一種顆粒狀冷水可溶澱粉的製備方法
2023-11-04 13:47:32
專利名稱：一種顆粒狀冷水可溶澱粉的製備方法
技術領域：
本發明屬於澱粉變性深加工領域，特別涉及一種顆粒狀冷水可溶澱粉(GCWS)的製備方法。
背景技術：
澱粉是一種價廉易得、應用廣泛的可再生原材料。隨著工業的發展，原澱粉因結構和性能的缺陷大大限制其應用範圍，不能滿足工業新技術的要求，越來越要求澱粉產品具有特定的功能性，如冷水溶解性、成膜性、增稠性、凍融穩定性、凝膠性、對熱穩定性、耐剪切性、耐酸鹼性等。澱粉分子具有很多的羥基，親水性很強，但澱粉顆粒卻不溶於水，這是因為羥基間通過很強的氫鍵結合的緣故。冷水可溶性澱粉是一種新型變性澱粉，其在使用時避免了蒸煮操作，可直接溶於冷水而成糊。現有的冷水可溶性澱粉主要有預糊化澱粉和顆粒狀冷水可溶性澱粉。但是，預糊化澱粉完全破壞了原澱粉的顆粒結構，具有光澤度差、對加工條件的可變性小等缺點，復水後糊的狀態及性質與原澱粉製成的糊差異較大；而顆粒狀冷水可溶性澱粉仍然保持了原澱粉的顆粒結構，復水後的糊與原澱粉製成的糊性質基本相同，光澤度好，良好的粘彈性以及應用範圍廣等優點，而得到歡迎和發展。製備顆粒狀冷水可溶性澱粉的技術有雙流噴嘴噴霧乾燥法、高壓醇法等，這幾種方法的工藝需要在高溫或高壓的條件下進行，不僅增加能耗，且設備投資較大。目前，顆粒狀冷水可溶澱粉的製備方法大都以常壓多元醇法或酒精鹼法為主。如美國專利US5037929，該專利的基本特徵在於，由冷水不溶的澱粉、水和多元醇配成乳液，澱粉與水的比例為1 1至1 3，澱粉與多元醇的比例為1 2至1 7，將該乳液加熱至85 127°C並保持10 15min，從液相中分離出冷水可溶性澱粉，產品的冷水可溶性為 92%。如中國專利CN1M6560A，以45 65%醇溶液為懸浮劑，加入澱粉，再加入固體鹼進行 α化常壓修飾，鹼與澱粉的質量比為0. 17 0. 27，用醇酸中和後以醇溶液洗滌，乾燥得到顆粒狀冷水可溶澱粉，產品的冷水溶解度可達到95%。但這些方法都會對環境造成一定汙染，反應進程較長，有大量工業廢水產生，生產成本較高。因此，開發一種環保節能的有效製備顆粒狀冷水可溶澱粉的方法與工藝具有重要
眉、ο
發明內容
為了解決現有製備顆粒狀冷水可溶性澱粉工藝中高溫高壓、大量工業廢水，耗能大，進程長，如傳熱不理想會影響產品品質及不能應用於高支澱粉的缺點，本發明提供了一種顆粒狀冷水可溶性澱粉製備新方法。所述目的是通過如下方案實現的
一種顆粒狀冷水可溶澱粉的製備方法，將幹澱粉和陶瓷研磨球置於陶瓷球磨罐中，陶瓷研磨球與澱粉的質量比為3:1 15:1 ；以幹澱粉體積計量，球磨罐的填料率為10% 50% ；在球磨機轉速為200 550r/min下研磨1. 5 ，即得顆粒狀冷水可溶澱粉。
選用Φ20 mm禾Π Φ IOmm兩種研磨球，兩種研磨球的球數比Φ20 mm: Φ IOmm =1:2;或者，選用Φ20 mm, ΦΙΟι πι和Φ6πιπι三種研磨球，三種研磨球的球數比Φ20 mm:Φ 10mm: Φ6mm= 1:2:4。澱粉中水分質量低於澱粉總質量的13%。所述澱粉為玉米、蠟質玉米、大米、馬鈴薯、小麥、綠豆澱粉中的任一種。本發明的原理如下
澱粉顆粒是由許多微晶束組成，這些微晶束排列呈放射狀，看似為一個同心環狀結構， 結晶性的微膠束之間是由非結晶的無定形區分隔，結晶區經過一個弱結晶區的過度轉變為非結晶區。在不同澱粉來源中，多數直鏈澱粉分子組成結晶區域，他們靠氫鍵彼此結合雙螺旋結構結合成簇狀結構，多數直鏈澱粉和脂質形成絡合體，只有部分參加到微晶束構造中， 大部分直鏈澱粉分子並未參加微晶束形成的組成，這部分就是無定形態。天然澱粉根據X 光衍射圖譜，可分為A、B和C三種結晶結構。這也是天然澱粉分子雖然具有眾多的羥基，但羥基間通過很強的氫鍵結合組成微晶束，天然澱粉顆粒卻不溶於水的主要原因。