变性淀粉加工装备
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《中国食品与包装工程装备手册》第418页（10162字）
1 概述
变性淀粉是指在淀粉具有的固有特性基础上，为改善其性能和扩大应用范围，而利用物理方法、化学方法和酶法改变淀粉的天然性质，增加其性能或引进新的特性而制备的淀粉衍生物。按变性处理方法可分为物理变性(预糊化淀粉、超高频辐射处理淀粉等)、化学变性(糊精、氧化淀粉、交联淀粉、酸变性淀粉、酯化淀粉等)、酶法变性(糊精、直链淀粉等)。完成上述一系列变性和加工的装备即是变性淀粉加工装备。常用的装备多为通用的化工设备。变性淀粉的种类很多，本节将重点介绍预糊化淀粉、氧化淀粉、交联淀粉、淀粉磷酸酯、酸性变性淀粉和β环状糊精等变性淀粉的加工工艺及装备。
2 加工工艺
2．1 预糊化淀粉加工工艺
在品种繁多的变性淀粉中，预糊化淀粉是一种加工简单、用途很广的变性淀粉。
预糊化淀粉是由原淀粉经物理变性加工而成的，也称为α淀粉。其主要特征：
(1)不需加热就能快速溶于冷水中，形成一种粘性糊浆，使用非常方便。
(2)加工中使淀粉破裂成各种单糖，易于被一般动物消化吸收，增加能量17%～30%。
预糊化淀粉加工工艺流程如图1－15－28所示。
图1－15－28 预糊化淀粉加工工艺流程
2．1．1 淀粉 淀粉是生产预糊化淀粉原料。要求杂质越少越好，否则会影响预糊化淀粉的粘弹性。在相同纯度的淀粉中，支链淀粉多，预糊化淀粉粘度大；直链淀粉多，则预糊化淀粉弹性大；贮存期短的淀粉所制成的预糊化淀粉粘弹性好。
2．1．2 水和添加剂 生产预糊化淀粉用水要求纯净、中性，钙、镁、钠等离子含量越少越好，以避免预糊化淀粉粘弹性的降低。所以要求原淀粉精制和预糊化淀粉调浆过程中所用的水应全部采用去离子水。调浆过程中可根据需要加入不同变性剂。
2．1．3 调浆 将原淀粉与去离子水充分混合，搅拌均匀。调浆浓度为40%左右，保温温度约为30～40℃，保温时间约为30min。
调浆主要设备为调浆罐、保温罐、输浆泵等。
2．1．4 预糊化干燥 调好的浆料由输浆泵送入具有160℃左右的干燥滚筒表面上，形成一层薄膜立即糊化，经快速干燥破坏淀粉分子的缔合化作用，即使分子间氢键断开，在高温下迅速干燥，保持氢键断开状态，避免产生老化。已干燥好的薄膜用刮刀刮下，进入下一道工序。干燥后的预糊化淀粉含水约5%左右。
预糊化干燥主要设备为单滚筒式干燥机或双滚筒式干燥机。
2．1．5 粉碎 为便于包装和运输，须将干燥得到的预糊化淀粉薄膜进行粉碎。
粉碎主要设备为粉碎机。
2．1．6 筛分 为了获得粒度均匀一致的预糊化淀粉，对粉碎后的预糊化淀粉进行筛分处理。筛网细度为100目，筛上物再返回粉碎机进一步粉碎，筛下物经计量后包装，即为成品预糊化淀粉。
筛分主要设备为成品筛、重量计量器、缝包机等。
2．2 氧化淀粉加工工艺
氧化淀粉是指一系列经各种不同的氧化剂处理后形成的变性淀粉。用于生产氧化淀粉的氧化剂种类很多，目前多数用次氯酸钠，其工艺流程如图1－15－29所示。
图1－15－29 氧化淀粉加工工艺流程
2．2．1 调浆 在工业生产中，首先将原淀粉与水充分混合，搅拌均匀。调浆浓度为18～20°Bé。
调浆主要设备为调浆罐、输浆泵等。
