반응표면분석법에 의한 양이온성 옥수수전분 생산의 최적화

서지정보

· 발행기관 : 한국산업식품공학회
· 수록지 정보 : 산업식품공학 / 17권 / 2호
· 저자명 : 신해헌, 조석철

초록

양이온기를 운반할 수 있는 반응시약과의 화학적 결합에 의하여 제조되는 양이온성전분은 표면에 음이온기를 보유한 펄프의 결합력을 강하게 해주는 특성을 보유하여 제지산업에서 점차 사용량이 증가하고 있다. 본 연구에서는 양이온성전분 중에서도 가장 생산량이 많은 양이온성 옥수수 전분의 water-slurry process에 의한 반응을 최적화하였다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 치환도 0.03이하의 저치환 양이온성전분과 향 후 사용량이 증가할 치환도 0.04이상의 고치환 양이온성전분으로 분류하여 실험을 진행하였으며 천연 옥수수전분 현탁액의 알칼리호화가 시작되는 NaOH 농도를 알칼리 첨가량의 최저 기준으로 하여 NaOH의 첨가량을 조절하고, 반응온도, Na2SO4의 농도를 종속변수로 하고, 반응효율을 독립변수로 하여 중심합성계획법에 따라 실험을 진행하여 반응표면 회귀분석을 이용한 양이온반응 최적화를 수행하였다. 저치환 양이온성 옥수수전분의 제조를 위하여 8%(w/w-starch, 65% active monomer)의 양이온화 시약을 첨가한 경우 반응온도 38.48oC, Na2SO4 1.89%의 농도에서 알칼리호화 예상 농도보다 6.75 meq/g-starch의 NaOH를 추가로 첨가한 경우 최적의 양이온화 반응이 진행되었으며 이때의 반응효율은 67.28%이며 최종 양이온성 전분은 0.03022의 치환도를 나타내어 동일한 양의 반응 시약으로 산업적으로 생산되는 양이온성 옥수수전분의 치환도를 20%정도 증가시킬 수 있었다. 반응시약 첨가량을 20%로 증가시킨 경우에는 실험구에서 설계한 4%(w/w)의 Na2SO4 첨가량 및 24시간의 반응범위 내에서 양이온화 반응의 최적점을 찾을 수 없어 water-slurry process에 의한 고치환 양이온성전분의 생산은 산업화에 문제점이 있음을 입증하였다. 설계된 실험군내에서 찾은 최적 반응 조건은 호화억제제를 1.99%(w/w) 첨가하고, 추가로 첨가하는 NaOH를 알칼리호화개시농도(AGIC)보다 5.73 meq/g-starch 만큼 높게 조절할 경우 가장 높은 반응효율을 얻을 수 있었으며 이때의 예상 반응효율은 57.37%로 치환도로 환산할 경우 0.0642의 값이다.

영어초록

Cationic starch is widely used in the paper-making process as a wet-end additive to improve sheet strength and to provide better retention of fines as well as fillers. Cationic corn starch is generally used in most grades of paper because of its cheapness and opulency. Low-substituted cationic starch which has a degree of substitution (DS) of below 0.03 is widely used but regulations pertaining to the total amount of lead present in anionic waste have made paper companies leery about its continued use. As a result, the need for a high-substituted cationic starch which has a DS above 0.04 has been growing. On the basis of the results of the alkali gelatinization initiation concentration(AGIC) of corn starch suspension, the optimization of corn starch cationization was performed by response surface methodology (RSM). When 8% (w/w) cationic reagent was added to the starch suspension with 1.89% (w/w) of Na2SO4 and NaOH, after which 6.75 meq/g-starch of AGIC was added at 38.48oC. It appears that cationic starch can be produced with a reaction yield of 67.28% (DS 0.0302) over the course of 18 h. If the cationic reagent is increased to 20% (w/w), more than 24 h was needed to reach the maximum reaction yield. Within 24 h, the optimized cationization process produced cationic corn starch which has a DS of 0.064.

참고자료

· 없음