POTATO STARCH MODIFICATION WITH BENZOIC ACID CHLORINE HYDRIDE
Starch is a natural polymer due to modification, acquires the necessary properties for the needs of the food, packaging and other industries. The following modification methods are known: physical, chemical and biological. Starches modified with chloride, phosphate, sulfate acids, acetic anhydride,...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2024
|
| Онлайн доступ: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/627 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871466017356513280 |
|---|---|
| author | Shulga, Sergii Shulga, Oksana |
| author_facet | Shulga, Sergii Shulga, Oksana |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Sergii Shulga",
"institution": "Prof at Food Chemistry Department of National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "Oksana Shulga",
"institution": "Prof at Food Examination Department of National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Shulga, Sergii |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:53Z |
| description | Starch is a natural polymer due to modification, acquires the necessary properties for the needs of the food, packaging and other industries. The following modification methods are known: physical, chemical and biological. Starches modified with chloride, phosphate, sulfate acids, acetic anhydride, acetic and succinic acids, potassium hydroxide, ammonium persulfate are industrially produced in many countries in the world. A numeric of works concerns the interaction of various starch types with fatty acid chlorides. In addition, native and modified starch are biodegradable and allows them to be used for the ecological materials. The potato starch modification with benzoic acid chloride was carried out and was confirmed by elemental analysis. There were changes in the vibration frequency bands of native starch in the uncharacteristic region in the IR spectra: the vibration frequency at 981.81 cm-1 increased and in the spectrum of the modified starch it lies at 1024.82 cm-1, the band with the vibration frequency of 923.07 cm-1 shifted to 866.66 cm-1, and the band with an oscillation frequency of 609.79 cm-1 shifted to 672.22 cm-1,which indicates a change in the uncharacteristic region of the native starch spectrum after acylation. A signal appeared at 7.3 ppm in the modified starch NMR spectrum, which is characteristic of the benzoin ring. However, it was impossible to determine the degree of starch glucopyranose acylation chains and determine the substituent position by NMR spectrum. There were changes in the appearance of starch, which was determined by microscopy: the characteristic potato starch grains shape, elongated oval grains were destroyed. The obtained modified product properties were studied using thermogravimetric analysis and it was established the modification changed the forms of moisture bonds with starch, the grains appearance, and the crystallinity degree decreased from 12 to 5%. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.89.12.2023.110-119 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
110 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
УДК 664.22:547.581.2-048.72 doi: 10.33609/2708-129X.89.12.2023.110-119
МОДИФІКАЦІЯ КАРТОПЛЯНОГО КРОХМАЛЮ ХЛОРАНГІДРИДОМ
БЕНЗОЙНОЇ КИСЛОТИ
С. І. Шульга, О. С. Шульга
Національний університет харчових технологій;
вул. Володимирська, 68, Київ 01601, Україна
E-mail: shulgasi2015@gmail.com
Крохмаль – це природній полімер, який за рахунок модифікації набуває необхідних
властивостей для потреб харчової, пакувальної та інших галузей промисловості. Нині
відомі такі способи модифікації: фізичні, хімічні та біологічні. Крохмалі, модифіко-
вані хлоридною, фосфатною, сульфатною кислотами, оцтовим ангідридом, оцтовою
та бурштиновою кислотами, гідроксидом калію, персульфатом амонію, виробляють
у промислових масштабах у багатьох країнах світу. Значна кількість наукових праць
стосується взаємодії різних видів крохмалю з хлорангідридами жирних кислот. Крім
того, крохмаль нативний та модифікований піддаються біодеструкції, що дозволяє ви-
користовувати їх для виготовлення екологічних матеріалів. Проведено модифікацію
картопляного крохмалю хлорангідридом бензойної кислоти, яку підтверджено еле-
ментним аналізом. В ІЧ-спектрах відбулися зміни смуг частоти коливань нативного
крохмалю в нехарактеристичній області: частота коливань при 981,81 см-1 збільшилася
і в спектрі модифікованого крохмалю та лежить при 1024,82 см-1. Смуга з частотою
коливань 923,07 см-1 змістилася до 866,66 см-1, а смуга з частотою коливань 609,79 см-1
змістилася до 672,22 см-1, що вказує на зміну нехарактеристичної області спектру зраз-
ка нативного крохмалю після ацилування. В спектрі ЯМР модифікованого крохмалю
з’явився сигнал при 7,3 м.ч., що є характерним для бензойного кільця. Проте визначи-
ти ступінь ацилування глюкопіранозних ланцюгів крохмалю та визначити положення
замісника за спектром ЯМР виявилося неможливим. Відбулися зміни зовнішнього ви-
гляду крохмалю, що встановлено за допомогою мікроскопіювання: характерна форма
зерен картопляного крохмалю – видовжені овальні зерна – зруйновані. Досліджено
властивості отриманого модифікованого продукту за допомогою термогравіметрич-
ного аналізу та встановлено, що модифікація змінила форми зв’язків вологи з крохма-
лем, зовнішній вигляд зерен, ступінь кристалічності зменшилася з 12 до 5 %.
Ключові слова: крохмаль, нативний, модифікований, бензойна кислота, хлорангід-
рид.
111https://ucj.org.ua
С. І. Шульга, О. С. Шульга УХЖ № 12 / ТОМ 89
ВСТУП. Крохмаль як природній полімер
широко використовують у багатьох галу-
зях промисловості. Властивості нативного
крохмалю не завжди відповідають техноло-
гічним потребам під час виробництва хар-
чових продуктів або пакувальних матеріа-
лів. Модифікація крохмалю надає можли-
вості змінювати фізико-хімічні властивості
нативного крохмалю та створювати нові
матеріали із заданими властивостями [1].
