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ご存知の通り、製紙原料として、繊維や填料に加え、デンプンは最も多く使用される成分です。天然デンプン、カチオンデンプン、アニオンデンプン、両性デンプンなどがあり、紙力強化、定着、表面サイズ、乳化安定性など、様々な用途に広く使用されています。
通常、澱粉は使用前に加熱して糊化または糊化させる必要があります。澱粉の加熱調理には、バッチ式と連続式の2種類があります。このうち、間欠式は制御が難しく、一般的に澱粉の使用量が少ない場合に適しています。連続加熱調理では、ジェットクッカーが使用されることが多く、加熱後の製品がより均一になり、澱粉分子の水和がより徹底し、自動制御が容易で、運転経済性も優れているなどの利点があります。そのため、澱粉の使用量が多い場合に適しています。
調理してペースト状にする工程は一見簡単そうに見えますが、意外と知らない点もあるかもしれません。そこで、以下の3つのポイントを簡単にご説明いたします。
- 乾燥澱粉をスラリー懸濁液に希釈する場合、澱粉粒の付着を避けるために希釈水の温度を30〜38℃に制御する必要があります。そうしないと、その後の分散および調理プロセスで問題が発生する可能性があります。
- 煮詰めて糊化する過程で、温度が上昇するにつれて、デンプン粒子は水分を吸収し続け、デンプン分子間の結合が解離または破壊され、デンプン粒子の体積は膨張し続けます。膨潤度合いが最も大きくなる温度は糊化温度または糊化温度と呼ばれ、この温度は通常55〜80℃です。デンプンをさらに加熱して水和させると、デンプン溶液の粘度が徐々に最大に達します。次に、デンプン粒子の端が壊れ始め、デンプン分子が小さな凝集体として水相に移行し、加熱によって提供されるエネルギーによって水分子がデンプン分子の間に入り込み続け、デンプン分子が最適な分散状態になります。
- 連続蒸解と間欠蒸解の大きな違いは、前者は加圧蒸解（間欠蒸解では一般的に加圧は行われない）を用いる点です。つまり、デンプンを通常の水の沸点を超える温度で数分間加熱した後、デンプン懸濁液を背圧弁に通します。圧力が急激に常圧まで解放されると、極めて高い乱流とせん断力が発生します。デンプン粒子は内外の圧力差の作用で急速に破裂し、分子は完全に分散・溶解します。このプロセスは一般に熱機械変換プロセスと呼ばれます。蒸解中に酸や酸化剤を使用する場合は、熱化学変換プロセスと呼ばれ、一般的に粘度が低下します。連続蒸解の場合、デンプン供給業者はデンプン分子の劣化を防ぐため、蒸解温度をできるだけ低くすることを推奨しています。実際に必要な温度よりも高い温度で蒸解することを過蒸解と呼びます。一般的に、140℃以下の蒸解温度では、デンプンの分子量は大幅に低下しません。
それでは、デンプンの調理プロセス中に制御する必要がある要素について説明します。
- 温度
加圧調理とペースト化は、バッチ調理には通常使用されず、澱粉液の沸騰を避ける必要があります。一般的に、調理温度は88～95℃に制御し、少なくとも20分間維持することが推奨されます。連続調理は通常数分で完了します。ワキシーコーンスターチの最低調理温度は104～116℃に制御されます。アミロースを含む澱粉の場合は、最低調理温度を116～127℃に制御する必要があります。
- せん断力
断続加熱とペースト化には、せん断が非常に重要です。ミキシングミキサーは、均一な熱伝達を維持し、局所的な加熱過不足を防ぐと同時に、デンプン分子を完全に分散させるために、最小限のせん断力を提供します。連続ジェット加熱におけるせん断は、パイプライン内のデンプン懸濁液の流れ（加熱蒸気と均一に混合）と背圧弁（最高の加熱効率と均一な温度を得るため）によって提供されます。
- 圧力
断続蒸解糊化工程で使用される蒸気圧は、通常、常圧または常圧よりわずかに高い圧力です。連続蒸解糊化工程で使用される蒸気圧も、通常、常圧または常圧よりわずかに高い圧力です。連続噴流蒸解工程で使用される圧力は103～138KPa、あるいはそれ以上であり、蒸気圧は蒸解結果に大きな影響を与えます。蒸気圧の変動は蒸解圧力と温度の変化につながり、最終的には糊化澱粉液の品質に影響を与えます。
- 固形分
加熱容量の制限、加熱効率、そしてピーク粘度の高さにより、間欠蒸解とペースト化の固形分含有量は連続蒸解よりも一般的に低くなります。前者は通常4～6%ですが、後者は8～15%、あるいはそれ以上になります。
- 見掛け粘度
異なる調理法や糊化方法は、見かけの粘度に大きな影響を与えます。一般的に、調理工程における熱入力が大きいほど、デンプン分子の分散状態は良好になります。同じ固形分濃度条件下では、連続ジェット調理で得られた糊化デンプンの粘度は、バッチ調理で得られたものよりも低くなりますが、これはデンプン分子が分解したためではなく、糊化後にデンプン分子の絡み合いが解離したためです。
- 糊化デンプンの品質検査
顕微鏡を用いて、糊化したデンプンが均一であるか、デンプン粒があるかどうかを観察することができます。良好な糊化デンプンは半透明です（未加熱のデンプン懸濁液は乳白色です）。固形分は、屈折計（迅速）または乾燥法（正確）で測定できます。
