CN106086117A - 一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法 - Google Patents

一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法，该方法包括淀粉液化、一期糖化、复合糖化、过滤、精制、浓缩，复合糖化加入麦芽糖转糖基酶，保温40‑55℃糖化10‑20h，本发明通过一期糖化后进行复合糖化，降低碳黑灰分，使碳黑粒子硬度适中，提高碳黑产品质量。

Description

一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法，属于农产品精深加工技术领域。
背景技术
碳黑(carbon black，又名炭黑)，是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，比表面积非常大，范围从10-3000m2/g，是有机物(天然气、重油、燃料油等)在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。比重1.8-2.1。由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”。此外还有“槽黑”、“炉黑”。按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。
据记载,中国是世界上最早生产炭黑的国家之一。在古时候,人们焚烧动植物油、松树枝,收集火烟凝成的黑灰，用来调制墨和黑色颜料。这种被称之为“炱”的黑灰就是最早的炭黑。1821年人们在北美地区首次用天然气为原料生产炭黑，从此炭黑不再是“炱”那么简单,它是“气态或液态的碳氢化合物在空气不足的条件下进行不完全燃烧或热裂分解所生成的无定形碳，为疏松、质轻而极细的黑色粉末”。大片油气田相继开采,源源不断的原料供应推动炭黑生产由手工操作迈入了大规模工业化时代。1912年人们发现炭黑对橡胶具有补强作用,从此炭黑逐渐成为橡胶工业不可缺少的原材料。目前世界橡胶工业原材料耗用量排在第一位的是生胶,第二位的是炭黑；换言之，炭黑已成为消费量最大的橡胶配合剂。炭黑的耗用量一般占橡胶耗用量的40％～50％，也就是说，在橡胶配方中,通常每使用2份橡胶就会搭配使用1份炭黑。
然而，目前国内的炭黑主要为喷雾炭黑，由于未经过造粒处理，加工混炼时间较长，能源增加，降低了设备的利用率。甚至可能出现由于存在未分散的炭黑，引起制品内部出现空洞以及制品外观质量问题。炭黑经过造粒处理后可以防止粉尘和有害空气的产生，维护使用者的身体健康，而且更易于搬运，也改善了炭黑的流动性和在胶料中的分散性。因此颗粒碳黑产品备受青睐。颗粒碳黑是将粉状碳黑与适量的水和粘结剂在造粒机中受搅拌使之粒化，然后将湿法碳黑粒子送入回转干燥机进行干燥，除去水分成为合格产品。由于炭黑粒子坚固度很低，常常在造粒过程中加入粘结剂，以提高坚固度，常用的炭黑造粒粘结剂有糖蜜、木质素磺酸盐等。粘结剂的添加提高粒子坚固度，便于运输和避免污染，但是，此类粘结剂的添加提高了灰分含量，灰分含量往往高达15％，容易造成碳黑粒子硬度过高和产品灰分过高，使碳黑粒子在橡胶混炼过程中分散性困难，消耗太多动力，甚至难以破碎，形成筛余物，影响碳黑粒子质量，导致最终制得的橡胶力学性能变差；碳黑粒子硬度低，易破碎，炭黑产品中细粉含量超标，易造成输送系统堵塞。
因此，降低碳黑灰分，使碳黑粒子硬度适中，提高碳黑产品质量，提供一种新型碳黑用粘结剂迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种制作方便、能够显著降低颗粒碳黑灰分、提高产品质量的碳黑用淀粉糖浆的制备方法。