Нині відомі такі способи модифікації: фі-
зичні, хімічні та біологічні. Вивчення меха-
нізму хімічної модифікації, змін будови та
властивостей модифікованого крохмалю
дозволить розширити хімію полісахаридів.
Крохмалі, модифіковані хлоридною, фос-
фатною, сульфатною кислотами, оцтовим
ангідридом, оцтовою та бурштиновою кис-
лотами, гідроксидом калію, персульфатом
амонію в промислових обсягах виробляють
у багатьох країнах світу [2].
Значна кількість наукових праць стосу
ється взаємодії різних видів крохмалю з
хлорангідридами жирних кислот [3, 4].
Крім того, крохмаль нативний та модифі
кований піддаються біодеструкції, що доз
воляє використовувати їх для виготовлен-
ня екологічних матеріалів [5]. В аспекті
теперішньої екологічної ситуації в світі є
актуальним розширення асортименту си-
ровини для екологічних пакувальних мате-
ріалів.
Більшість запропонованих схем моди-
фікації полісахаридів, які наведено в літе-
ратурних джерелах, є багатостадійними,
складними, потребують вартісних та від-
носно токсичних реагентів, що неприпус
тимо для харчової промисловості та для
предметів і матеріалів, призначених для
контакту з харчовими продуктами. Саме
тому дослідження теми модифікації кро-
хмалю є актуальним та життєво необхід-
ним. На підставі попередніх досліджень [6]
можна стверджувати, що модифікація при-
родних полімерів позитивно позначається
на властивостях полімеру як сировини для
біодеградабельних матеріалів.
Метою нашої роботи було проведення
модифікації нативного картопляного кро-
хмалю хлорангідридом бензойної кислоти
та дослідження фізико-хімічних власти-
востей продукту модифікації.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕ-
ЗУЛЬТАТІВ. Запропоновано зручний ме-
тод модифікації крохмалю хлорангідридом
бензойної кислоти з використанням роз-
чинника диметилсульфоксиду (ДМСО),
який є водорозчинним, що дозволяє повні-
стю видалити його залишки після реакції.
Модифікатором крохмалю запропоно-
вано бензойну кислоту, яку використову-
ють у харчовій промисловості як консер-
вант [7].
Підготовка крохмалю до реакції ацилу-
вання хлорангідридом бензойної кислоти.
У колбу на 500 см3 поміщали 100 г карто-
пляного крохмалю, під’єднували через за-
побіжну склянку (Дрекселя) до водостру-
меневого насоса і нагрівали на киплячій
водяній бані протягом 9 год. Вихід про-
дукту: 88,1 г (втрати за рахунок сушіння
11,9 %).
Підготовка ДМСО
300 см3 ДМСО витримували протягом
2 діб при періодичному перемішуванні над
прожареним за температури 400 оС СаО.
Потім ДМСО переносили в колбу на 500 см3
і додавали 30 см3 сухого бензену. Залишки
води відганяли за атмосферного тиску у ви-
гляді азеотропу з бензеном і ДМСО ще раз
112 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
МОДИФІКАЦІЯ КАРТОПЛЯНОГО КРОХМАЛЮ ХЛОРАНГІДРИДОМ БЕНЗОЙНОЇ КИСЛОТИФІЗИЧНА ХІМІЯ
переганяли у вакуумі водоструменевого
насоса.
Синтез хлорангідриду бензойної кислоти
У реактор на 100 см3, обладнаний маг-
нітною мішалкою з підігрівом, крапельною
лійкою, термометром і зворотним холо-
дильником помістили 12,2 г (0,1 М) бен-
зойної кислоти. За умови перемішування
через крапельну лійку невеликими пор-
ціями додавали 23,8 г (0,2 М) хлористого
тіонілу. Реакційна суміш поступово розі-
грівалася. Через 1 год додавали три краплі
ДМФА, температуру підтримували на рів-
ні 50–60 оС ще впродовж 5 год. Надлишок
хлористого тіонілу відганяли у вакуумі во-
доструменевого насоса. Отримали 12,3 г
(87,9 %) продукту, який використовували
без додаткового очищення. Схему отри-
мання хлорангідриду бензойної кислоти
наведено на рис. 1.
C6H5COOH + SOCI2 = C6H5COCI + SO2 + HCI
Рис. 1. Схема синтезу хлорангідриду бензой
ної кислоти
Fig. 1. Benzoic acid chloride synthesis scheme.
Естерифікація крохмалю хлорангідри-
дом бензойної кислоти
У тригорлий реактор на 500 см3, облад-
наний магнітною мішалкою з підігрівом,
лійкою, термометром і зворотним холо-
дильником, поміщали 18,0 г (0 ,1 М) у роз-
рахунку на глюкозу) висушеного крохмалю
і 350 см3 висушеного ДМСО. Перемішува-
ли протягом 3 год за температури 75 оС до
утворення прозорих драглів. Далі знімали
нагрів і додавали 0,5 г K2CO3 (близько 2 %
до маси крохмалю). Під час перемішуван-
ня додали невеликими порціями 21,1 г
(0,15 М) хлорангідриду бензойної кислоти.
Реакційна маса густішала, через 1 год реак-
ційна маса являла собою дуже густі драглі
світло-жовтого кольору. Суміш нагрівали
при перемішуванні ще протягом 2 год за
температури 55–60 оС. Реакційну суміш
залишали на ніч за кімнатної температу-
ри. Далі додавали 150 см3 етанолу та інтен-
сивно перемішували 1 год. Осад, що випав,
відфільтровували на вакуумі водостру-
меневого насоса, промивали дистильова-
ною водою (2х30 см3), етанолом (2х15 см3).
