氣流粉碎制取細微化疏水型木薯淀粉的研究

陳江楓，玉瓊廣，馮 琳

（廣西農墾明陽生化集團股份有限公司，廣西 南寧 530226）

氣流粉碎制取細微化疏水型木薯淀粉的研究

陳江楓，玉瓊廣，馮 琳

（廣西農墾明陽生化集團股份有限公司，廣西 南寧 530226）

對木薯淀粉進行變性和細微化處理，使淀粉具有良好的疏水性和流動性，實驗證明，采用改性劑A與改性劑B復配的改性劑，并且通過氣流粉碎技術和離心葉輪分級器對木薯變性淀粉進行粉碎和分離，可以使淀粉顆粒達到20μm以下，并具有良好的疏水性和流動性。

木薯變性淀粉;疏水性;超音氣流粉碎;細微化;流動性

普通的淀粉在橡膠、生物降解塑料中因為結構和極性相差懸殊，所以它們相容性差，隨著納米技術得到應用，淀粉經過細微化后在性能上有很大的提升，一方面它能夠更好地與極性分子相溶合，還具有更好的分散性。經過細微化后再通過偶聯劑，淀粉能夠精細地分散在橡膠基體中并獲得強的界面結合。降低淀粉的粒度可以使淀粉的比表面積增加，淀粉顆粒表面羥基也隨之增多，從理論上分析應該可以使改性度得到提高[1~2]。由于淀粉的分解溫度低于其熔解溫度，所以淀粉必須經塑化以改善其加工性能。通常是加入小分子塑化劑，這些塑化劑會和淀粉的分子形成氫鍵以削弱淀粉分子間的氫鍵作用從而改善其力學性能和加工性能。選用偶聯劑DL對淀粉進行干法疏水親脂化改性，其機理在于DL與淀粉顆粒表面羥基絡合，減少了表面羥基的暴露，從而有效地提高淀粉的疏水性能[3]。

1 木薯淀粉改性技術

1．1 改性劑種類的選擇

采用多種不同的改性劑:氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、長鏈烷基三甲氧基硅烷WD-10、鋁酸酯偶聯劑DL-2411-A、改性劑A和改性劑B對細微化淀粉進行表面改性處理。

不同改性劑種類對變性前后細微化淀粉顆粒流動性的影響如圖1所示。從圖中可以看到，經硬脂酸、鋁酸酯偶聯劑DL-2411-A以及改性劑A改性后的細微化淀粉，其流動性甚至比原始未改性的細微化淀粉顆粒差，而其它改性劑改性后的樣品，流動性都有所提高，其中以改性劑B改性后的樣品流動性最好。

圖1 改性劑種類對細微化淀粉流動性的影響

改性劑種類對改性前后細微化淀粉的疏水性影響如圖2所示。從圖中可以看到，改性后的細微化淀粉顆粒其疏水性都得到提高，而且經不同改性劑處理后，淀粉顆粒的疏水性效果改善情況不同。其中以改性劑A改性后的細微化淀粉疏水性最好。

圖2 改性劑種類對細微化淀粉活化指數的影響

綜合考慮改性劑種類對改性后細微化淀粉的流動性、疏水性影響，以及對細微化淀粉在有機溶劑中相容性的影響，采用改性劑A與改性劑B復配的改性劑，其改性后的細微化淀粉綜合性能最好。制備所得到的改性后細微化淀粉流動如水，并且在水面上飄浮不沉，具有優良的流動性和疏水性。

1．2 改性前后木薯淀粉性質的對比

圖3所示為改性前后細微化淀粉的掃描電鏡照片，從圖 3（a）和（b）中可以看到，改性前的細微化淀粉大部分呈現多個淀粉顆粒組成的團聚體形態，而改性后的細微化淀粉幾乎全呈現單個細微化淀粉顆粒分散狀態。結果表明，通過表面改性處理可以獲得具有良好分散性的細微化木薯淀粉顆粒。

圖3 改性前后細微化淀粉的掃描電鏡照片

改性前后細微化淀粉的休止角照片如圖4所示。改性前的細微化淀粉休止角為34°，改性后的細微化淀粉休止角為26°，這說明改性后的細微化淀粉具有了良好的流動性。同時測量了改性前后細微化淀粉的流動時間，改性前的細微化淀粉流動時間為284s，改性后的細微化淀粉流動時間為95s，這也表明改性后的細微化淀粉具有了良好的流動性，與休止角評價方法所得到的結果相吻合。

圖4 改性前后細微化淀粉休止角照片

改性前后細微化淀粉在水中的照片如圖5所示，從圖中可以看到，改性后的細微化淀粉幾乎完全漂浮在水面上，而改性前的細微化淀粉顆粒完全沉入水底，通過測量得到，改性前的細微化淀粉活化指數為0%，而改性后的細微化淀粉活化指數為98%，表明改性后的細微化淀粉具有了良好的疏水性。

圖5 改性后細微化淀粉（左）和改性前細微化淀粉（右）在水中的照片

上述研究結果表明，采用表面改性處理的方法，制備得到的改性細微化淀粉流動如水，并且在水面上飄浮不沉，具有優良的流動性以及良好的疏水性。

2 采用超音速氣流粉碎技術對木薯變性淀粉進行微細化處理研究

2．1 超音速氣流粉碎技術特點

在本文中，針對淀粉材料的特點，我們采用氣流粉碎技術對淀粉顆粒進行超細化粉碎處理，生產細微化淀粉產品。在氣流粉碎過程中，產生的超音速氣流是物料破碎的關鍵。對于淀粉等熱敏性物料，在粉碎過程中，希望粉碎的溫度不能太高。通過理論分析，超音速射流的溫度如下式所示:

