Modification of corn starch by oxidation and acetylation

Abstract

More sustainable and eco-efficiency industries intend to use bio-based raw materials instead of petroleum-based raw materials. Starch is one of the most useful, easily accessible, and cheap bio-based raw materials in the industry. This study aimed to produce modified starch that had proper solution viscosity for coating and low gelling enthalpy to reduce production energy for the adhesive industry. Corn starch was modified by oxidation with sodium hypochlorite (NaOCl), acetylation with acetic anhydride (AA), and a combination of the two (dual modification). The effect of different amounts of oxidants (6.0, 12.0, and 24.0 g Cl/ kg starch) and acetylation agents 7.50, 15.0, 30.0 g AA) on the properties of corn starch was examined at room temperature. The structural characteristics of starch granules were assessed using FTIR, 1H-NMR, DSC, solution viscosity, light transmittance, and SEM microphotographs. The effectiveness values that were identified as carbonyl and carboxyl percentage and degree of substitution (DS) in modified starches were determined. The results showed that increasing oxidant concentration increased the carbonyl and carboxyl percentage to 0.0061 % and 1.33 % but acetyl groups were independent from increasing acetic anhydride concentration. Oxidation had a superior reduction effect on starch solution viscosity with 42% reduction when compared to 22% reduction with acetylation. Both processes reduced the gelling enthalpy, but double modification was more effective. Acetylation had a greater effect on light transmittance. Surface morphology of starch was only affected by active chlorine content at 24.0 g Cl/ kg starch, but all acetic anhydride amounts caused the changes.

Değişen dünya koşullarında yenilenemeyen kaynakların her geçen gün daha tükenme tehlikesiyle karşı karşıya kalması sonucunda endüstriyel hammaddelerde petrol bazlı hammaddeler yerine doğal kaynaklardan elde edilen hammaddeler kullanmaya yönelinmiştir. Bu amaç doğrultusunda yaygın bulunan nişasta gibi biyobazlı doğal hammaddelerden petrol bazlı olanlarla aynı performansın alınması için farklı modifikasyon yöntemleriyle modifiye edilmiş ve performansları arttırılmıştır. Bu çalışmada, tutkal endüstrisinde kullanılmak üzere kaplama viskozitesine uygun, düşük jelleşme sıcaklığına ve entalpisine sahip ikili modifikasyona uğramış nişasta eldesi gerçekleştirilmiş ve modifikasyon işlemleri sırasında farklı miktarlarda kullanılacak oksidasyon ajanı olan sodyum hipoklorit (6.0, 12.0, and 24.0 g Cl/ kg nişasta) ve asetilasyon ajanı olan asetik anhidritin (AA) (7.50, 15.0, 30.0 g AA) modifikasyon verimine, mofidiye edilen nişastanı fiziksel ve kimyasal özelliklerine, nişastanın termal yapısına etkisine ve sulu çözeltisindeki değişimin etkisine olan katkısı incelenmiştir. Bu amaç doğrultusunda modifiye edilen nişastaların asit baz Titrasyon yöntemiyle karbonil, karboksil ve yer değiştirme dereceleri ölçülmüş, FTIR, 1H-NMR, DSC, SEM cihazlarıyla karakteristik analizleri gerçekleştirilmiş sulu çözeltisinin viskozitesi ve ışık geçirgenliği ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre, karbonil ve karboksil derecesinin oksidant miktarı ile arttığı ve %0.0061 ve %1.33 değerleri elde edilirken yer değiştirme derecesinin asetilasyon ajanından bağımsız olduğu görülmüştür. Oksidasyon işleminin %42 viskozite düşüşüyle asetilasyon işleminin ise ışık gerçirgenliğinin arttırılmasında baskın olduğu iki prosesin de jelleşme sıcaklığı ve entalpisinin düşürülmesinde etkin olduğu fakat ikili modifikasyonun daha baskın olduğu gözlemlenmiştir. Oksidasyon işleminde 24.0 g Cl/ kg nişasta oksidant miktarına kadar morfolojik olarak değişiklik gözlemlenmediği ve okside nişasta asetatlarında ise her miktarda yüzeyde bozulma olduğu gözlemlenmiştir.