淀粉漿料的糊化特性研究

李媛，錢現(xiàn)

( 西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安710048)

0 引 言

作為三大漿料之一的淀粉在漿紗工藝中的應(yīng)用已經(jīng)有很久的歷史，它是一種易降解、可再生、無毒害的自然資源。 在注重環(huán)境保護(hù)問題的今天, 對(duì)其應(yīng)用及開發(fā)倍受關(guān)注,目前漿紗生產(chǎn)工藝中廣泛使用的淀粉漿料有天然淀粉和變性淀粉[1]。天然淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉等，目前用于上漿工藝的以玉米為主；變性淀粉包括酯化淀粉、酸解淀粉、氧化淀粉、接枝淀粉、醚化淀粉、交聯(lián)淀粉等[2]。

漿料的糊化溫度、黏度及黏度熱穩(wěn)定性直接影響了漿料的漿紗性能，因此研究淀粉的糊化特性很有必要。淀粉漿液隨著溫度的升高，黏度會(huì)隨著糊化的進(jìn)行有所變化，實(shí)驗(yàn)通過玉米淀粉、氧化淀粉、A115淀粉、SPR淀粉漿液黏度的變化及黏度熱穩(wěn)定性來反映淀粉的糊化特性。其中A115淀粉和SPR淀粉屬于醚化淀粉。糊化的過程非常復(fù)雜, 它通常伴隨著透明度、黏度的變化和再結(jié)晶等現(xiàn)象。其本質(zhì)是水分子進(jìn)入淀粉顆粒后，使結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)的淀粉分子間的氫鍵斷裂，破壞淀粉分子之間的締合狀態(tài)，從而使淀粉小顆粒分散于水中形成親水性的膠體溶液[3]。通過對(duì)四種淀粉漿料的糊化溫度、黏度和黏度熱穩(wěn)定性進(jìn)行比較分析，得出利于低溫上漿的漿料。目前我國漿紗一般使用傳統(tǒng)的高溫上漿( 90℃以上)工藝[4]，但高溫上漿中會(huì)存在一些問題：一是高溫煮漿及保持漿槽中漿液的溫度會(huì)消耗大量資源，不利于環(huán)保且漿紗成本高[5]；二是漿液溫度(95℃～98℃)和車間溫度(30℃)之間差異較大，漿液表面易冷凝而結(jié)成漿皮，其黏附在紗線上經(jīng)烘干就會(huì)產(chǎn)生漿斑，從而影響漿紗的質(zhì)量[6]。因此，為了提高漿紗的質(zhì)量以及降低資源的消費(fèi)，需要對(duì)低溫上漿進(jìn)行研究。其次比較四種淀粉漿料的糊化特性，為工廠中的實(shí)際上漿工藝提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：玉米淀粉(陜西寶雞眉縣淀粉廠)；氧化淀粉(山東帛方紡織公司)；A115淀粉(常州樂高紡織品有限公司)；SPR淀粉(常州樂高紡織品有限公司)；

實(shí)驗(yàn)儀器：YT821型漏斗式黏度計(jì)(常州第一紡織設(shè)備有限公司)；HH-2型恒溫水浴鍋(常州國華電器有限公司)

1.2 測(cè)試方法

用YT821型漏斗式黏度計(jì)(3號(hào)孔)測(cè)漿液的黏度，測(cè)試時(shí)，用右手將漏斗浸入漿液中，上下多次運(yùn)動(dòng)，在一定深度的液體中放置，使漏斗與液體溫度相同后再迅速的將漏斗提起離開液面10cm高度，同時(shí)左手用秒表計(jì)時(shí)，待全部液體從漏斗中流出，開始出現(xiàn)斷續(xù)狀態(tài)時(shí)記錄下所需時(shí)間，多次反復(fù)求其平均值[7]。以漿液從黏度計(jì)中漏完所需秒數(shù)來衡量漿液的黏度大小。使用此方法操作方便簡(jiǎn)單，為調(diào)漿和上漿更加符合生產(chǎn)實(shí)際。

具體操作如下：

調(diào)制700mL濃度為6%的淀粉漿液放入800mL的燒杯中，恒溫水浴加熱，每10℃測(cè)一次黏度，加熱至95℃后保溫半小時(shí)測(cè)試黏度值，在以后的3小時(shí)內(nèi)，每半小時(shí)測(cè)一次，用秒表記錄黏度值。在保溫1小時(shí)測(cè)得的黏度即為漿液的黏度值，最后繪出黏-溫、黏-時(shí)曲線。計(jì)算公式如下：

(1)

其中：η1為在95℃保溫1小時(shí)測(cè)得的黏度值(s)；maxη-η1為后五次黏度值的極差；

黏度熱穩(wěn)定性(%)=100-黏度波動(dòng)率

(2)

