CN102408487B - 一种颗粒状冷水可溶淀粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有制备颗粒状冷水可溶性淀粉工艺中高温高压、大量工业废水，耗能大，进程长的缺点，本发明提供了一种颗粒状冷水可溶淀粉的制备方法，将干淀粉和陶瓷研磨球置于陶瓷球磨罐中，选用特定直径的陶瓷研磨球，陶瓷研磨球与淀粉的质量比为3:1～15:1；以干淀粉体积计量，球磨罐的填料率为10～50%；在球磨机转速为200～550r/min下研磨1.5～7h，即得颗粒状冷水可溶淀粉。本发明所述方法简便易行，无需高温高压，只在常温条件下，使用球磨机机械活化的方式即可制备得到颗粒状冷水可溶淀粉。不会产生工业废水，耗能低，进程短，制备方法简单，容易实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于淀粉变性深加工领域，特别涉及一种颗粒状冷水可溶淀粉（GCWS）的制备方法。
背景技术
淀粉是一种价廉易得、应用广泛的可再生原材料。随着工业的发展，原淀粉因结构和性能的缺陷大大限制其应用范围，不能满足工业新技术的要求，越来越要求淀粉产品具有特定的功能性，如冷水溶解性、成膜性、增稠性、冻融稳定性、凝胶性、对热稳定性、耐剪切性、耐酸碱性等。淀粉分子具有很多的羟基，亲水性很强，但淀粉颗粒却不溶于水，这是因为羟基间通过很强的氢键结合的缘故。冷水可溶性淀粉是一种新型变性淀粉，其在使用时避免了蒸煮操作，可直接溶于冷水而成糊。
现有的冷水可溶性淀粉主要有预糊化淀粉和颗粒状冷水可溶性淀粉。但是，预糊化淀粉完全破坏了原淀粉的颗粒结构，具有光泽度差、对加工条件的可变性小等缺点，复水后糊的状态及性质与原淀粉制成的糊差异较大；而颗粒状冷水可溶性淀粉仍然保持了原淀粉的颗粒结构，复水后的糊与原淀粉制成的糊性质基本相同，光泽度好，良好的粘弹性以及应用范围广等优点，而得到欢迎和发展。制备颗粒状冷水可溶性淀粉的技术有双流喷嘴喷雾干燥法、高压醇法等，这几种方法的工艺需要在高温或高压的条件下进行，不仅增加能耗，且设备投资较大。目前，颗粒状冷水可溶淀粉的制备方法大都以常压多元醇法或酒精碱法为主。如美国专利US5037929，该专利的基本特征在于，由冷水不溶的淀粉、水和多元醇配成乳液，淀粉与水的比例为1:1至1:3，淀粉与多元醇的比例为1:2至1:7，将该乳液加热至85～127℃并保持10～15min，从液相中分离出冷水可溶性淀粉，产品的冷水可溶性为92%。如中国专利CN1226560A，以45～65%醇溶液为悬浮剂，加入淀粉，再加入固体碱进行α化常压修饰，碱与淀粉的质量比为0.17～0.27，用醇酸中和后以醇溶液洗涤，干燥得到颗粒状冷水可溶淀粉，产品的冷水溶解度可达到95%。但这些方法都会对环境造成一定污染，反应进程较长，有大量工业废水产生，生产成本较高。
因此，开发一种环保节能的有效制备颗粒状冷水可溶淀粉的方法与工艺具有重要意义。
发明内容
为了解决现有制备颗粒状冷水可溶性淀粉工艺中高温高压、大量工业废水，耗能大，进程长，如传热不理想会影响产品品质及不能应用于高支淀粉的缺点，本发明提供了一种颗粒状冷水可溶性淀粉制备新方法。
所述目的是通过如下方案实现的：
一种颗粒状冷水可溶淀粉的制备方法，将干淀粉和陶瓷研磨球置于陶瓷球磨罐中，陶瓷研磨球与淀粉的质量比为3:1～ 15:1；以干淀粉体积计量，球磨罐的填料率为10%～50%；在球磨机转速为200～550r/min下研磨1.5～7h，即得颗粒状冷水可溶淀粉。