Отриманий продукт сушили на повітрі за
кімнатної температури.
Методи дослідження
Інфрачервоне дослідження проводили
на приладі Nexus-475 фірми Nicolet, таблет-
ка з КBr.
Рентгено-фазовий аналіз проводили на
приладі «ДРОН-3М» у випромінюванні
СuKα з Ni фільтром; U=35 kV, I=20 mA;
кут переміщення лічильника Δ2Θ=0,04о;
час відліку інтенсивності 3 с.
Термогравіметричне дослідження про-
водили на приладі Q-1500В.
ЯМР-спектри реєстрували на ЯМР-спек-
трометрі MERCURY, фірми VARIAN,
400 МГц у розчині DMSO–d6.
ІЧ-дослідження
За результатами аналізу ІЧ-спектрів на-
тивного картопляного крохмалю (рис. 2 а)
і модифікованого хлорангідридом бензой-
ної кислоти видно, що в ІЧ-спектрі моди-
фікованого крохмалю (рис. 2 б) відбулися
зміни. Так, в ІЧ-спектрі є максимум при
1710,82 см-1, що є характерним для С=О у
складі естерної групи, яка з'явилася в моди-
фікованому крохмалі в результаті реакції
ацилування.
113https://ucj.org.ua
С. І. Шульга, О. С. Шульга УХЖ № 12 / ТОМ 89
Рис. 2. ІЧ-спектри нативного (а) та модифікованого (б) картопляного крохмалю
Fig. 2. IR-spectra of native (a) and modified (b) potato starch.
Термогравіметричне дослідження проводили на приладі Q-1500В.
ЯМР-спектри реєстрували на ЯМР-спектрометрі MERCURY, фірми VARIAN, 400
МГц у розчині DMSO–d6.
ІЧ-дослідження
За результатами аналізу ІЧ-спектрів нативного картопляного крохмалю (рис. 2 а) і
модифікованого хлорангідридом бензойної кислоти видно, що в ІЧ-спектрі модифікованого
крохмалю (рис. 2 б) відбулися зміни. Так, в ІЧ-спектрі є максимум при 1710,82 см-1, що є
характерним для С=О у складі естерної групи, яка з'явилася в модифікованому крохмалі в
результаті реакції ацилування.
а б
Рис. 2. ІЧ-спектри нативного (а) та модифікованого (б) картопляного крохмалю
Fig. 2. IR-spectra of native (a) and modified (b) potato starch.
У спектрі нативного крохмалю (рис. 1а) присутня достатньо широка інтенсивна смуга,
яка знаходиться при 3380,35 см-1, а в спектрі модифікованого зразка (рис. 2б) смуга лежить в
області більш сильних коливань при 3411,08 см-1, що пов’язано зі ступенем участі ОН-групи
в утворенні водневих зв’язків. Що більше гідроксильних груп бере участь в утворенні
водневих зв'язків (нативний крохмаль), то більша область їхніх коливань зміщується в слабке
поле [8]. Крім того, при порівнянні ІЧ-спектрів нативного та модифікованого крохмалів (рис.
2 а, б) встановлено, що спектри мають різні коливання в нехарактеристичній області. В ІЧ-
спектрі нативного крохмалю (рис. 2а) міститься низка коливань у нехарактеристичній
області, зокрема 981,1 см-1, 923,07 см-1, 609,79 см-1. Під час порівняння цих даних з
аналогічними коливаннями модифікованого крохмалю видно, що в спектрі нативного
крохмалю частота коливань при 981,81 см-1 збільшилася і в спектрі модифікованого
Термогравіметричне дослідження проводили на приладі Q-1500В.
ЯМР-спектри реєстрували на ЯМР-спектрометрі MERCURY, фірми VARIAN, 400
МГц у розчині DMSO–d6.
ІЧ-дослідження
За результатами аналізу ІЧ-спектрів нативного картопляного крохмалю (рис. 2 а) і
модифікованого хлорангідридом бензойної кислоти видно, що в ІЧ-спектрі модифікованого
крохмалю (рис. 2 б) відбулися зміни. Так, в ІЧ-спектрі є максимум при 1710,82 см-1, що є
характерним для С=О у складі естерної групи, яка з'явилася в модифікованому крохмалі в
результаті реакції ацилування.
а б
Рис. 2. ІЧ-спектри нативного (а) та модифікованого (б) картопляного крохмалю
Fig. 2. IR-spectra of native (a) and modified (b) potato starch.
У спектрі нативного крохмалю (рис. 1а) присутня достатньо широка інтенсивна смуга,
яка знаходиться при 3380,35 см-1, а в спектрі модифікованого зразка (рис. 2б) смуга лежить в
області більш сильних коливань при 3411,08 см-1, що пов’язано зі ступенем участі ОН-групи
в утворенні водневих зв’язків. Що більше гідроксильних груп бере участь в утворенні
водневих зв'язків (нативний крохмаль), то більша область їхніх коливань зміщується в слабке
поле [8]. Крім того, при порівнянні ІЧ-спектрів нативного та модифікованого крохмалів (рис.
