文物黏结常用几种淀粉糊化性质和剥离强度研究

武望婷

【摘要】本文以玉米淀粉、红薯淀粉和土豆淀粉为对象，对其粘性与糊化性质和陈化时间因素的变化进行分析。结果表明：由糊化性质知玉米淀粉的糊化温度最高，土豆淀粉和红薯淀粉相当。达到峰值所需时间差异也很大，土豆淀粉、红薯淀粉和玉米淀粉到达峰值所需时间依次增大；测试了陈化时间对成糊淀粉黏结力的影响，从分子结构的角度解释了糊化淀粉降解的机理，为科技数据提供理论依据。以上工作在验证传统经验的同时也给书画装裱提供了理论依据。

【关键词】糊化淀粉；粘度；剥离强度

书画装裱是一门传统技艺，裱件的质量如何，很大程度上取决于浆糊的运用，《装潢志》中说：“裱之于糊，犹墨之于胶。墨以胶成，裱以糊就。”人们关注怎样使裱件既粘合牢固又柔软平整，且能防虫、防霉。裱画所使用的浆糊与生活中常用的一般浆糊不同，其是整个装裱工艺中的主要粘合剂，要求浆质白净、粘合力强，浓稀可调而粘性不减、不懈，能够长时间地存放而不变性。所以，裱画用的浆糊，其制浆技法与一般的浆糊制法相比要严格细致得多，其中关键在于把握浆糊的用料纯度和制作的程序要领。在传统装裱中，师傅凭传授和经验都是以小麦面粉和淀粉为原料打制浆糊，我国两者的使用主要分南北方，北方以淀粉为主，南方以面粉为主。国内外学者对此也做了大量研究，所使用的原料都是小麦淀粉，迄今没有对别的淀粉糊做过研究。其他杂粮淀粉包括玉米淀粉、红薯淀粉、土豆淀粉糊化后直观可以看到和小麦淀粉的相似，但其成本低，若能替代效果更好。本文以玉米淀粉、红薯淀粉和土豆淀粉为对象，对其粘性与糊化性质和陈化时间等因素的变化进行对比分析研究。

1.实验仪器与材料

Super4型快速黏度分析仪（澳大利亚Newport Scientific），TA-XT-Plus型物性仪（英国SMS公司），土豆淀粉（呼和浩特华欧淀粉制品有限公司）、红薯淀粉、玉米淀粉。

2.实验方法

各种淀粉糊化特征曲线的测定和浆糊的制作：

淀粉水分测定方法见文献，采用快速粘度计（RVA）测定不同条件下淀粉的糊化特征。

按照水分测定结果，准确称取一定量样品，配制成浓度为2g/25.0mL，用旋转桨充分搅拌后置于RVA样品台上，标准条件下最初10s以960r/min搅拌形成均匀悬浊液后，保持160r/min转速至实验结束。RVA初始温度50℃保持1min，再以12℃/min提高到糊化温度95℃，糊化搅拌时间保持4min，再以12℃/min降到50℃即可。

将上述制好的浆糊分别陈化1d，5d，10d和15d后，作为原料制作裱件，为测试粘度做准备。

3.结果与讨论

3.1 不同淀粉糊化曲线特征差异

土豆淀粉、红薯淀粉和玉米淀粉在糊化过程中粘度分别经历了三个过程——升高、崩解和回生，三种淀粉的RVA曲线如图1所示，实验数据如表1所示。由图可知，不同淀粉的RVA曲线明显不同。就糊化特性而言，玉米淀粉的糊化温度最高（74.0℃），土豆淀粉和红薯淀粉相当（69.40℃）。达到峰值所需时间差异很大，土豆淀粉（4.07min）、红薯淀粉（4.60min）和玉米淀粉（5.73min）到达峰值所需时间依次增大，这与pasting temp的定义有关。pasting temp反映的是规定时间间隔内粘度的变化幅度大于某一设定值时的温度，本实验设定在2s内粘度变化大于4cp时的温度为pastmg temp，对于糊化相对较慢的淀粉，peak tims长，pasnng temp会出现偏高。糊化速度的快慢与淀粉分子结构有关。回生值setback玉米淀粉最小175cp，土豆淀粉和红薯淀粉的消减值相当550～600cp。土豆淀粉和红薯淀粉相对玉米淀粉糊化冷却后更易形成凝胶，回生的程度大。