2．2．2 氧化 将调配好的浆料用输浆泵泵入带夹层的反应罐中。该反应罐顶部设置搅拌器以及带阀门的加料斗，反应罐内还需设置pH测定电极及温度计。在加料斗内灌注5%NaOH溶液，通过阀门将NaOH溶液加入反应罐中，使罐中淀粉乳pH达到11，然后再利用管路徐徐加入预先调配好的含有效氯8%～13%的次氯酸钠溶液，总添加量以有效氯计为淀粉量的3%。在此过程中，不断加入NaOH溶液，使反应罐内的pH控制在8～10之间。同时在夹层中通入循环冷却水，使罐内温度保持在30℃左右。添加完次氯酸钠溶液以后，继续搅拌维持反应30min。
氧化主要设备是反应罐。
2．2．3 中和 氧化反应30min后，向反应罐内加入10%的亚硫酸氢钠，以除去多余的氯终止反应。再加入5%的盐酸中和，使pH至6～6．5，充分搅拌后即可排出罐外。
中和主要设备是反应罐。
2．2．4 洗涤过滤 经过氧化中和后的淀粉乳，利用过滤或者离心方法将淀粉从反应混合物中分离出来，并且水洗脱除可溶性反应副产物、盐和碳水化合物的降解产物。洗涤水采用40℃左右的温水。洗涤至清水后进行脱水，得到含水40%左右的湿氧化淀粉。
洗涤过滤主要设备为三足式离心机或卧式刮刀卸料离心机。
2．2．5 干燥 为便于贮存和运输，须对湿氧化淀粉进行干燥处理，干燥至含水12%～13%即可得到干氧化淀粉。
干燥主要设备是气流式干燥机。
2．2．6 计量包装 经干燥的氧化淀粉，为使其淀粉的细度均匀一致，通常对氧化淀粉进行过筛分级，筛网细度为100目。筛下物经计量后进行包装，即成为商品氧化淀粉。
计量包装主要设备为成品筛、重量计量器、缝包机等。
2．3 交联淀粉加工工艺
应用具有两个或两个以上官能基团化工产品与淀粉分子中至少两个羟基起醚化或酯化反应，生产的化学键将不同的淀粉分子交叉联结起来，所得的产品称为交联淀粉。这一类交联淀粉分子间有如架“桥”，糊化后交联键不断裂，增强粘度的稳定性，对酸、碱、温度、搅拌、剪力的影响变化少。常用的交联剂有三氯氧磷、环氧氯丙烷、三偏磷酸钠、甲醛、己二酸等。只需加入很少量的交联剂就可明显地改变淀粉的糊化和膨胀性质、浆液的粘度稳定性和薄膜特性。下面仅介绍原淀粉与甲醛反应生产交联淀粉的加工工艺。图1－15－30所示为交联淀粉加工工艺流程图。
图1－15－30 交联淀粉加工工艺流程
2．3．1 调浆 将原淀粉与水充分混合，搅拌均匀。调浆浓度为23°Bé。
调浆主要设备为调浆罐、输浆泵等。
2．3．2 交联反应 将调配好的淀粉乳用输浆泵送入带有搅拌装置的反应罐内，先加入浓硫酸搅拌，加酸量以淀粉乳pH至2．5～2．7为宜。加酸后继续搅拌15min，再次测定pH。如有差别，再加料或加酸调节。然后按以绝干淀粉重量计的0．25%～0．3%的无水甲醛折合量，徐徐加入，再继续搅拌30min即可。
2．3．3 过滤(脱水) 交联反应结束后，将淀粉乳送至离心机脱水，得到含水40%左右的湿交联淀粉。
过滤(脱水)主要设备是三足式离心机。
2．3．4 干燥、交联 脱水后的湿交联淀粉送入滚筒干燥机干燥，在干燥过程中一面蒸发水分，一面继续完成反应过程。干燥机烘干温度为120～125℃，干燥时间为20min。干燥后得到含水12%～13%的交联淀粉。
干燥、交联主要设备为滚筒式干燥机。
2．3．5 粉碎 为便于包装、贮存和运输，将从干燥机出来的交联淀粉经冷却后进行粉碎。