2 а, б) встановлено, що спектри мають різні коливання в нехарактеристичній області. В ІЧ-
спектрі нативного крохмалю (рис. 2а) міститься низка коливань у нехарактеристичній
області, зокрема 981,1 см-1, 923,07 см-1, 609,79 см-1. Під час порівняння цих даних з
аналогічними коливаннями модифікованого крохмалю видно, що в спектрі нативного
крохмалю частота коливань при 981,81 см-1 збільшилася і в спектрі модифікованого
а
б
114 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
МОДИФІКАЦІЯ КАРТОПЛЯНОГО КРОХМАЛЮ ХЛОРАНГІДРИДОМ БЕНЗОЙНОЇ КИСЛОТИФІЗИЧНА ХІМІЯ
У спектрі нативного крохмалю (рис. 1а)
присутня достатньо широка інтенсивна
смуга, яка знаходиться при 3380,35 см-1, а
в спектрі модифікованого зразка (рис. 2б)
смуга лежить в області більш сильних коли-
вань при 3411,08 см-1, що пов’язано зі сту-
пенем участі ОН-групи в утворенні водне-
вих зв’язків. Що більше гідроксильних груп
бере участь в утворенні водневих зв'язків
(нативний крохмаль), то більша область
їхніх коливань зміщується в слабке поле
[8]. Крім того, при порівнянні ІЧ-спектрів
нативного та модифікованого крохмалів
(рис. 2 а, б) встановлено, що спектри ма-
ють різні коливання в нехарактеристичній
області. В ІЧ-спектрі нативного крохмалю
(рис. 2а) міститься низка коливань у неха-
рактеристичній області, зокрема 981,1 см-1,
923,07 см-1, 609,79 см-1. Під час порівняння
цих даних з аналогічними коливаннями
модифікованого крохмалю видно, що в
спектрі нативного крохмалю частота коли-
вань при 981,81 см-1 збільшилася і в спек-
трі модифікованого крохмалю лежить при
1024,82 см-1, смуга з частотою коливань
923,07 см-1 змістилася до 866,66 см-1, а смуга
з частотою коливань 609,79 см-1 змістилася
до 672,22 см-1, що вказує на зміну нехарак-
теристичної області спектру зразка натив-
ного крохмалю після ацилування. Отже, за
результатами ІЧ-аналізу зразки нативного
та модифікованого крохмалів мають різний
хімічний склад у результаті хімічної моди-
фікації картопляного крохмалю хлорангід-
ридом бензойної кислоти.
Елементний аналіз
Отримані результати елементного ана-
лізу, ацильованого ангідридом бензойної
кислоти, такі: знайдено Карбону 48,26%,
Гідрогену – 5,71 %. С25Н34О17. Розраховано
Карбону 48,15 %, Гідрогену –5,62 %.
Наведені результати ІЧ-спектрів та ре-
зультати елементного аналізу показують,
що ацилування крохмалю хлорангідридом
бензойної кислоти відбулося за співвід-
ношенням однієї молекули хлорангідриду
бензойної кислоти і трьох залишків глюко-
піранозних кілець (рис. 3).
крохмалю лежить при 1024,82 см-1, смуга з частотою коливань 923,07 см-1 змістилася до
866,66 см-1, а смуга з частотою коливань 609,79 см-1 змістилася до 672,22 см-1, що вказує на
зміну нехарактеристичної області спектру зразка нативного крохмалю після ацилування.
Отже, за результатами ІЧ-аналізу зразки нативного та модифікованого крохмалів мають
різний хімічний склад у результаті хімічної модифікації картопляного крохмалю
хлорангідридом бензойної кислоти.
Елементний аналіз
Отримані результати елементного аналізу, ацильованого ангідридом бензойної
кислоти, такі: знайдено Карбону 48,26%, Гідрогену – 5,71 %. С25Н34О17. Розраховано
Карбону 48,15 %, Гідрогену –5,62 %.
Наведені результати ІЧ-спектрів та результати елементного аналізу показують, що
ацилування крохмалю хлорангідридом бензойної кислоти відбулося за співвідношенням
однієї молекули хлорангідриду бензойної кислоти і трьох залишків глюкопіранозних кілець
(рис. 3).
O
OH
OHOH
O
O
OH
OHOH
O
O
OH
OHOH
O
n
C
ClO
n
- n HCl
C
O
O
OH
OH O
OH
OH
O OOH
O O
OH
OHOH
O O
n
Рис. 3. Структурна формула продукту модифікації картопляного крохмалю хлорангідридом бензойної
кислоти
Fig. 3. Structural formula of the potato starch modification product with benzoic acid chloride.
Автори [9] стверджують, що найбільш легко ацилюється первинна спиртова група і
гідроксильна спиртова група при С2. Інші дослідники [4] надають перевагу гідроксильній
групі при С2.
Рис. 3. Структурна формула
продукту модифікації карто-
пляного крохмалю хлорангід-
ридом бензойної кислоти
Fig. 3. Structural formula of
the potato starch modification
product with benzoic acid chlo-
ride.
115https://ucj.org.ua
С. І. Шульга, О. С. Шульга УХЖ № 12 / ТОМ 89
Автори [9] стверджують, що найбільш
легко ацилюється первинна спиртова гру-
па і гідроксильна спиртова група при С2.
Інші дослідники [4] надають перевагу гід-
роксильній групі при С2.
Термогравіметричне дослідження
За умови зміни кристалічної на аморфну
структуру можна очікувати зміну власти-
вості речовини зв’язувати та утримувати
воду. За допомогою термічного аналізу от-
риманого дериваторами, аналіз результатів
яких наведено в табл. 1.
Табл. 1
Зони термолізу нативного та модифікованого крохмалів
Table 1.
The zones of native and modified starches thermolysis.
