气流粉碎制取细微化疏水型木薯淀粉的研究

陈江枫，玉琼广，冯 琳

（广西农垦明阳生化集团股份有限公司，广西 南宁 530226）

气流粉碎制取细微化疏水型木薯淀粉的研究

陈江枫，玉琼广，冯 琳

（广西农垦明阳生化集团股份有限公司，广西 南宁 530226）

对木薯淀粉进行变性和细微化处理，使淀粉具有良好的疏水性和流动性，实验证明，采用改性剂A与改性剂B复配的改性剂，并且通过气流粉碎技术和离心叶轮分级器对木薯变性淀粉进行粉碎和分离，可以使淀粉颗粒达到20μm以下，并具有良好的疏水性和流动性。

木薯变性淀粉;疏水性;超音气流粉碎;细微化;流动性

普通的淀粉在橡胶、生物降解塑料中因为结构和极性相差悬殊，所以它们相容性差，随着纳米技术得到应用，淀粉经过细微化后在性能上有很大的提升，一方面它能够更好地与极性分子相溶合，还具有更好的分散性。经过细微化后再通过偶联剂，淀粉能够精细地分散在橡胶基体中并获得强的界面结合。降低淀粉的粒度可以使淀粉的比表面积增加，淀粉颗粒表面羟基也随之增多，从理论上分析应该可以使改性度得到提高[1~2]。由于淀粉的分解温度低于其熔解温度，所以淀粉必须经塑化以改善其加工性能。通常是加入小分子塑化剂，这些塑化剂会和淀粉的分子形成氢键以削弱淀粉分子间的氢键作用从而改善其力学性能和加工性能。选用偶联剂DL对淀粉进行干法疏水亲脂化改性，其机理在于DL与淀粉颗粒表面羟基络合，减少了表面羟基的暴露，从而有效地提高淀粉的疏水性能[3]。

1 木薯淀粉改性技术

1．1 改性剂种类的选择

采用多种不同的改性剂:氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、长链烷基三甲氧基硅烷WD-10、铝酸酯偶联剂DL-2411-A、改性剂A和改性剂B对细微化淀粉进行表面改性处理。

不同改性剂种类对变性前后细微化淀粉颗粒流动性的影响如图1所示。从图中可以看到，经硬脂酸、铝酸酯偶联剂DL-2411-A以及改性剂A改性后的细微化淀粉，其流动性甚至比原始未改性的细微化淀粉颗粒差，而其它改性剂改性后的样品，流动性都有所提高，其中以改性剂B改性后的样品流动性最好。

图1 改性剂种类对细微化淀粉流动性的影响

改性剂种类对改性前后细微化淀粉的疏水性影响如图2所示。从图中可以看到，改性后的细微化淀粉颗粒其疏水性都得到提高，而且经不同改性剂处理后，淀粉颗粒的疏水性效果改善情况不同。其中以改性剂A改性后的细微化淀粉疏水性最好。

图2 改性剂种类对细微化淀粉活化指数的影响

综合考虑改性剂种类对改性后细微化淀粉的流动性、疏水性影响，以及对细微化淀粉在有机溶剂中相容性的影响，采用改性剂A与改性剂B复配的改性剂，其改性后的细微化淀粉综合性能最好。制备所得到的改性后细微化淀粉流动如水，并且在水面上飘浮不沉，具有优良的流动性和疏水性。

1．2 改性前后木薯淀粉性质的对比

图3所示为改性前后细微化淀粉的扫描电镜照片，从图 3（a）和（b）中可以看到，改性前的细微化淀粉大部分呈现多个淀粉颗粒组成的团聚体形态，而改性后的细微化淀粉几乎全呈现单个细微化淀粉颗粒分散状态。结果表明，通过表面改性处理可以获得具有良好分散性的细微化木薯淀粉颗粒。

图3 改性前后细微化淀粉的扫描电镜照片

改性前后细微化淀粉的休止角照片如图4所示。改性前的细微化淀粉休止角为34°，改性后的细微化淀粉休止角为26°，这说明改性后的细微化淀粉具有了良好的流动性。同时测量了改性前后细微化淀粉的流动时间，改性前的细微化淀粉流动时间为284s，改性后的细微化淀粉流动时间为95s，这也表明改性后的细微化淀粉具有了良好的流动性，与休止角评价方法所得到的结果相吻合。

图4 改性前后细微化淀粉休止角照片

改性前后细微化淀粉在水中的照片如图5所示，从图中可以看到，改性后的细微化淀粉几乎完全漂浮在水面上，而改性前的细微化淀粉颗粒完全沉入水底，通过测量得到，改性前的细微化淀粉活化指数为0%，而改性后的细微化淀粉活化指数为98%，表明改性后的细微化淀粉具有了良好的疏水性。