粉碎主要设备为粉碎机。
2．3．6 计量包装 为了获得粒度均匀一致的交联淀粉，对粉碎后的交联淀粉进行过筛处理，筛网细度为100目。筛上物返回粉碎机进一步粉碎，筛下物经计量后包装，即成为商品交联淀粉。
计量包装主要设备为成品筛、重量计量器、缝包机等。
2．4 淀粉磷酸酯加工工艺
用正磷酸钠或三聚磷酸钠、三偏磷酸钠等磷酸盐与淀粉起反应，与淀粉分子中的羟基起酯化反应得淀粉磷酸酯(酯化淀粉的一种)。淀粉磷酸脂为阴离子高分子电解质，糊粘度、透明度、凝沉性和稳定性均高。
在生产中，多用含水正磷酸钠与淀粉酯化来生产淀粉磷酸酯。图1－15－31所示为淀粉磷酸酯加工工艺流程图。
图1－15－31 淀粉磷酸酯加工工艺流程
2．4．1 磷化液的制备 首先在带有搅拌装置的反应罐中配制磷酸钠溶液，取欲加工淀粉量的1／7的含水正磷酸钠溶于约8倍的水中，搅拌均匀。并加入适量氢氧化钠使其溶液的pH在5．5～6之间即可。
磷化液制备的主要设备是反应罐。
2．4．2 调浆 将原淀粉逐量加入调配好的磷化液反应罐中，并加适量的水调整浓度至20°Bé。在调配完成后，持续搅拌30min左右，并保持溶液温度在25℃左右，待充分搅拌后即可。
调浆主要设备常用反应罐。
2．4．3 过滤 将调好的浆料用输浆泵送至离心机脱去液相成分，滤液可回收重复利用，滤饼则送至下道工序。滤饼含水约45%左右。
过滤主要设备常用三足式离心机。
2．4．4 干燥 将滤饼送入干燥机中预干燥，使其水分降至20%左右。然后送入下道工序。
干燥主要设备常用气流干燥机。
2．4．5 酯化 将预干燥过的淀粉送入滚筒干燥机中，以160℃的温度加热30min左右，使其进行酯化反应。同时进行干燥。得到含水5%～10%的干淀粉磷酸酯。
2．4．6 粉碎 为便于包装、贮存和运输，将从滚筒干燥机出来的淀粉磷酸酯经冷却后进行粉碎。
粉碎主要设备为粉碎机。
2．4．7 计量包装 为了获得粒度均匀一致的淀粉磷酸酯，对粉碎后的淀粉磷酸酯进行过筛处理，筛网细度为100目。筛上物返回粉碎机进一步粉碎，筛下物经计量后进行包装，即成为商品淀粉磷酸酯。
计量包装主要设备为成品筛、重量计量器、缝包机等。
2．5 酸变性淀粉加工工艺
使用36%～40%的淀粉浆，加热到糊化温度以下(常为35～60℃)，加入无机酸并搅拌半小时到几小时。当达到所需求的粘度或转化度时，中和酸，用过滤或离心脱水、洗涤、干燥所得到的产品，即为酸性变性淀粉。
图1－15－32所示为酸变性淀粉加工工艺流程图。
图1－15－32 酸变性淀粉加工工艺流程
酸变性淀粉加工工艺说明如下。
2．5．1 调浆 首先将淀粉放入夹层反应罐中，该反应罐要求具有搅拌装置，以及测量显示罐内温度的装置。加入适量的水，以能使罐内的淀粉调成易搅拌的稀糊状为宜，此时的淀粉和水的比例约为4∶6。同时在夹层中通入蒸汽或热水，使罐内温度能恒定在37～38℃之间，待罐内淀粉浆料搅拌均匀即可。
调浆主要设备常用反应罐。
2．5．2 酸解 将10mol／L的盐酸溶液徐徐加入调配好的浆料中，保持恒温在37～38℃之间，持续搅拌3．5h使其酸解。加酸量以每千克淀粉加入10mol／L的盐酸溶液0．3L为宜。反应完毕，倾出罐内淀粉乳送入下道工序。
酸解主要设备常用反应罐。