T1為噴嘴內部任意截面處的溫度，T0是總溫（在這里是環境溫度），M1是噴嘴內部任意截面處的馬赫數，k是工質的絕熱指數，對空氣而言，k＝1．4。很明顯，馬赫數越大，射流的溫度越小。因此，噴嘴出口的射流溫度是小于入口溫度的，即射流在經噴嘴加速的過程中溫度會降低，這種現象被稱為焦耳－湯姆遜效應，或節流效應。這是氣流粉碎的一大特點，它對于粉碎低熔點（或低軟化點）和熱敏性物料是非常有益的。

圖6所示為采用氣流粉碎技術制備的細微化淀粉粒度分布圖，粉碎得到的細微化淀粉D10＝9．2μm、D50＝13．4μm、D90＝19．3μm。 粉碎后淀粉外觀呈現白色粉末狀，具有一定的流動性。

圖6 粉碎后得到的細微化淀粉粒度分布圖

2．2 采用離心葉輪對達到細微化的淀粉進行分離的技術研究

氣流粉碎機分級器的主要作用是及時地把氣流粉碎室中合格的粉體分選出來，不致發生過磨現象，這是氣流粉碎機與其它機械粉碎機的主要區別之一。另外，氣流粉碎機分級器分選的粉體已是處于良好的分散狀態，這是單獨氣流分級機所不能及的。

離心式葉輪分級器的葉輪結構對成品粉的粒度分布有重要的影響，它主要影響分級器的旋轉流場和進入葉輪的氣流速度。離心式葉輪的結構主要有如圖7所示的幾種形式，一種是直葉片形式的，如圖7（a）所示，葉片平面與半徑徑向在一個平面，它是一種常用的結構;第二種是斜葉片形式的，如圖7（b）所示，葉片平面與半徑徑向有一個傾角，傾角大，葉輪壓力損失小，這也是一種常用結構;第三種是弧形或折葉片形式的，如圖7（c）所示，這種葉輪的旋轉流場均勻（一般服從斯托克斯流），葉輪壓力損失也小，是一種優化的結構，但是，加工難度較大。

圖7 離心葉輪分級器的常用結構形式

在本文中，為了獲得粒度分布窄、粒度細的細微化淀粉顆粒，氣流粉碎過程中，采用斜葉片形式的離心葉輪分級器，葉片數為20片，所得到的微細化淀粉顆粒粒度分布窄，粒度細，具體粒度分布結果如圖6所示。從圖中可以看到，粉碎后的淀粉顆粒粒度分布峰較窄，說明其粒度分布窄。圖8所示為粉碎后得到的淀粉顆粒掃描電鏡照片，從圖中可以看到，粉碎后的細微化淀粉大小均勻，與粒度分布測試結果相吻合。而粒度測試結果表明，粉碎后的淀粉顆粒 D50＝13．4μm，淀粉顆粒達到了微米級。

圖8 粉碎后得到的細微化淀粉顆粒掃描電鏡照片

3 結論

（1）通過對木薯淀粉進行變性處理，可獲得良好的疏水性和流動性的木薯變性淀粉，與有機溶劑也具有良好的相容性。

（2）采用改性劑A和改性劑B復配的方式對木薯淀粉進行變性處理，經過變性后的木薯淀粉可以獲得比較好的綜合性能。

（3）采用超音速氣流粉碎和離心葉輪分級器對木薯變性淀粉進行粉碎和分離，可以使淀粉顆粒達到20μm以下。

（4）通過采用木薯淀粉進行變性處理、超音速氣流粉碎和離心葉輪分級器相結合的方法，可以獲得疏水性、流動性和微米級的木薯變性淀粉。

[1] 張友松．變性淀粉生產和應用手冊[M]．北京:中國輕工業出版社，1999．

[2] Belitz H D，Grosch W．Food Chemistry[M]．Berlin，1999．

[3] 吳俊，李斌，謝筆鈞．微細化淀粉干法疏水化改性條件及其改性機理研究[J]．食品科學，2004，25（9）:96-100．

Preparation of Ultrafine Hydrophobicity of Cassava Starch by Supersonic Airflow Grinding Technology

CHENJiang-feng，FENGLin，YUQiong-guang
（Guangxi State Farms Mingyang Biochemical Group Inc．，Nanning530226，China）

After modification and ultrafine treatment，the cassava starch got the good hydrophobicity and fluidit．The results showed，applied the compound modifier，through the supersonic airflow grinding and centrifugal impeller to prepare the cassava starch，the starch granules could reach 20μm below，and with good hydrophobicity and fluidity．

modified cassava starch; hydrophobicity; supersonic airflow grinding; ultrafine; fluidity

TS235.2

A

1671-9905（2011）07-0008-03

陳江楓（1976-），男，工程碩士，工程師，研究方向:變性淀粉技術，通訊地址:南寧江南區明陽工業區廣西農墾明陽生化集團股份有限公司，郵編:530226，電話:18978892181，0771-4219290

2011-04-01