球磨機的機械活化是通過澱粉顆粒與研磨球、研磨罐之間的摩擦、碰撞、衝擊、剪切等機械力作用下， 晶體結構及物化性能發生改變，部分機械能變成物質的內能，從而引起澱粉顆粒相對結晶度下降，分子鏈內氫鍵斷裂，澱粉鏈中的羥基更容易與水形成分子間氫鍵，從而提高澱粉顆粒的冷水溶解度。本發明所述方法簡便易行，無需高溫高壓，只在常溫條件下，使用球磨機機械活化的方式即可製備得到顆粒狀冷水可溶澱粉。本發明所述方法不會產生工業廢水，耗能低，進程短，製備方法簡單，容易實現工業化生產。本發明所得顆粒狀冷水可溶澱粉，其冷水溶解度可根據實際需要輕易地調整在 60 87%之間，顆粒外形的完整度保持在92 97%之間。產品具有相對結晶度低，冷水可溶度高，濁度低，凍融穩定性，較大的比表面積，良好的吸附和包埋性能等特點，在低溫乳製品、方便食品、醫藥行業、紡織工業和石油工業中有著廣泛應用。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明的優選實施例進行詳細的描述。但本發明的實施方式不限於此。下述實施例採用的冷水溶解度的測定方法為配製0.02 g/mL澱粉溶液， 取50 mL於離心管中在20°C下震蕩30min，以3 000 r/min離心20 min，將上清液置於130°C乾燥箱中，乾燥至恆重，得被溶解澱粉量J ( g)，其溶解度的計算公式為
C = ^xlOOcZo,.[式中C-冷水溶解度-,W-澱粉樣品質量(g)]
W
實施例ι
採用行星式球磨機幹法研磨製備，選用直徑分別為Φ20 mm和Φ IOmm的兩種研磨球， 控制研磨球的球數比為Φ20 mm: Φ IOmm=I: 2，球磨罐內容積為500mL，將幹玉米澱粉(含水量10%)和陶瓷研磨球置於陶瓷球磨罐中，研磨球與幹澱粉的質量比為6. 6:1，保持球磨罐的填料率(以幹澱粉體積計量)為25% (v/v)，在550r/min球磨機轉速下研磨3. 2h，即得顆粒狀冷水可溶澱粉。經電鏡掃描檢測，產品中澱粉顆粒保持率為94%，產品在溫度20°C的冷水中溶解度為62%。實施例2
採用行星式球磨機幹法研磨來製備，選用直徑分別為Φ20 mm，Φ IOmm和Φ6πιπι的三種研磨球，控制研磨球的球數比為Φ20 mm: Φ IOmm: Φ6 =1 24，球磨罐內容積為500mL，將幹蠟質玉米澱粉(含水量11%)和陶瓷研磨球置於陶瓷球磨罐中，研磨球與幹澱粉的質量比為10:1，保持球磨罐的填料率(以幹澱粉體積計量)為18% (v/v)，在200r/min球磨機轉速下研磨7h，即得顆粒狀冷水可溶澱粉。經電鏡掃描檢測，產品中澱粉顆粒保持率為95%，產品在溫度20°C的冷水中溶解度為67%。實施例3
採用行星式球磨機幹法研磨來製備，選用直徑分別為Φ20 mm和ΦΙΟπιπι的兩種研磨球，控制研磨球的球數比為Φ20 mm: Φ IOmm=I:2，球磨罐內容積為500mL，將幹大米澱粉(含水量12%)和陶瓷研磨球置於陶瓷球磨罐中，研磨球與幹澱粉的質量比為12:1，保持球磨罐的填料率(以幹澱粉體積計量)為15% (v/v)，在500r/min球磨機轉速下研磨2. 5h，即得顆粒狀冷水可溶澱粉。經電鏡掃描檢測，產品中澱粉顆粒保持率為96%，產品在溫度20°C的冷水中溶解度為69%。實施例4
採用行星式球磨機幹法研磨來製備，選用直徑分別為Φ20 mm，Φ IOmm和Φ6πιπι的三種研磨球，控制研磨球的球數比為Φ20 mm: Φ IOmm: Φ6 =1 24，球磨罐內容積為500mL，將幹馬鈴薯澱粉(含水量13%)和陶瓷研磨球置於陶瓷球磨罐中，研磨球與幹澱粉的質量比為 15:1，保持球磨罐的填料率(以幹澱粉體積計量)為10% (v/v)，在550r/min球磨機轉速下研磨1. 5h，即得顆粒狀冷水可溶澱粉。經電鏡掃描檢測，產品中澱粉顆粒保持率為92%，產品在溫度20°C的冷水中溶解度為87%。實施例5