Ви
д
кр
ох
ма
лю
Зони термолізу
І
Виділення
адсорбованої
води
ІІ
Виділення
кристалізаційної
води
ІІІ IV
горіння
продуктів
обвуглення
Термоліз
безводних
продуктів
Обвуглення
Темпера-
турний
інтервал,
оС
Δ m ,
%
Темпера-
турний
інтервал,
оС
Δm,
%
Темпера-
турний
інтервал,
оС
Δ m ,
%
Темпера-
турний
інтервал,
оС
Δm,
%
Темпера-
турний
інтервал,
оС
Δm,
%
Н
ат
ив
ни
й
65–100 3,9 100–140 3,8 300–380 7,5 380–500 5,0 500–600 7,5
М
од
иф
ік
ов
ан
ий
60–100 4,9 100–240 13,3 240–370 7,5 370–500 3,8 500–670 1,5
Відповідно до результатів табл. 1, модифі-
кований крохмаль містить більше адсорбо-
ваної води на 1,0 % за рахунок проведення
модифікації у водному середовищі і саме за
рахунок цього кількість кристалізаційної
води в модифікованому крохмалі на 9,5 %
є більшою. Під час проведення модифікації
відбувається клейстеризація крохмалю, а
під час його ацилування утримується і вода.
Саме за рахунок наявності кристалізаційної
води в модифікованому крохмалі кількість
безводних продуктів менша і, як наслідок,
у третій зоні термолізу кількість безводних
продуктів на 10 % менша, ніж для нативно-
го крохмалю. Крім того, термоліз безводних
продуктів починається за дещо нижчих тем-
ператур – 240 оС проти 300 оС для нативного
крохмалю. Отже, модифікація картопляного
116 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
МОДИФІКАЦІЯ КАРТОПЛЯНОГО КРОХМАЛЮ ХЛОРАНГІДРИДОМ БЕНЗОЙНОЇ КИСЛОТИФІЗИЧНА ХІМІЯ
крохмалю хлорангідридом бензойної кисло-
ти зумовлює зміну форми та кількості води
картопляного крохмалю.
ЯМР-дослідження
У спектрі ЯМР модифікованого крохма-
лю з’явився сигнал при 7,3 м.ч., що є харак-
терним для бензойного кільця.
Визначити ступінь ацилування глюкопі-
ранозних ланцюгів крохмалю та визначити
положення замісника за спектром ЯМР ви-
явилося неможливим.
Рентгено-структурне дослідження
З метою з'ясування впливу процесу ете-
рифікації хлорангідридом бензойної кис-
лоти на кристалічність структури карто-
пляного крохмалю використано рентгено-
структурний аналіз [10]. Отримані дифрак-
тограми наведено на рис. 4.
Рентгенограма нативного крохмалю вка-
зує на його аморфно-кристалічну структу-
ру зі ступенем кристалічності 12 %. Моди-
фікований крохмаль має аморфну струк-
туру зі ступенем кристалічності лише 5 %.
Крім того, руйнування первинної структу-
ри зерен крохмалю також підтверджено за
допомогою оптичного мікроскопіювання.
Отже, проведення хімічної модифікації
хлорангідридом бензойної кислоти спри-
чиняє зменшення кристалічної структури
вихідного крохмалю.
ЯМР-дослідження
У спектрі ЯМР модифікованого крохмалю з’явився сигнал при 7,3 м.ч., що є
характерним для бензойного кільця.
Визначити ступінь ацилування глюкопіранозних ланцюгів крохмалю та визначити
положення замісника за спектром ЯМР виявилося неможливим.
Рентгено-структурне дослідження
З метою з'ясування впливу процесу етерифікації хлорангідридом бензойної кислоти
на кристалічність структури картопляного крохмалю використано рентгеноструктурний
аналіз [10]. Отримані дифрактограми наведено на рис. 4.
Рентгенограма нативного крохмалю вказує на його аморфно-кристалічну структуру зі
ступенем кристалічності 12 %. Модифікований крохмаль має аморфну структуру зі ступенем
кристалічності лише 5 %. Крім того, руйнування первинної структури зерен крохмалю також
підтверджено за допомогою оптичного мікроскопіювання. Отже, проведення хімічної
модифікації хлорангідридом бензойної кислоти спричиняє зменшення кристалічної
структури вихідного крохмалю.
0 10 20 30 40 50 60 70
0
2000
4000
6000
8000
I,
c
- 1
град.
1
0 10 20 30 40 50 60 70
0
2000
4000
6000
I,
c
- 1
град.
2
Рис. 4. Рентгенограми нативного крохмалю (1) та модифікованого хлорангідридом бензойної
кислоти (2) (n=3, p≤0,05)
Fig. 4. X-ray patterns of native starch (1) and benzoic acid modified with chloride anhydride (2)
(n=3, p≤0.05).
Дослідження під мікроскопом
Нативний крохмаль знаходиться у вигляді зерен, які можна побачити під
мікроскопом. Для кожного виду залежно від походження він має різну форму та розмір.
ЯМР-дослідження
У спектрі ЯМР модифікованого крохмалю з’явився сигнал при 7,3 м.ч., що є
характерним для бензойного кільця.
Визначити ступінь ацилування глюкопіранозних ланцюгів крохмалю та визначити
положення замісника за спектром ЯМР виявилося неможливим.
Рентгено-структурне дослідження
З метою з'ясування впливу процесу етерифікації хлорангідридом бензойної кислоти
на кристалічність структури картопляного крохмалю використано рентгеноструктурний
аналіз [10]. Отримані дифрактограми наведено на рис. 4.
Рентгенограма нативного крохмалю вказує на його аморфно-кристалічну структуру зі
ступенем кристалічності 12 %. Модифікований крохмаль має аморфну структуру зі ступенем
кристалічності лише 5 %. Крім того, руйнування первинної структури зерен крохмалю також
підтверджено за допомогою оптичного мікроскопіювання. Отже, проведення хімічної
модифікації хлорангідридом бензойної кислоти спричиняє зменшення кристалічної
структури вихідного крохмалю.