3.2 不同淀粉陈化相同时间对剥离强度的影响

同一条件下用三种淀粉制作的浆糊静置不同时间后做成裱件，在物性仪上做1800剥离试验，测试不同浆糊的剥离强度即粘附性。图2是新制作未陈化的三种淀粉糊剥离强度曲线，玉米淀粉糊的剥离强度值最大，土豆淀粉糊和红薯淀粉糊的值相当，低于玉米淀粉糊。图3是土豆淀粉陈化不同时间后的剥离强度，剥离强度值的波动在误差允许的范围内，随着陈化时间的增加，剥离强度台阶值呈现下降趋势。将三种淀粉糊剥离强度实验结果值统计作图，如图4所示。从曲线的趋势看，剥离强度随陈化时间增加出现降低趋势，红薯淀粉和玉米淀粉制成的浆糊随时间剥离强度下降趋势基本一致，即放置5d时强度下降最快，5～15d下降趋势变缓，土豆淀粉制成的浆糊随放置时间增加剥离强度稳步下降。土豆淀粉和红薯淀粉制成的浆糊剥离强度值相近，而玉米淀粉的值稍高，这与不同淀粉的分子结构有关。

3.3 淀粉结构对糊化和剥离强度的影响

各种淀粉均为微小的颗粒，由淀粉分子组成，每个淀粉分子均为由脱水葡萄糖单元构成的大分子多聚物，但有两种不同的类型：直链淀粉和支链淀粉。玉米淀粉中含有2/3支链淀粉和1/3直链淀粉，土豆淀粉和红薯淀粉中分别含有4/5支链淀粉和1/5直链淀粉，支链淀粉含量越高粘性越强，以此可以解释玉米淀粉制成浆糊的剥离强度大于土豆淀粉和红薯淀粉。由RVA曲线还可知，支链淀粉含量越高-糊化温度越高，达到峰值粘度的时间也增加。直链淀粉结构基本上是线形的，由α-D-葡萄糖通过α-D-1，4糖苷键连接而成，多聚化程度比较低，分子量为104～105u，相当于250～300个葡萄糖残基。实践证明，直链淀粉不是完全伸直的，通常卷曲成螺旋形（分子结构见图5），每一转有6个葡萄糖残基，溶于热水，被水解时产生大量麦芽糖。支链淀粉主链是葡萄糖通过α-1，4糖苷键连接而成，支链通过α-1，6糖苷键与主链相连接，为分子量很大的多聚物，其结构有很多分支，多聚化程度比较高，分子量105～106u，相当于6000个或更多葡萄糖残基，每个分支短链的长度平均为12～30个葡萄糖残基（分子结构见图6）。支链淀粉不溶于热水，水解产物为异麦芽糖等双糖，并可进一步分解成葡萄糖，各种淀粉制成的浆糊随陈化时间增加其剥离强度下降，是因为淀粉分子会老化降解。

4.总结

（1）利用RVA仪研究了玉米淀粉、红薯淀粉和土豆淀粉的糊化特性。由实验结果可知玉米淀粉的糊化温度最高，土豆淀粉和红薯淀粉相当。达到峰值所需时间差异很大，土豆淀粉、红薯和玉米淀粉到达峰值所需时间依次增大。

（2）利用物性仪测试了三种成糊淀粉静置不同时间后对粘接力的影响，总体来看，放置时间越长，糊化淀粉会发生不同程度的老化，大分子链降解，表现为剥离强度减小，粘附性下降。

（3）从分子结构的角度解释了糊化淀粉降解的机理，为书画装裱提供了理论依据。