选用Ф20 mm和Ф10mm两种研磨球，两种研磨球的球数比Ф20 mm:Ф10mm = 1:2；或者，选用Ф20 mm，Ф10mm和 Ф6mm三种研磨球，三种研磨球的球数比Ф20 mm:Ф10mm: Ф6mm= 1:2:4。
淀粉中水分质量低于淀粉总质量的13%。
所述淀粉为玉米、蜡质玉米、大米、马铃薯、小麦、绿豆淀粉中的任一种。
本发明的原理如下：
淀粉颗粒是由许多微晶束组成，这些微晶束排列呈放射状，看似为一个同心环状结构，结晶性的微胶束之间是由非结晶的无定形区分隔，结晶区经过一个弱结晶区的过度转变为非结晶区。在不同淀粉来源中，多数直链淀粉分子组成结晶区域，他们靠氢键彼此结合双螺旋结构结合成簇状结构，多数直链淀粉和脂质形成络合体，只有部分参加到微晶束构造中，大部分直链淀粉分子并未参加微晶束形成的组成，这部分就是无定形态。天然淀粉根据X光衍射图谱，可分为A、B和C三种结晶结构。这也是天然淀粉分子虽然具有众多的羟基，但羟基间通过很强的氢键结合组成微晶束，天然淀粉颗粒却不溶于水的主要原因。球磨机的机械活化是通过淀粉颗粒与研磨球、研磨罐之间的摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力作用下，晶体结构及物化性能发生改变，部分机械能变成物质的内能，从而引起淀粉颗粒相对结晶度下降，分子链内氢键断裂，淀粉链中的羟基更容易与水形成分子间氢键，从而提高淀粉颗粒的冷水溶解度。
本发明所述方法简便易行，无需高温高压，只在常温条件下，使用球磨机机械活化的方式即可制备得到颗粒状冷水可溶淀粉。本发明所述方法不会产生工业废水，耗能低，进程短，制备方法简单，容易实现工业化生产。
本发明所得颗粒状冷水可溶淀粉，其冷水溶解度可根据实际需要轻易地调整在60～87%之间，颗粒外形的完整度保持在92～97%之间。产品具有相对结晶度低，冷水可溶度高，浊度低，冻融稳定性，较大的比表面积，良好的吸附和包埋性能等特点，在低温乳制品、方便食品、医药行业、纺织工业和石油工业中有着广泛应用。
具体实施方式：
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。但本发明的实施方式不限于此。
下述实施例采用的冷水溶解度的测定方法为：配制0.02 g/mL 淀粉溶液，取50 mL 于离心管中在20℃下震荡30min，以3 000 r/min离心20 min，将上清液置于130℃干燥箱中，干燥至恒重，得被溶解淀粉量A ( g)，其溶解度的计算公式为 。[式中 C——— 冷水溶解度；W——— 淀粉样品质量(g)]
实施例1
采用行星式球磨机干法研磨制备，选用直径分别为Ф20 mm和Ф10mm的两种研磨球，控制研磨球的球数比为Ф20 mm:Ф10mm=1:2，球磨罐内容积为500mL，将干玉米淀粉（含水量10%）和陶瓷研磨球置于陶瓷球磨罐中，研磨球与干淀粉的质量比为6.6:1，保持球磨罐的填料率（以干淀粉体积计量）为25%（v/v），在550r/min球磨机转速下研磨3.2h，即得颗粒状冷水可溶淀粉。
经电镜扫描检测，产品中淀粉颗粒保持率为94%，产品在温度20℃的冷水中溶解度为62%。
实施例2
采用行星式球磨机干法研磨来制备，选用直径分别为Ф20 mm，Ф10mm和Ф6mm的三种研磨球，控制研磨球的球数比为Ф20 mm:Ф10mm:Ф6mm =1:2:4，球磨罐内容积为500mL，将干蜡质玉米淀粉（含水量11%）和陶瓷研磨球置于陶瓷球磨罐中，研磨球与干淀粉的质量比为10:1，保持球磨罐的填料率（以干淀粉体积计量）为18%（v/v），在200r/min球磨机转速下研磨7h，即得颗粒状冷水可溶淀粉。