单位解释：
U/g·Ds为每g干料淀粉添加的ɑ-淀粉酶的单位；
L/T·Ds为每T干料淀粉添加酶的单位。
本发明的技术方案如下：
一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)调浆：将淀粉与水按比例混合，充分搅拌，调匀后，调成浓度为20-35％的淀粉乳，
(2)液化：调节淀粉乳pH至5.4～6.2，按2-8U/g·Ds的加入量向淀粉乳中加入耐高温α-淀粉酶，经喷射液化使淀粉乳液化，液化后真空冷却，降温至90-96℃，维持30～90min，控制DE值3～7％，灭酶制得粉浆液化液；
(3)一期糖化：将步骤(2)制得的粉浆液化液降温至58-62℃，按0.1-0.3L/T·Ds的加入量加入β-淀粉酶，同时按0.5-3L/T·Ds的加入量加入麦芽糖生成酶，保温18-50h，得一期糖化液，一期糖化液麦芽糖含量在75-90％；
(4)复合糖化：步骤(3)制得的一期糖化液降温至40-55℃，加入麦芽糖转糖基酶，保温糖化10-20h，检测大分子环糊精含量，当聚合度11-20的大环糊精达到5-20％时，灭酶，终止反应制得复合糖化液；
(5)过滤：向复合糖化液中加入硅藻土或珍珠岩，利用板框压滤机进行过滤，板框压滤机的压力为0.2～0.4Mpa，得到糖化液滤液；
(6)精制：糖化液滤液降温至40℃以下，按照强酸性阳离子树脂→强碱性阴离子树脂的顺序通过离子交换树脂得到离交后糖化液，
(7)浓缩：离交后糖化液蒸发浓缩至干物质的量占总质量的60～80％，即得碳黑专用糖浆。
本发明优选的，所述的淀粉为玉米淀粉或木薯淀粉。
本发明优选的，步骤(2)中耐高温α-淀粉酶的加入量为3-6U/g·Ds，喷射液化温度为105～110℃，液化时间为：6-9min。
本发明优选的，步骤(2)向淀粉乳中加入纯碱调节pH至5.4～6.2。
本发明优选的，步骤(3)中β-淀粉酶的加入量为0.2-0.3L/T·Ds，麦芽糖生成酶的加入量为1-3L/T·Ds。
本发明优选的，β-淀粉酶的酶活力700000CU/g，山东隆大生物工程有限公司有售；
所述的麦芽糖生成酶为Maltogenase 4000L，丹麦NOVO公司有售。
本发明优选的，步骤(4)中麦芽糖转糖基酶的加入量为0.2-0.8L/T·Ds，优选的，麦芽糖转糖基酶的加入量为0.4-0.6L/T·Ds。
麦芽糖转糖基酶现有技术，市场有售。
本发明优选的，步骤(4)中复合糖化温度45-52℃，糖化时间12-18h。
本发明优选的，步骤(5)中硅藻土或珍珠岩的加入量为0.1-0.3kg/吨干料淀粉。
本发明优选的，步骤(6)，所述离交后糖化液的电导率为≤30μs/cm。
本发明优选的，步骤(7)，采用旋转蒸发浓缩至干物质的量占总质量的60～80％。
有益效果
1、本发明创新性的将麦芽糖和大环糊精生产融合一起，开发出粘度适中包埋性能优异的专用糖浆产品。产品中以麦芽糖和大环糊精为主要成分，其中的大环糊精具有优异的包埋性能。可是目前能够进行工业化生产的仅限于聚合度小于9的环糊精，对于大环糊精一直没有能够进行大量的生产。本发明创新得到了聚合度11-20的大环糊精，并实现规模化，为专用糖浆的生产开辟了新途径。
2、本发明产品经除渣过滤、离交精制等后续纯化工序，应用于颗粒碳黑生产，大大降低了颗粒碳黑产品中灰分等杂质，同时提高了碳黑产品的质量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。
实施例中的原料无特殊说明的均为常规市购产品。
实施例1
一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)调浆：将淀粉与水按比例混合，充分搅拌，调匀后，调成浓度为20％的淀粉乳，
