乙烷前必須先通入氮氣，將反應器中的空氣除淨後，才能通入環氧乙烷。用氯乙醇製備羥乙基澱粉就比較安全。
（4）反應介質及濃度低取代度產品以水作為介質，澱粉乳的含量一般為30%～40%（質量分數）。高取代度產品在有機溶劑中進行，常用的有機溶劑有乙醇、丙酮和異丙醇等。澱粉∶醇≥1（質量∶體積）；酒精水溶液的濃度為75%～95%（視反應程度而定）。幹法反應，澱粉含水6%～20%。
（5）反應溫度及時間濕法反應，反應溫度應低於澱粉糊化溫度，一般為30～50℃；反應時間需十幾小時至幾十小時，視反應程度及反應方法而定。幹法反應，反應溫度為70～100℃，反應時間需要5～10h。
【崗位要求及操作規程】
一、崗位要求
（1）備料崗位要求準確計量並配置澱粉乳，堿液、酸液，備好硫酸鈉、環氧乙烷，氮氣；
（2）反應崗位要求排除反應釜內空氣，反應計時，並按工藝要求進行溫度調節，達到反應終點用酸液中和，測pH並記錄；
（3）脫水崗位要求采用過濾或離心設備進行脫水並洗滌；
（4）幹燥崗位要求按規程用幹燥設備進行幹燥；
（5）包裝崗位要求按產品要求進行包裝；
（6）符合澱粉生產及製糖行業各技術領域的職業崗位（群）的基本任職要求。
二、操作規程
1.配料
根據公司指令和產品名稱、規格及生產數量領取必須的原輔料和包裝物；按照工藝配比進行計量，非整桶加料或零星原料需在周轉桶中準確計量；質量分數35%～45%的澱粉乳先與堿液混合，形成堿性澱粉乳，加入硫酸鈉抑製澱粉顆粒膨脹。
2.反應
堿性澱粉乳注入反應釜，把氮氣通入進行澱粉乳中，將密閉反應釜中的空氣全部排出，防止爆炸；管道將環氧乙烷通入堿性澱粉乳中，按工藝要求進行控溫，終點用鹽酸中和。
3.脫水
用離心機或曲篩分離澱粉，水洗除去可溶性物質，再甩幹後移入烘房，或者氣流幹燥，保證水分含量在相應範圍內，一般在12%之內。
4.計量包裝
產品包裝按照工藝規定和公司指令進行；包裝好的產品張貼產品標識和代碼、批號。
任務三 羥丙基澱粉的生產
【相關知識】
一、羥丙基澱粉的性質與應用
羥丙基具有親水性，能減弱澱粉顆粒結構的內部氫鍵強度，使其易於膨脹和糊化，取代度增高，糊化溫度降低，最後能在冷水中膨脹。MS由0.4增加到1.0，在冷水中分散好，更高取代度產品的醇溶解度增高，能溶於甲醇或乙醇。羥丙基澱粉糊化容易，所得糊透明度高、流動性好、凝沉性弱、穩定性高。冷卻時黏度雖然也有所增高，但重新加熱後，仍能恢複原來的熱黏度和透明度。糊的凍融穩定性高，在低溫存放或冷凍再融化，重複多次，仍能保持原來膠體結構，無水分析出，這是因為羥丙基的親水性能保持糊中水分的緣故。糊的成膜性好，膜透明、柔韌、平滑，耐折性都好。羥丙基為非離子型，受電解質的影響小，能在較寬酸堿pH條件下使用。取代醚鍵的穩定性高，在水解、氧化、交聯等化學反應過程中取代基不會脫落，這種性質有利於複合變性加工。
羥丙基澱粉糊黏度穩定是最大優點，主要於許多食品中作為增稠劑，特別是用於冷凍食品和方便食品中。羥丙基澱粉也是好的懸浮劑，加在濃縮橙汁中，流動性好，放置也不分層或沉澱。因為對電解質和不同pH影響的穩定性高，適合應用於含鹽量高和酸性食品。由於其較好的相容性，還能與其他增稠劑共用，如與卡拉膠共用於乳製品中，與漢生膠共用於沙拉醬中。