採用行星式球磨機幹法研磨來製備，選用直徑分別為Φ20 mm和ΦΙΟπιπι的兩種研磨球，控制研磨球的球數比為Φ20 mm: Φ IOmm=I:2，球磨罐內容積為500mL，將幹小麥澱粉(含水量11%)和陶瓷研磨球置於陶瓷球磨罐中，研磨球與幹澱粉的質量比為3:1，保持球磨罐的填料率(以幹澱粉體積計量)為50% (v/v)，在300r/min球磨機轉速下研磨6h，即得顆粒狀冷水可溶澱粉。經電鏡掃描檢測，產品中澱粉顆粒保持率為94%，產品在溫度20°C的冷水中溶解度為m實施例6
採用行星式球磨機幹法研磨來製備，選用直徑分別為Φ20 mm, Φ IOmm和Φ6mm的三種研磨球，控制研磨球的球數比為Φ20 mm: Φ IOmm: Φ6 =1 24，球磨罐內容積為500mL， 將幹綠豆澱粉(含水量12%)和陶瓷研磨球置於陶瓷球磨罐中，研磨球與幹澱粉的質量比為 5:1，保持球磨罐的填料率(以幹澱粉體積計量)為40% (v/v)，在400r/min球磨機轉速下研磨4. 5h，即得顆粒狀冷水可溶澱粉。
經電鏡掃描檢測，產品中澱粉顆粒保持率為95%，產品在溫度20°C的冷水中溶解度為77%。本發明方法適用於各種澱粉，如以玉米、蠟質玉米、大米、馬鈴薯、小麥、綠豆等任一種澱粉。由於以不同澱粉原料顆粒尺寸，相對結晶度的不同，因此，採用本發明方法以不同澱粉原料製備顆粒狀冷水可溶性澱粉時，最佳條件也可能不同。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種顆粒狀冷水可溶澱粉的製備方法，其特徵在於將幹澱粉和陶瓷研磨球置於陶瓷球磨罐中，陶瓷研磨球與澱粉的質量比為3:1 15:1 ；以幹澱粉體積計量，球磨罐的填料率為10% 50% ；在球磨機轉速為200 550r/min下研磨1. 5 7h，即得顆粒狀冷水可溶澱粉。
2.根據權利要求1所述的顆粒狀冷水可溶澱粉的製備方法，其特徵在於，選用Φ20mm 和Φ IOmm兩種研磨球，兩種研磨球的球數比Φ20 mm: Φ IOmm = 1:2。
3.根據權利要求1所述的顆粒狀冷水可溶澱粉的製備方法，其特徵在於，選用Φ20 mm, Φ IOmm ^P Φ6ι πι三種研磨球，三種研磨球的球數比Φ20 mm: Φ IOmm: Φ6mm= 1:2:4。
4.根據權利要求1所述的顆粒狀冷水可溶澱粉的製備方法，其特徵在於澱粉中水分質量低於澱粉總質量的13%。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的顆粒狀冷水可溶澱粉的製備方法，其特徵在於所述澱粉為玉米、蠟質玉米、大米、馬鈴薯、小麥、綠豆澱粉中的任一種。
全文摘要
為了解決現有製備顆粒狀冷水可溶性澱粉工藝中高溫高壓、大量工業廢水，耗能大，進程長的缺點，本發明提供了一種顆粒狀冷水可溶澱粉的製備方法，將幹澱粉和陶瓷研磨球置於陶瓷球磨罐中，選用特定直徑的陶瓷研磨球，陶瓷研磨球與澱粉的質量比為3:1～15:1；以幹澱粉體積計量，球磨罐的填料率為10～50%；在球磨機轉速為200～550r/min下研磨1.5～7h，即得顆粒狀冷水可溶澱粉。本發明所述方法簡便易行，無需高溫高壓，只在常溫條件下，使用球磨機機械活化的方式即可製備得到顆粒狀冷水可溶澱粉。不會產生工業廢水，耗能低，進程短，製備方法簡單，容易實現工業化生產。
文檔編號C08B30/14GK102408487SQ201110283390
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者何勝華, 劉天一, 孟爽, 李琳, 馬鶯 申請人:哈爾濱工業大學