0 10 20 30 40 50 60 70
0
2000
4000
6000
8000
I,
c
- 1
град.
1
0 10 20 30 40 50 60 70
0
2000
4000
6000
I,
c
- 1
град.
2
Рис. 4. Рентгенограми нативного крохмалю (1) та модифікованого хлорангідридом бензойної
кислоти (2) (n=3, p≤0,05)
Fig. 4. X-ray patterns of native starch (1) and benzoic acid modified with chloride anhydride (2)
(n=3, p≤0.05).
Дослідження під мікроскопом
Нативний крохмаль знаходиться у вигляді зерен, які можна побачити під
мікроскопом. Для кожного виду залежно від походження він має різну форму та розмір.
Рис. 4. Рентгенограми нативного крохмалю (1) та модифікованого хлорангідридом бензойної
кислоти (2) (n=3, p≤0,05)
Fig. 4. X-ray patterns of native starch (1) and benzoic acid modified with chloride anhydride (2) (n=3,
p≤0.05).
Дослідження під мікроскопом
Нативний крохмаль знаходиться у ви-
гляді зерен, які можна побачити під мі-
кроскопом. Для кожного виду залежно від
походження він має різну форму та розмір.
Оскільки в процесі проведеної модифіка-
ції відбулося ацилування глюкопіранозних
ланцюгів, то можна було очікувати і зміну
форми зерен. Результати дослідження на-
ведено на рис. 5.
117https://ucj.org.ua
С. І. Шульга, О. С. Шульга УХЖ № 12 / ТОМ 89
Рис. 5. Вигляд зерен нативного (а) картопляного крохмалю та модифікованого хлорангідри-
дом бензойної кислоти (б) (х400)
Fig. 5. The grains appearance of native (a) potato starch and benzoic acid modified with chloride
anhydride (b) (x400).
Оскільки в процесі проведеної модифікації відбулося ацилування глюкопіранозних ланцюгів,
то можна було очікувати і зміну форми зерен. Результати дослідження наведено на рис. 5.
а б
Рис. 5. Вигляд зерен нативного (а) картопляного крохмалю та модифікованого хлорангідридом
бензойної кислоти (б) (х400)
Fig. 5. The grains appearance of native (a) potato starch and benzoic acid modified with chloride anhydride
(b) (x400).
Зовнішній вигляд крохмалів показує, що хімічну модифікацію картопляного
крохмалю здійснено, оскільки відбулося руйнування початкової форми зерен. Отже, зміна
зовнішньої форми зерен крохмалю також підтверджує хімічну модифікацію картопляного
крохмалю хлорангідридом бензойної кислоти.
ВИСНОВОК. Проведено модифікацію картопляного крохмалю хлорангідридом
бензойної кислоти, яку підтверджено елементним аналізом. В ІЧ-спектрах відбулися зміни
смуг частоти коливань нативного крохмалю в нехарактеристичній області: частота коливань
при 981,81 см-1 збільшилася і в спектрі модифікованого крохмалю лежить при 1024,82 см-1,
смуга з частотою коливань 923,07 см-1 змістилася до 866,66 см-1, а смуга з частотою коливань
609,79 см-1 змістилася до 672,22 см-1, що вказує на зміну нехарактеристичної області спектру
зразка нативного крохмалю після ацилування. Досліджено властивості отриманого
модифікованого продукту та встановлено, що модифікація змінила форми зв’язків вологи з
крохмалем, зовнішній вигляд зерен, ступінь кристалічності зменшилася з 12 до 5 %.
ПОДЯКА. Роботу виконано в межах держбюджетної теми: «Хімічний дизайн та
вивчення властивостей сполук гетероциклічної будови», державний реєстраційний номер
0119U103520.
POTATO STARCH MODIFICATION WITH BENZOIC ACID CHLORINE HYDRIDE.
S. I. Shulga, O. S. Shulga
Зовнішній вигляд крохмалів показує, що
хімічну модифікацію картопляного кро-
хмалю здійснено, оскільки відбулося руй-
нування початкової форми зерен. Отже,
зміна зовнішньої форми зерен крохмалю
також підтверджує хімічну модифікацію
картопляного крохмалю хлорангідридом
бензойної кислоти.
ВИСНОВОК. Проведено модифікацію
картопляного крохмалю хлорангідридом
бензойної кислоти, яку підтверджено еле-
ментним аналізом. В ІЧ-спектрах відбули-
ся зміни смуг частоти коливань нативного
крохмалю в нехарактеристичній області:
частота коливань при 981,81 см-1 збільшила-
ся і в спектрі модифікованого крохмалю ле-
жить при 1024,82 см-1, смуга з частотою ко-
ливань 923,07 см-1 змістилася до 866,66 см-1,
а смуга з частотою коливань 609,79 см-1 зміс
тилася до 672,22 см-1, що вказує на зміну
нехарактеристичної області спектру зраз-
ка нативного крохмалю після ацилуван-
ня. Досліджено властивості отриманого
модифікованого продукту та встановлено,
що модифікація змінила форми зв’язків во-
логи з крохмалем, зовнішній вигляд зерен,
ступінь кристалічності зменшилася з 12
до 5 %.
ПОДЯКА. Роботу виконано в межах
держбюджетної теми: «Хімічний
дизайн та вивчення властивостей
сполук гетероциклічної будови»,
державний реєстраційний номер
0119U103520.