2 測(cè)試結(jié)果與分析

2.1 淀粉漿液糊化溫度測(cè)試結(jié)果

表1 各淀粉的糊化溫度 溫度/℃

淀粉在糊化過程中黏度變化顯著，且長(zhǎng)時(shí)間不攪拌時(shí)不會(huì)沉淀，此時(shí)說明淀粉漿液糊化。

測(cè)試結(jié)果與分析：

四種淀粉的糊化溫度：玉米淀粉>氧化淀粉>A115淀粉>SPR淀粉

其中玉米淀粉中直鏈淀粉的含量高，破壞分子間的氫鍵需要外能，而分子間的結(jié)合力越大，分子排列結(jié)構(gòu)越緊密，其拆開微晶束所需要的能量就越大，因而糊化溫度就高。除玉米淀粉外，其他三種淀粉的糊化溫度相對(duì)較低，可以研究低溫上漿工藝。

2.2 淀粉漿液黏度、黏度熱穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

表2 各淀粉漿液黏度、黏度熱穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果與分析：

(1)各淀粉的黏度：玉米淀粉>SPR淀粉>A115淀粉>氧化淀粉

與三種變性淀粉相比，玉米淀粉的黏度很大，這是由于玉米淀粉中的支鏈淀粉含量高，聚合度大，支鏈淀粉在熱水中膨脹，使?jié){液變得黏稠。在上漿過程中，漿液的黏度不宜過大，黏度越大漿液越黏稠，則流動(dòng)性就越差，直接影響漿液對(duì)經(jīng)紗的被覆和浸透能力。

(2)黏度熱穩(wěn)定性：SPR淀粉>A115淀粉>氧化淀粉>玉米淀粉

其中，玉米淀粉的黏度熱穩(wěn)定最差。變性淀粉和玉米淀粉的性質(zhì)不同,這是因?yàn)樽冃缘矸劢?jīng)過物理和化學(xué)等手段處理，引入了一些親水性基團(tuán)來改變天然淀粉的性質(zhì)，使變性淀粉極性變大，加強(qiáng)了與水的親和力，且有較好的抗凝沉性和黏度熱穩(wěn)定性，以及較高的膨脹度、透明度等，對(duì)改善淀粉的漿紗性能具有重要作用。 因而變性淀粉具有廣闊的應(yīng)用性[8]。

2.3 淀粉漿液黏-溫、黏-時(shí)曲線

圖1 玉米淀粉的黏-溫、黏-時(shí)曲線

圖2 氧化淀粉的黏-溫、黏-時(shí)曲線

注：煮漿過程中，SPR淀粉漿液為淡黃色，在糊化進(jìn)行過程中有少量泡沫出現(xiàn)。

圖4 A115淀粉的黏-溫、黏-時(shí)曲線

注：由于客觀因素，玉米淀粉漿液溫度升至最高溫為88℃，氧化淀粉為95℃，SPR淀粉和A115淀粉為90℃。

測(cè)試結(jié)果與分析：

煮漿過程中，氧化淀粉、SPR淀粉、A115淀粉漿液的黏度先隨溫度的升高而緩慢增大，隨著溫度的升高，漿液開始糊化，其黏度迅速上升達(dá)到最大值，糊化完成后，漿液的黏度隨溫度的升高而下降，并隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)趨于穩(wěn)定。

玉米淀粉的黏度先隨溫度的升高幾乎不變，后隨著糊化的進(jìn)行黏度迅速增大，當(dāng)黏度增至最大值后又隨著溫度的升高而下降，并隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)緩慢下降。測(cè)得的玉米淀粉黏度變化與理論的玉米黏溫、黏時(shí)曲線有一定的差距，這是由于漿液的黏度與攪拌的速度和濃度有關(guān)，實(shí)驗(yàn)采用玻璃棒攪拌漿液，與攪拌器相比，攪拌器的剪切力可降低漿液的黏度,只有不停地?cái)嚢瑁瑴y(cè)得數(shù)據(jù)才能更加準(zhǔn)確、可靠。同時(shí)，煮漿過程中會(huì)有水分的蒸發(fā)，導(dǎo)致漿液濃度稍有改變，使測(cè)得的黏度偏大，在煮漿過程中，為避免水分的減少，應(yīng)定時(shí)補(bǔ)充少量水分，使得漿液濃度保持不變[9]。必要情況下，可采取保鮮膜等材料以減少水分蒸發(fā)。

3 結(jié)論

(1)煮漿過程中，淀粉的黏度一般先隨溫度的升高而略有增大，隨著溫度的升高，漿液開始糊化，其黏度迅速上升達(dá)到最大值，糊化完成后，漿液的黏度隨溫度的升高而下降，并隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)趨于穩(wěn)定。

(2)黏度及黏度熱穩(wěn)定性：玉米淀粉的黏度最大，不利于漿液對(duì)紗線的浸透，且黏度熱穩(wěn)定性最差；而三種變性淀粉的黏度熱穩(wěn)定性均比玉米淀粉好。

(3)淀粉漿液的糊化溫度：玉米淀粉糊化溫度最高，不能低溫上漿；三種變性淀粉的糊化溫度相對(duì)較低。

(4)低溫上漿建議：經(jīng)綜合分析，三種變性淀粉的糊化特性、黏度及黏度熱穩(wěn)定均優(yōu)于玉米淀粉，且糊化溫度低，可進(jìn)行低溫上漿以降低漿紗成本。SPR淀粉低溫上漿效果好，但氧化淀粉的成本低。

參考文獻(xiàn)

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