图5 改性后细微化淀粉（左）和改性前细微化淀粉（右）在水中的照片

上述研究结果表明，采用表面改性处理的方法，制备得到的改性细微化淀粉流动如水，并且在水面上飘浮不沉，具有优良的流动性以及良好的疏水性。

2 采用超音速气流粉碎技术对木薯变性淀粉进行微细化处理研究

2．1 超音速气流粉碎技术特点

在本文中，针对淀粉材料的特点，我们采用气流粉碎技术对淀粉颗粒进行超细化粉碎处理，生产细微化淀粉产品。在气流粉碎过程中，产生的超音速气流是物料破碎的关键。对于淀粉等热敏性物料，在粉碎过程中，希望粉碎的温度不能太高。通过理论分析，超音速射流的温度如下式所示:

T1为喷嘴内部任意截面处的温度，T0是总温（在这里是环境温度），M1是喷嘴内部任意截面处的马赫数，k是工质的绝热指数，对空气而言，k＝1．4。很明显，马赫数越大，射流的温度越小。因此，喷嘴出口的射流温度是小于入口温度的，即射流在经喷嘴加速的过程中温度会降低，这种现象被称为焦耳－汤姆逊效应，或节流效应。这是气流粉碎的一大特点，它对于粉碎低熔点（或低软化点）和热敏性物料是非常有益的。

图6所示为采用气流粉碎技术制备的细微化淀粉粒度分布图，粉碎得到的细微化淀粉D10＝9．2μm、D50＝13．4μm、D90＝19．3μm。 粉碎后淀粉外观呈现白色粉末状，具有一定的流动性。

图6 粉碎后得到的细微化淀粉粒度分布图

2．2 采用离心叶轮对达到细微化的淀粉进行分离的技术研究

气流粉碎机分级器的主要作用是及时地把气流粉碎室中合格的粉体分选出来，不致发生过磨现象，这是气流粉碎机与其它机械粉碎机的主要区别之一。另外，气流粉碎机分级器分选的粉体已是处于良好的分散状态，这是单独气流分级机所不能及的。

离心式叶轮分级器的叶轮结构对成品粉的粒度分布有重要的影响，它主要影响分级器的旋转流场和进入叶轮的气流速度。离心式叶轮的结构主要有如图7所示的几种形式，一种是直叶片形式的，如图7（a）所示，叶片平面与半径径向在一个平面，它是一种常用的结构;第二种是斜叶片形式的，如图7（b）所示，叶片平面与半径径向有一个倾角，倾角大，叶轮压力损失小，这也是一种常用结构;第三种是弧形或折叶片形式的，如图7（c）所示，这种叶轮的旋转流场均匀（一般服从斯托克斯流），叶轮压力损失也小，是一种优化的结构，但是，加工难度较大。

图7 离心叶轮分级器的常用结构形式

在本文中，为了获得粒度分布窄、粒度细的细微化淀粉颗粒，气流粉碎过程中，采用斜叶片形式的离心叶轮分级器，叶片数为20片，所得到的微细化淀粉颗粒粒度分布窄，粒度细，具体粒度分布结果如图6所示。从图中可以看到，粉碎后的淀粉颗粒粒度分布峰较窄，说明其粒度分布窄。图8所示为粉碎后得到的淀粉颗粒扫描电镜照片，从图中可以看到，粉碎后的细微化淀粉大小均匀，与粒度分布测试结果相吻合。而粒度测试结果表明，粉碎后的淀粉颗粒 D50＝13．4μm，淀粉颗粒达到了微米级。

图8 粉碎后得到的细微化淀粉颗粒扫描电镜照片

3 结论

（1）通过对木薯淀粉进行变性处理，可获得良好的疏水性和流动性的木薯变性淀粉，与有机溶剂也具有良好的相容性。

（2）采用改性剂A和改性剂B复配的方式对木薯淀粉进行变性处理，经过变性后的木薯淀粉可以获得比较好的综合性能。

（3）采用超音速气流粉碎和离心叶轮分级器对木薯变性淀粉进行粉碎和分离，可以使淀粉颗粒达到20μm以下。

（4）通过采用木薯淀粉进行变性处理、超音速气流粉碎和离心叶轮分级器相结合的方法，可以获得疏水性、流动性和微米级的木薯变性淀粉。

[1] 张友松．变性淀粉生产和应用手册[M]．北京:中国轻工业出版社，1999．

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

[3] 吴俊，李斌，谢笔钧．微细化淀粉干法疏水化改性条件及其改性机理研究[J]．食品科学，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

陈江枫（1976-），男，工程硕士，工程师，研究方向:变性淀粉技术，通讯地址:南宁江南区明阳工业区广西农垦明阳生化集团股份有限公司，邮编:530226，电话:18978892181，0771-4219290

2011-04-01