118 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2023
МОДИФІКАЦІЯ КАРТОПЛЯНОГО КРОХМАЛЮ ХЛОРАНГІДРИДОМ БЕНЗОЙНОЇ КИСЛОТИФІЗИЧНА ХІМІЯ
POTATO STARCH MODIFICATION WITH
BENZOIC ACID CHLORINE HYDRIDE.
S. I. Shulga, O. S. Shulga
National University of Food Technologies;
68 Volodymyrska str., 01601 Kyiv, Ukraine
E-mail: shulgasi2015@gmail.com
Starch is a natural polymer due to modifi-
cation, acquires the necessary properties for
the needs of the food, packaging and other in-
dustries. The following modification methods
are known: physical, chemical and biological.
Starches modified with chloride, phosphate,
sulfate acids, acetic anhydride, acetic and suc-
cinic acids, potassium hydroxide, ammonium
persulfate are industrially produced in many
countries in the world. A numeric of works
concerns the interaction of various starch
types with fatty acid chlorides. In addition, na-
tive and modified starch are biodegradable and
allows them to be used for the ecological mate-
rials. The potato starch modification with ben-
zoic acid chloride was carried out and was con-
firmed by elemental analysis. There were chang-
es in the vibration frequency bands of native
starch in the uncharacteristic region in the IR
spectra: the vibration frequency at 981.81 cm-1
increased and in the spectrum of the modified
starch it lies at 1024.82 cm-1, the band with the
vibration frequency of 923.07 cm-1 shifted to
866.66 cm-1, and the band with an oscillation
frequency of 609.79 cm-1 shifted to 672.22 cm-1,
which indicates a change in the uncharacter-
istic region of the native starch spectrum af-
ter acylation. A signal appeared at 7.3 ppm in
the modified starch NMR spectrum, which is
characteristic of the benzoin ring. However,
it was impossible to determine the degree of
starch glucopyranose acylation chains and de-
termine the substituent position by NMR spec-
trum. There were changes in the appearance of
starch, which was determined by microscopy:
the characteristic potato starch grains shape,
elongated oval grains were destroyed. The
obtained modified product properties were
studied using thermogravimetric analysis and
it was established the modification changed
the forms of moisture bonds with starch, the
grains appearance, and the crystallinity degree
decreased from 12 to 5%.
Keywords: starch, native, modified, benzoic
acid, hydrogen chloride.
ЛІТЕРАТУРА
1. Кряжев В. Н., Романов В. В., Широков В. А.
Последние достижения химии и техноло-
гии производных крахмала. Химия расти-
тельного сырья. 2010. 1. C. 5–12.
2. Bhosale R., Singhal R. Process optimization
for the synthesis of octenyl succinyl derivative
of waxy corn and amaranth starches. Carbohy-
drate Polymers. 2006. 66(4). P. 521–527.
3. Fathi F., Namazi H. Characterization and sol-
vent free-synthesis of modified potato starch.
Journal of Materials Science and Chemical En-
gineering. 2014. 2. P. 11–15.
4. Junistia L., Sugih A. K., Manurung R., Pic-
chioni F., Janssen L. P. B. M., & Heeres H. J.
Synthesis of Higher Fatty Acid Starch Esters
using Vinyl Laurate and Stearate as Reactants.
Starch-Starke, 2008. 60(12). P. 667–675.
5. Суворова А. И., Тюкова И. С., Труфанова
Е. И. Биоразлагаемые полимерные мате-
риалы на основе крахмала. Успехи химии.
2000. 69(5). С. 494–504.
6. Шульга О. С., Чорна А. І., Кобилінський
С. М., Шульга С. І. Модифікація пектину
як плівкоутворювача для їстівних плівок
119https://ucj.org.ua
С. І. Шульга, О. С. Шульга УХЖ № 12 / ТОМ 89
хлібобулочних і кондитерських виробів.
Прогресивні техніка та технології харчових
виробництв ресторанного господарства і
торгівлі. 2017. 1(25). С. 220–232.
7. Морозова Л.. Харчова добавка натрій бен-
зоат (Е211): безпека застосування в хар-
човій промисловості та вплив на організм
людини. Огляд літератури. продовольчі ре-
сурси, 2023. 11(21). С. 103–111.
8. Цьомко М. І., Сіренко Г. О., Мазепа І. В.
Фізичні методи дослідження речовин: Тех-
ніка ІЧ-спектроскопічних досліджень (ог-
ляд). Вісник Прикарпатського національ-
ного університету. Серія: Хімія. 2012. 14.
С. 109–129.
9. Patent US 20070073051 РСТ/FI2004/000523
Starch esterification method [Text] / Vesa
Myllymaki, Reijo Aksela; 10/566,975 Assignee:
Kemira Oyj; filed 10.09.2004; date of patent.
29.03.2007, 2007.
10. Липатов Ю. С., Шилов В. В., Гомза Ю. П.
Рентгенографические методы изучения
полимерных систем. Київ: Наукова думка,
1982.
REFERENCES
1. Kriazhev V. N., Romanov V. V., Shyrokov V. A.
Poslednye dostyzhenyia khymyy y tekhnolo-
hyy proyzvodnыkh krakhmala. Khymyia ras-
tytelnoho suria. 2010. 1: 5–12. (in Russian)
2. Bhosale R., Singhal R. Process optimization
for the synthesis of octenyl succinyl derivative
of waxy corn and amaranth starches. Carbohy-
drate Polymers. 2006. 66(4): 521–527.
3. Fathi F., Namazi H. Characterization and sol-
vent free-synthesis of modified potato starch.
Journal of Materials Science and Chemical En-
gineering. 2014. 2: 11–15.