(2)液化：加入纯碱调节pH5.4，以2U/g·Ds(U/g·Ds为每g干料淀粉添加的ɑ-淀粉酶的单位)的加入量加入耐高温ɑ-淀粉酶，搅拌均匀制得淀粉粉浆，淀粉浆喷射液化，温度控制105℃，时间6min，经真空冷却，降温至90℃，维持30min，控制DE值3％，灭酶制得粉浆液化液；
(3)一期糖化：将步骤(2)制得的粉浆液化液降温至58℃，按0.1L/T·Ds的加入量加入β-淀粉酶，同时按0.5L/T·Ds的加入量加入麦芽糖生成酶，保温糖化18h，得一期糖化液，一期糖化液麦芽糖含量在75％；
(4)复合糖化：将步骤(3)制得的一期糖化液降温至40℃，加入麦芽糖转糖基酶0.2L/T·Ds(L/T·Ds为每T干料淀粉添加麦芽糖转糖基酶的单位)，保温糖化10h，检测其中的大分子环糊精含量，当聚合度11-20的大环糊精达到6％以上时，灭酶终止反应制得复合糖化液；
(5)过滤：向复合糖化液中加入硅藻土为助滤剂，硅藻土的加入量为0.1kg/吨干料淀粉，利用板框压滤机进行过滤，板框压滤机的压力为0.2Mpa，除去糖化液中的不溶性杂质，得到糖化液滤液；
(6)精制：糖化液滤液降温至40℃以下，按照强酸性阳离子树脂→强碱性阴离子树脂的顺序通过离子交换树脂得到离交后糖化液，离交后糖化液的电导率为≤30μs/cm。
(7)浓缩：离交后糖化液采用旋转蒸发浓缩至干物质的量占总质量的75％，即得碳黑专用糖浆；制得的碳黑专用糖浆理化指标如表1所示。
表1
实施例2
一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)调浆：将淀粉与水按比例混合，充分搅拌，调匀后，调成浓度为35％的淀粉乳，
(2)液化：加入纯碱调节pH6.2，以8U/g·Ds(U/g·Ds为每g干料淀粉添加的ɑ-淀粉酶的单位)的加入量加入耐高温ɑ-淀粉酶，搅拌均匀制得淀粉粉浆，淀粉浆喷射液化，温度控制110℃，时间9min，经真空冷却，降温至96℃，维持90min，控制DE值7％，灭酶制得粉浆液化液；
(3)一期糖化：将步骤(2)制得的粉浆液化液降温至62℃，按0.3L/T·Ds的加入量加入β-淀粉酶，同时按3L/T·Ds的加入量加入麦芽糖生成酶，保温糖化50h，得一期糖化液，一期糖化液麦芽糖含量在86％；
(4)复合糖化：将步骤(3)制得的一期糖化液降温至55℃，加入麦芽糖转糖基酶0.8L/T·Ds(L/T·Ds为每T干料淀粉添加麦芽糖转糖基酶的单位)，保温糖化20h，检测其中的大分子环糊精含量，当聚合度11-20的大环糊精达到17％时，灭酶终止反应制得复合糖化液；
(5)过滤：向复合糖化液中加入硅藻土为助滤剂，硅藻土的加入量为0.2kg/吨干料淀粉，利用板框压滤机进行过滤，板框压滤机的压力为0.3Mpa，除去糖化液中的不溶性杂质，得到糖化液滤液；
(6)精制：糖化液滤液降温至40℃以下，按照强酸性阳离子树脂→强碱性阴离子树脂的顺序通过离子交换树脂得到离交后糖化液，离交后糖化液的电导率为≤30μs/cm。
(7)浓缩：离交后糖化液采用旋转蒸发浓缩至干物质的量占总质量的80％，即得碳黑专用糖浆；产品经检测，制得的碳黑专用糖浆理化指标如表2所示。
表2
实施例3
一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)调浆：将淀粉与水按比例混合，充分搅拌，调匀后，调成浓度为28％的淀粉乳，
(2)液化：加入纯碱调节pH5.7，以6U/g·Ds(U/g·Ds为每g干料淀粉添加的ɑ-淀粉酶的单位)的加入量加入耐高温ɑ-淀粉酶，搅拌均匀制得淀粉粉浆，淀粉浆喷射液化，温度控制107℃，时间8min，经真空冷却，降温至94℃，维持60min，控制DE值4％，灭酶制得粉浆液化液；