2．5．3 脱酸液 将反应好的淀粉乳送入离心机中，脱去酸液，并再加少量清水清洗，加水量以每千克淀粉加水0．4L为宜。然后再除去清洗液，脱出的酸液和清洗液回收后供下次使用。
脱酸液主要设备为三足式离心机或卧式刮刀卸料离心机。
2．5．4 中和 将脱去酸液的淀粉放入搅拌缸中加少量水搅拌均匀，再加入5mol／L(
Na2CO3)的纯碱溶液中和至pH6．0即可。
中和主要设备常用搅拌缸。
2．5．5 洗涤脱水 将中和好的淀粉乳用输浆泵送至离心分离机中进行固－液分离，并加足够量的水洗涤，直至洗涤液无碱味。最后得到含水40%左右的湿酸变性淀粉。
洗涤脱水主要设备常用三足离心机或卧式刮刀卸料离心机。
2．5．6 干燥 将脱水后得到的湿酸变性淀粉送入气流干燥机进行干燥。最后得到含水12%～13%的干酸变性淀粉。
干燥主要设备常用气流干燥机。
2．5．7 计量包装 为得到粒度均匀一致的酸变性淀粉，需对干燥后的干酸变性淀粉进行过筛分级处理，筛网细度为100目。筛下物经计量后进行包装，即成为商品酸变性淀粉。
计量包装主要设备为成品筛、重量计量器、缝包机等。
2．6 β－环状糊精加工工艺
环状糊精是由6～8个葡萄糖分子组成的环状结构的化合物，属于酶变性淀粉。由7个葡萄糖分子组成的环状结构化合物称为β－环状糊精(β－CD)，它是由环状糊精糖基转移酶作用于淀粉而生成的。图1－15－33所示为β－CD粗品、β－CD精品的加工工艺流程图。
图1－15－33 β－CD粗品、β－CD精品加工工艺流程
2．6．1 β－CD粗品加工工艺
(1)调浆 在不锈钢带搅拌装置的夹层反应罐中，放入淀粉和水，充分混合，搅拌均匀。调配成浓度为10%的淀粉乳。
调浆主要设备常用反应罐。
(2)液化 按420U／g淀粉用量加入CGT酶液，同时用Ca(OH)2将淀粉乳pH调至8～8．5，反应罐夹层通入蒸汽或热水，在温度为90～95℃条件下持续搅拌30min。
液化主要设备常用反应罐。
(3)转化 按600U／g淀粉用量加入CGT酶液，将温度降至53～55℃条件下持续搅拌反应16～20h。从第14h起开始测定β－CD含量，每小时测定1次，至反应从高峰向下跌趋势出现时即停止反应。
转化主要设备常用反应罐。
(4)终止反应 将反应罐加热至温度100℃以上，保持20min，以使酶失活。
终止反应主要设备常用反应罐。
(5)液化降粘 按3U／g淀粉用量加入α－淀粉酶，用HCl调pH至6．0～6．5，在80～85℃条件下搅拌30min。
液化降粘主要设备常用反应罐。
(6)脱色 继续用HC1调pH至4．0～4．5。按淀粉量的5%～8%加入糖用活性炭，在95～100℃温度条件下搅拌30～60min。
脱色主要设备常用反应罐。
(7)过滤 将80～95℃的浆料在不高于0．3MPa的压力下送入过滤机进行过滤。
过滤主要设备常用板框式过滤机。
(8)脱盐 用位压使浆料先经过阴离子交换树脂(717树脂)，再经过阳离子交换树脂(732树脂)，以每分钟通过液体量为树脂体积的1／10的流速流过，即可脱盐。也可省去该道工序，但粗制母液中含盐量大，不能作为产品出售。
(9)浓缩 用真空度为0．08～0．09MPa的浓缩设备进行浓缩，当浓缩至浓度为45%～50%时，加入重结晶母液同此一起浓缩，浓缩到浓度为67%～70%。
浓缩主要设备常用刮板真空薄膜浓缩机。