有若幹種複合變性羥丙基澱粉產品具有更好性質，可應用於食品加工中，特別是用三氯氧磷、環氧氯丙烷、偏磷酸鈉的交聯複合變性產品。這類交聯複合變性產品在常溫下受熱黏度低，在高溫受熱黏度高，並且穩定，特別適於罐頭類食品中作為增稠劑和膠黏劑。羥丙基醚化再羥乙酰化的複合變性產品為口香糖的良好基料，彈性和口嚼性好，羥丙基和乙酰基MS分別為3～6和0.5～0.90。
羥丙基澱粉的非食品工業應用，主要是利用其良好成膜性，如用於紡織和造紙工業上漿和施膠。用於洗滌劑中防止汙物沉澱，用於石油鑽泥中防止失水，並用作建築材料的膠黏劑、塗料、化妝品或有機液體的凝膠劑。
二、醚化反應機製
羥丙基澱粉的醚化機製和羥乙基澱粉類似，是環氧丙烷在堿性條件下和澱粉反應製得的。由於環氧丙烷環張力大，易開環反應，其活性大於環氧乙烷。該反應也是親核取代反應。取代反應也主要發生在澱粉分子中脫水葡萄糖基的C2原子的仲羥基上，C3和C6原子上羥基的反應程度較小。C2、C3、C6各個原子羥基的反應常數為33，5，6。
除上述主要反應外還有副反應發生，已取代的羥丙基澱粉和環氧丙烷反應可生成多氧丙基側鏈。
三、生產工藝
羥丙基澱粉的製備方法與羥乙基澱粉相似，歸納起來有濕法、幹法和溶劑法工藝。
工業上普遍應用澱粉乳濕法生產，MS為0.1或0.1以下。此方法的優點是澱粉能保持顆粒狀態，反應完成後易於過濾，水洗後得到純度高的產品。來自澱粉車間的澱粉乳濃度35%～45%，加入硫酸鈉抑製澱粉顆粒膨脹，用量為幹澱粉重的5%～10%。加入氫氧化鈉，其量約為幹澱粉重1%，配為5%溶液，保持激烈攪拌，澱粉乳加入堿液。也可混些硫酸鈉於堿液中以防止加堿液時引起澱粉顆粒膨脹。將環氧丙烷加入澱粉乳，其量為幹澱粉重6%～10%，密封反應器，保持攪拌，在40～50℃反應24h，環氧丙烷反應效率約為60%。因環氧烷羥與空氣混合有引起爆炸可能，故需通氮氣排除空氣，並在密閉反應器中進行。
堿性澱粉乳加入環氧丙烷後，於18℃保持30min，再升高反應溫度到49℃能提高醚化效率，得到較高取代度的產品。玉米澱粉乳含澱粉500g（水分10%），800mL水，5g氫氧化鈉和70g硫酸鈉，50mL環氧丙烷，18℃保持攪拌30min。升溫到49℃，反應8h，鹽酸中和到pH 5.5，過濾，水洗，幹燥，得到羥丙基澱粉，DS 0.050。重複此反應（不需要18℃保持30min的步驟），所得羥丙基澱粉DS為0.035。
羥丙基澱粉主要應用在食品工業中，對所使用的試劑和產品質量，食品安全標準都有嚴格規定。氯化鈉與環氧丙烷發生反應生成氯丙醇，美國食品法規定氯丙醇殘餘量在5mg/L以下。
製備較高取代度（羥丙基含量20%～30%）馬鈴薯羥丙基澱粉能通過預熱澱粉乳，提高澱粉的膨脹糊化穩定性，再進行堿性醚化而製得，所得產品仍保持顆粒狀，易於過濾、水洗、幹燥。馬鈴薯澱粉乳濃度35%、pH 6.5，保持攪拌，於55℃加熱20h，澱粉糊化穩定性增高，糊化溫度提高約10℃，再加環氧丙烷，用量為澱粉的30%，分兩次加，氫氧化鈉用量為澱粉的1.5%，硫酸鈉為水的20%，澱粉與水比例為30∶70，38℃反應24h，所得產品含羥丙基17.6%、MS 0.7。