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造纸过程中的蒸煮淀粉

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众所周知,淀粉作为造纸原料,是除纤维和填料外使用最多的组分,包括原淀粉、阳离子淀粉、阴离子淀粉、两性淀粉等,被广泛用于增强、助留、表面施胶、乳液稳定等多种用途。

一般情况下,淀粉在使用前需经过蒸煮成糊状或糊化状态。淀粉蒸煮有间歇式和连续式两种。其中,间歇式设备控制难度较大,一般适用于淀粉用量较小的场合。连续式蒸煮常采用喷射式蒸煮器,其优点是蒸煮后产品更均匀,淀粉分子水化更彻底,易于自动控制,操作经济性好,适用于淀粉用量较大的场合。

煮糊的步骤看似简单,其实还是有一些你不知道的地方。现在我就简单给大家讲解一下以下三点:

  1. 将干淀粉稀释成浆状悬浮液时,稀释水的温度应控制在30-38℃之间,以避免淀粉颗粒的粘连,否则可能给后续的分散、蒸煮过程带来麻烦;
  2. 在蒸煮糊化过程中,随着温度的升高,淀粉颗粒不断吸收水分,淀粉分子间的键解离或破坏,淀粉颗粒的体积不断膨胀;膨胀程度最大的温度称为糊化温度或糊化温度,此温度一般为55-80℃;继续加热使淀粉进一步水化,同时淀粉溶液的粘度逐渐达到最大值;随后淀粉颗粒的边缘开始断裂,淀粉分子以小的聚集体形式迁移到水相中,加热提供的能量继续使水分子进入淀粉分子之间,淀粉分子得到最好的分散。
  3. 连续蒸煮与间歇蒸煮糊化显著区别在于,连续蒸煮采用压力蒸煮(间歇蒸煮糊化一般不加压),即将淀粉在超过水正常沸点的温度下加热几分钟,然后使淀粉悬浮液通过一个背压阀,当压力突然释放到常压时,产生极高的湍流和剪切。淀粉颗粒在内外压差的作用下迅速破裂,其分子完全分散溶解。这个过程一般被称为热机械转化过程。如果在蒸煮过程中使用酸或氧化剂,则该过程被称为热化学转化过程,这一般会导致粘度降低。对于连续蒸煮,淀粉供应商一般建议蒸煮温度尽可能低,以避免淀粉分子降解。高于实际需要的温度下蒸煮被称为过度蒸煮。一般来说,在低于140℃的蒸煮温度下,淀粉的分子量不会明显降低。

 

现在我们来谈谈淀粉蒸煮过程中需要控制的因素。

  1. 温度

压力蒸煮糊化一般不用于批量蒸煮,应避免淀粉液沸腾。一般建议蒸煮温度控制在88-95摄氏度,并至少维持20分钟;连续蒸煮一般只需几分钟,糯玉米淀粉最低蒸煮温度控制在104-116摄氏度;如果是含直链淀粉的淀粉,最低蒸煮温度应控制在116-127摄氏度之间。

  1. 剪切力

剪切对于间歇式蒸煮糊化至关重要。搅拌器提供最低的剪切力,以保持均匀的传热,防止局部区域过度蒸煮或蒸煮不足,同时使淀粉分子完全分散;连续喷射蒸煮的剪切由管道内的淀粉悬浮液流动(与加热蒸汽均匀混合)和背压阀提供(以获得最佳的加热效率和均匀的温度)。

  1. 压力

间歇蒸煮糊化所用蒸汽一般仅为常压或略高于常压,连续蒸煮糊化所用蒸汽一般仅为常压或略高于常压,连续喷射蒸煮所用压力在103~138KPa之间甚至更高,蒸汽压力对其蒸煮效果影响很大,蒸汽压力的波动导致蒸煮压力和温度的变化,最终影响糊化淀粉液的品质。

  1. 固含量

由于加热能力、加热效率以及峰值粘度高等因素的限制,间歇蒸煮糊化固形物含量一般低于连续蒸煮糊化固形物含量,前者一般为4%-6%,后者为8%-15%,甚至更高。

  1. 表观粘度

不同的蒸煮糊化方法对表观粘度影响较大。一般而言,蒸煮过程中的热量输入越多,淀粉分子分散得越好。在相同固形物含量条件下,连续喷射蒸煮获得的糊化淀粉的粘度低于间歇蒸煮获得的糊化淀粉,但其原因并非因为淀粉分子发生降解,而是糊化后淀粉分子间的相互缠绕更好地解离。

  1. 糊化淀粉的质量检验

可用显微镜观察糊化淀粉是否均匀,有无淀粉颗粒;好的糊化淀粉外观呈半透明状(未煮熟的淀粉悬浮液呈乳白色)。固形物含量可用折射仪(快速)或干燥法(准确)测定。

 

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