(3)一期糖化：将步骤(2)制得的粉浆液化液降温至60℃，按0.2L/T·Ds的加入量加入β-淀粉酶，同时按1L/T·Ds的加入量加入麦芽糖生成酶，保温糖化30h，得一期糖化液，一期糖化液麦芽糖含量在80％；
(4)复合糖化：将步骤(3)制得的一期糖化液降温至45℃，加入麦芽糖转糖基酶0.6L/T·Ds(L/T·Ds为每T干料淀粉添加麦芽糖转糖基酶的单位)，保温糖化15h，检测其中的大分子环糊精含量，当聚合度11-20的大环糊精达到10％时，灭酶终止反应制得复合糖化液；
(5)过滤：向复合糖化液中加入珍珠岩为助滤剂，珍珠岩的加入量为0.3kg/吨干料淀粉，利用板框压滤机进行过滤，板框压滤机的压力为0.4Mpa，除去糖化液中的不溶性杂质，得到糖化液滤液；
(6)精制：糖化液滤液降温至40℃以下，按照强酸性阳离子树脂→强碱性阴离子树脂的顺序通过离子交换树脂得到离交后糖化液，离交后糖化液的电导率为≤30μs/cm。
(7)浓缩：离交后糖化液采用旋转蒸发浓缩至干物质的量占总质量的75％，即得碳黑专用糖浆；产品经检测，制得的碳黑专用糖浆理化指标如表3所示。
表3
对比例1
一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法同实施例1，不同之处在于：
该方法一期糖化后直接进行过滤、精制、浓缩，其他条件同实施例1。
产品经检测，制得的碳黑专用糖浆理化指标如表4所示。
表4
试验例
一、将本发明实施例1-3碳黑用淀粉糖浆及对比例1的糖浆作为粘结剂用于生产颗粒碳黑，采用实施例1-3碳黑用淀粉糖浆制得的颗粒碳黑为分别处理1-3，对比例1的糖浆制得的颗粒碳黑为处理4，采用现有糖蜜制得的颗粒碳黑为处理5。
颗粒碳黑采用湿法造粒技术制备，制备方法按如下进行：
碳黑在湿法造粒机内与喷入的含有粘结剂的造粒工艺水混合，粘结剂的添加量1.5％左右，形成小的碳黑颗粒流入滚筒式干燥机内，由于滚筒式干燥机接收火箱提供的住够热量而使湿碳黑粒子在筒内流动过程中逐步被干燥。干燥后的碳黑通过斗式提升机送至筛选机除去大颗粒碳黑，筛选后的碳黑经过成品输送机成品提升机，磁选机将其中可能含有的磁性物质除去。最后通过分配器按不同品种送入成品罐指定料仓。
分别测试处理1-5颗粒碳黑的平均硬度、灰分及细粉含量，调查结果见表5所示。
表5碳黑指标
从上表中可以看出采用实施例1-3碳黑用淀粉糖浆制得的颗粒碳黑相对于处理4、处理5灰分值大大降低，细粉含量与处理4、处理5相当，处理4虽然也是采用的淀粉糖浆，该淀粉糖浆经液化、一期糖化后直接进行过滤、精制、浓缩，相对于本发明平均硬度及灰分均高于本发明的，高于标准值，处理5采用现有糖蜜制得的颗粒碳黑，虽然提高了坚牢度，但灰分值远远高于本发明，应用于橡胶生产致使橡胶灰分增高，影响橡胶质量；本发明通过一期糖化后进行复合糖化，降低碳黑灰分，使碳黑粒子硬度适中，提高碳黑产品质量。
二、采用处理1-5的颗粒碳黑进行混炼橡胶，混炼方法按现有技术进行，制得的橡胶力学性能如表6所示。
表6
项目 拉伸强度/MPa 300％定伸/MPa 扯断伸长率/％
处理1 28.2 7.3 776
处理2 25.5 7.0 746
处理3 28.4 7.5 761
处理4 22.1 5.9 703
处理5 22.6 5.8 705
综上所述，采用本发明的碳黑用淀粉糖浆，降低碳黑灰分，改善了碳黑的分散性，提高碳黑产品质量，用于混炼橡胶，进一步提高了橡胶的力学性能。

Claims (10)

1.一种碳黑用淀粉糖浆的制备方法，包括如下步骤：
(1)调浆：将淀粉与水按比例混合，充分搅拌，调匀后，调成浓度为20-35％的淀粉乳，