4. Junistia L., Sugih A. K., Manurung R., Pic-
chioni F., Janssen L. P. B. M., & Heeres H. J.
Synthesis of Higher Fatty Acid Starch Esters
using Vinyl Laurate and Stearate as Reactants.
Starch-Starke. 2008. 60(12): 667–675.
5. Suvorova A. Y., Tiukova Y. S., Trufanova E. Y.
Byorazlahaemыe polymernue materyalu na
osnove krakhmala. Uspekhy khymyy. 2000.
69(5): 494–504. (in Russian)
6. Shulha O. S., Chorna A. I., Kobylinskyi S. M.,
Shulha S. I. Modyfikatsiia pektynu yak pliv
koutvoriuvacha dlia yistivnykh plivok khlibo
bulochnykh i kondyterskykh vyrobiv. Prohre-
syvni tekhnika ta tekhnolohii kharchovykh vy-
robnytstv restorannoho hospodarstva i torhivli.
2017. 1(25): 220–232. (in Ukrainian)
7. Morozova L.. Kharchova dobavka natrii ben-
zoat (E211): bezpeka zastosuvannia v khar-
chovii promyslovosti ta vplyv na orhanizm
liudyny. ohliad literatury. Prodovolchi resursy.
2023. 11(21): 103–111. (in Ukrainian)
8. Tsomko M. I., Sirenko H. O., Mazepa I. V.
Fizychni metody doslidzhennia rechovyn:
Tekhnika ICh-spektroskopichnykh doslidzhen
(ohliad). Visnyk Prykarpatskoho natsionalno-
ho universytetu. Seriia: Khimiia. 2012. 14:109–
129. (in Ukrainian)
9. Patent US 20070073051 РСТ/FI2004/000523
Starch esterification method [Text] / Vesa
Myllymaki, Reijo Aksela; 10/566,975 Assignee:
Kemira Oyj; filed 10.09.2004; date of patent.
29.03.2007, 2007.
10. Lypatov Yu.S., Shylov V.V., Homza Yu. P. Ren
thenohrafycheskye metodu yzuchenyia poly
mernukh system. Kyiv: Naukova dumka. 1982.
Стаття надійшла 02.12.2023.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-627 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:11:14Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/21/e18ca7103ab44c28b33ba71aeff71a21.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-6272026-07-22T08:23:53Z POTATO STARCH MODIFICATION WITH BENZOIC ACID CHLORINE HYDRIDE Shulga, Sergii Shulga, Oksana starch, native, modified, benzoic acid, hydrogen chloride. Starch is a natural polymer due to modification, acquires the necessary properties for the needs of the food, packaging and other industries. The following modification methods are known: physical, chemical and biological. Starches modified with chloride, phosphate, sulfate acids, acetic anhydride, acetic and succinic acids, potassium hydroxide, ammonium persulfate are industrially produced in many countries in the world. A numeric of works concerns the interaction of various starch types with fatty acid chlorides. In addition, native and modified starch are biodegradable and allows them to be used for the ecological materials. The potato starch modification with benzoic acid chloride was carried out and was confirmed by elemental analysis. There were changes in the vibration frequency bands of native starch in the uncharacteristic region in the IR spectra: the vibration frequency at 981.81 cm-1 increased and in the spectrum of the modified starch it lies at 1024.82 cm-1, the band with the vibration frequency of 923.07 cm-1 shifted to 866.66 cm-1, and the band with an oscillation frequency of 609.79 cm-1 shifted to 672.22 cm-1,which indicates a change in the uncharacteristic region of the native starch spectrum after acylation. A signal appeared at 7.3 ppm in the modified starch NMR spectrum, which is characteristic of the benzoin ring. However, it was impossible to determine the degree of starch glucopyranose acylation chains and determine the substituent position by NMR spectrum. There were changes in the appearance of starch, which was determined by microscopy: the characteristic potato starch grains shape, elongated oval grains were destroyed. The obtained modified product properties were studied using thermogravimetric analysis and it was established the modification changed the forms of moisture bonds with starch, the grains appearance, and the crystallinity degree decreased from 12 to 5%. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2024-01-26 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/627 10.33609/2708-129X.89.12.2023.110-119 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 89 No. 12 (2023): Ukrainian Chemistry Journal; 110-119 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 89 ##issue.no## 12 (2023): Ukrainian Chemistry Journal; 110-119 Український хімічний журнал; Том 89 № 12 (2023): Ukrainian Chemistry Journal; 110-119 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/627/313 Copyright (c) 2024 Sergii Shulga, Oksana Shulga https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Shulga, Sergii Shulga, Oksana POTATO STARCH MODIFICATION WITH BENZOIC ACID CHLORINE HYDRIDE |
| title | POTATO STARCH MODIFICATION WITH BENZOIC ACID CHLORINE HYDRIDE |
| title_full | POTATO STARCH MODIFICATION WITH BENZOIC ACID CHLORINE HYDRIDE |
| title_fullStr | POTATO STARCH MODIFICATION WITH BENZOIC ACID CHLORINE HYDRIDE |
| title_full_unstemmed | POTATO STARCH MODIFICATION WITH BENZOIC ACID CHLORINE HYDRIDE |
| title_short | POTATO STARCH MODIFICATION WITH BENZOIC ACID CHLORINE HYDRIDE |
| title_sort | potato starch modification with benzoic acid chlorine hydride |
| topic_facet | starch native modified benzoic acid hydrogen chloride. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/627 |
| work_keys_str_mv | AT shulgasergii potatostarchmodificationwithbenzoicacidchlorinehydride AT shulgaoksana potatostarchmodificationwithbenzoicacidchlorinehydride |