(10)结晶 用流水降温，在结晶罐内静置结晶24h以上。
结晶主要设备常用结晶罐。
(11)分离 将结晶后的料液送至离心机中进行分离，同时加与固形物等量的蒸馏水洗涤。母液回收。
分离主要设备常用三足式离心机。
(12)干燥 用烘干机对分离得到的结晶体进行烘干，在50～60℃条件下干燥2～3h，即可得到含水量为5%～10%的β－CD结晶粗品。
干燥主要设备常用箱式烘干机。
2．6．2 β－CD精品加工工艺
(1)溶解 在带搅拌装置的夹层反应罐内，放入β－CD粗品，在100℃温度下用蒸馏水溶解成为25%的β－CD溶液。
溶解主要设备常用反应罐。
(2)脱色 在反应罐内，加入相当于β－CD粗品量1%的活性炭，在95～100℃条件下保温脱色10～20min。
(3)保温过滤 用2～3层滤纸在抽滤罐中保温过滤。
(4)结晶 用冷水流降温，在结晶罐内静置结晶24h以上，可加入少量晶种。
(5)分离 将结晶后的料液送至离心机中进行分离，同时加与固形物等量的蒸馏水洗涤，母液回收。
分离主要设备常用三足式离心机。
(6)干燥 用烘干机对分离得到的结晶体进行烘干。在50～60℃条件下干燥2～3h，即可得到含水5%～10%的β－CD结晶精品。
干燥主要设备常用箱式烘干机。
(7)粉碎 为便于包装、贮存和运输，将从烘干机出来的β－CD结晶精品经冷却后进行粉碎。
粉碎主要设备为粉碎机。
(8)计量包装 为了得到粒度均匀一致的β－CD精品，对粉碎后的β－CD精品进行过筛处理，筛网细度为20～40目。筛上物返回粉碎机进一步粉碎，筛下物经计量后进行包装，即成为商品β－CD(环状糊精)精品。
计量包装主要设备为成品筛、重量计量器、缝包机等。
3 关键设备
3．1 滚筒干燥机(图1－15－34)
图1－15－34 滚筒干燥机结构示意图
(1)单滚筒 (2)双滚筒
1－滚筒 2－布料器 3－刮刀 4－出料槽
滚筒干燥机有单滚筒和双滚筒两种。图1－15－34所示为滚筒干燥机结构示意图。该机由滚筒、布料器、刮刀、出料槽等构成。蒸汽通入滚筒进行加热，双滚筒旋转方向相反。生产中原淀粉乳浓度可高达44%，均匀分布于滚筒表面，形成薄层，受热(150～180℃)糊化，干燥到水分约5%时，被刮刀刮下，进入出料槽中。该机的操作关键是要保持淀粉乳均匀地分布于滚筒表面上，掌握好滚筒转速和温度的关系。单滚筒转速低，剪切力小，粘度下降小。但生产能力和热效率比双滚筒低。
3．2 立式结晶罐
该罐的结构特点为沿纵轴方向，设有多层水平圆盘型热交换器，在热交换器的上下两面，有密布的刮板刮取结晶，以防结垢，保持较高的传热效率。冷却水从轴的下端进入，顺次上升到各圆盘。从下部的圆盘开始向上，温度逐渐上升，从上部供给的结晶糖液逆流而下，合理进行冷却，结晶速度大大加快。糖膏由下端排出，从而实现了结晶工序的连续化运转。
3．3 反应锅
反应锅是带搅拌器的夹层锅，主要用在变性淀粉生产中的淀粉变性反应，以及对浆料的煎煮、浓缩等。反应锅主要由锅体、支架、蜗轮、蜗杆、搅拌器等部件组成。
使用前需先通入蒸汽观察各接头部件是否漏气，如有漏气应先紧固。
使用时必须将安全阀及压力表装妥，将安全阀调整到0．15MPa，浆料沸腾后应适当控制进汽量，使浆料不上溢为宜。
一批浆料经反应或浓缩完毕后，应清洗锅内胆，再加第二批浆料。