(2)液化：调节淀粉乳pH至5.4～6.2，按2-8U/g·Ds的加入量向淀粉乳中加入耐高温α-淀粉酶，经喷射液化使淀粉乳液化，液化后真空冷却，降温至90-96℃，维持30～90min，控制DE值3～7％，灭酶制得粉浆液化液；
(3)一期糖化：将步骤(2)制得的粉浆液化液降温至58-62℃，按0.1-0.3L/T·Ds的加入量加入β-淀粉酶，同时按0.5-3L/T·Ds的加入量加入麦芽糖生成酶，保温18-50h，得一期糖化液，一期糖化液麦芽糖含量在75-90％；
(4)复合糖化：步骤(3)制得的一期糖化液降温至40-55℃，加入麦芽糖转糖基酶，保温糖化10-20h，检测大分子环糊精含量，当聚合度11-20的大环糊精达到5-20％时，灭酶，终止反应制得复合糖化液；
(5)过滤：向复合糖化液中加入硅藻土或珍珠岩，利用板框压滤机进行过滤，板框压滤机的压力为0.2～0.4Mpa，得到糖化液滤液；
(6)精制：糖化液滤液降温至40℃以下，按照强酸性阳离子树脂→强碱性阴离子树脂的顺序通过离子交换树脂得到离交后糖化液，
(7)浓缩：离交后糖化液蒸发浓缩至干物质的量占总质量的60～80％，即得碳黑专用糖浆。
2.根据权利要求1所述的碳黑用淀粉糖浆的制备方法，其特征在于，所述的淀粉为玉米淀粉或木薯淀粉。
3.根据权利要求1所述的碳黑用淀粉糖浆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中耐高温α-淀粉酶的加入量为3-6U/g·Ds，喷射液化温度为105～110℃，液化时间为：6-9min。
4.根据权利要求1所述的碳黑用淀粉糖浆的制备方法，其特征在于，步骤(2)向淀粉乳中加入纯碱调节pH至5.4～6.2。
5.根据权利要求1所述的碳黑用淀粉糖浆的制备方法，其特征在于，步骤(3)中β-淀粉酶的加入量为0.2-0.3L/T·Ds，麦芽糖生成酶的加入量为1-3L/T·Ds。
6.根据权利要求1所述的碳黑用淀粉糖浆的制备方法，其特征在于，β-淀粉酶的酶活力700000CU/g，所述的麦芽糖生成酶为Maltogenase 4000L。
7.根据权利要求1所述的碳黑用淀粉糖浆的制备方法，其特征在于，步骤(4)中麦芽糖转糖基酶的加入量为0.2-0.8L/T·Ds，优选的，麦芽糖转糖基酶的加入量为0.4-0.6L/T·Ds，步骤(4)中复合糖化温度45-52℃，糖化时间12-18h。
8.根据权利要求1所述的碳黑用淀粉糖浆的制备方法，其特征在于，步骤(5)中硅藻土或珍珠岩的加入量为0.1-0.3kg/吨干料淀粉。
9.根据权利要求1所述的碳黑用淀粉糖浆的制备方法，其特征在于，步骤(6)，所述离交后糖化液的电导率为≤30μs/cm。
10.根据权利要求1所述的碳黑用淀粉糖浆的制备方法，其特征在于，步骤(7)，采用旋转蒸发浓缩至干物质的量占总质量的60～80％。
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CN1817181A (zh) * 2006-03-02 2006-08-16 南昌大学 一种利用天然淀粉制备环状淀粉方法
CN104762346A (zh) * 2015-03-19 2015-07-08 江苏省奥谷生物科技有限公司 β-环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺

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刘书磊等: "麦芽糖转糖基酶产环糊精性质的研究", 《食品与发酵工业》 *

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