经电镜扫描检测，产品中淀粉颗粒保持率为95%，产品在温度20℃的冷水中溶解度为67%。
实施例3
采用行星式球磨机干法研磨来制备，选用直径分别为Ф20 mm和Ф10mm的两种研磨球，控制研磨球的球数比为Ф20 mm:Ф10mm=1:2，球磨罐内容积为500mL，将干大米淀粉（含水量12%）和陶瓷研磨球置于陶瓷球磨罐中，研磨球与干淀粉的质量比为12:1，保持球磨罐的填料率（以干淀粉体积计量）为15%（v/v），在500r/min球磨机转速下研磨2.5h，即得颗粒状冷水可溶淀粉。
经电镜扫描检测，产品中淀粉颗粒保持率为96%，产品在温度20℃的冷水中溶解度为69%。
实施例4
采用行星式球磨机干法研磨来制备，选用直径分别为Ф20 mm，Ф10mm和Ф6mm的三种研磨球，控制研磨球的球数比为Ф20 mm:Ф10mm:Ф6mm =1:2:4，球磨罐内容积为500mL，将干马铃薯淀粉（含水量13%）和陶瓷研磨球置于陶瓷球磨罐中，研磨球与干淀粉的质量比为15:1，保持球磨罐的填料率（以干淀粉体积计量）为10%（v/v），在550r/min球磨机转速下研磨1.5h，即得颗粒状冷水可溶淀粉。
经电镜扫描检测，产品中淀粉颗粒保持率为92%，产品在温度20℃的冷水中溶解度为87%。
实施例5
采用行星式球磨机干法研磨来制备，选用直径分别为Ф20 mm和Ф10mm的两种研磨球，控制研磨球的球数比为Ф20 mm:Ф10mm=1:2，球磨罐内容积为500mL，将干小麦淀粉（含水量11%）和陶瓷研磨球置于陶瓷球磨罐中，研磨球与干淀粉的质量比为3:1，保持球磨罐的填料率（以干淀粉体积计量）为50%（v/v），在300r/min球磨机转速下研磨6h，即得颗粒状冷水可溶淀粉。
经电镜扫描检测，产品中淀粉颗粒保持率为94%，产品在温度20℃的冷水中溶解度为72%。
实施例6
采用行星式球磨机干法研磨来制备，选用直径分别为Ф20 mm，Ф10mm和Ф6mm的三种研磨球，控制研磨球的球数比为Ф20 mm:Ф10mm:Ф6mm =1:2:4，球磨罐内容积为500mL，将干绿豆淀粉（含水量12%）和陶瓷研磨球置于陶瓷球磨罐中，研磨球与干淀粉的质量比为5:1，保持球磨罐的填料率（以干淀粉体积计量）为40%（v/v），在400r/min球磨机转速下研磨4.5h，即得颗粒状冷水可溶淀粉。
经电镜扫描检测，产品中淀粉颗粒保持率为95%，产品在温度20℃的冷水中溶解度为77%。
本发明方法适用于各种淀粉，如以玉米、蜡质玉米、大米、马铃薯、小麦、绿豆等任一种淀粉。由于以不同淀粉原料颗粒尺寸，相对结晶度的不同，因此，采用本发明方法以不同淀粉原料制备颗粒状冷水可溶性淀粉时，最佳条件也可能不同。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种颗粒状冷水可溶淀粉的制备方法，其特征在于：采用行星式球磨机干法研磨来制备，选用直径分别为Ф20 mm，Ф10mm和Ф6mm的三种研磨球，控制研磨球的球数比为Ф20 mm:Ф10mm:Ф6mm =1:2:4，球磨罐内容积为500mL，将含水量13%的干马铃薯淀粉和陶瓷研磨球置于陶瓷球磨罐中，研磨球与干淀粉的质量比为15:1，保持球磨罐的填料率为10%（v/v），在550r/min球磨机转速下研磨1.5h，即得颗粒状冷水可溶淀粉。
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