Способ получения декстрина
METHOD OF PRODUCING DEXTRIN

Изобретение относится к области получения декстринов технического назначения,  растворимых в холодной и горячей воде, с высокой прочностью склеивания, повышенной вязкостью и устойчивостью клея к перемешиванию, встряхиванию, тиксотропии, длительному хранению.
Изобретение относится к крахмалопаточной промышленности и может быть использовано для применения декстрина в качестве клеящего, связующего и пленкообразующего компонента в различных   отраслях промышленности, в том числе при производстве быстросхватывающего клея для высокоскоростных автоматических линий по наклеиванию этикеток на стеклянные бутылки, а также в качестве связующего компонента в производстве стекловолокна при приготовлении замасливающих составов; в качестве пленкообразователя для аппретирования тканей в текстильной промышленности, для загущения печатных красок в полиграфической промышленности.
В крахмалопаточной промышленности известны периодические способы получения декстрина. Декстрины производят термической обработкой сухого крахмала в присутствии сильных неорганических кислот (соляной, азотной), а также солей, например, алюминиево-калиевых квасцов.
Известен способ получения декстрина, предусматривающий введение раствора сильной  летучей неорганической кислоты (соляной, азотной) в сухой нативный крахмал, отлежку подкисленного крахмала в течение          12-24 часов для глубокого проникновения кислоты внутрь зерна крахмала, подсушивание и декстринизацию  крахмала в декстринизаторе периодического действия при температуре нагревания крахмала 110-180°С в течение двух  часов, охлаждение декстрина, увлажнение, просеивание и упаковку. Клеящая способность (прочность отслаивания склеенной тканевой полоски шириной 50 мм и длиной 200 мм) для кукурузного декстрина составляет 1,5 кг, для картофельного декстрина – 3 кг, время схватывания клея 10 мин. Продолжительность технологического цикла 14,5-26,5 часов [Общая технология сахара и сахаристых веществ. М.: Пищевая промышленность, 1979. – С. 389-394]. Срок хранения декстрина 1год.
К недостаткам этого способа следует отнести высокую  продолжительность технологического цикла, низкий показатель клеящей способности, большой период схватывания клея. Декстриновый клей обладает тиксотропным свойством и при хранении загустевает, превращаясь в густую пасту с образованием прочной пленки на поверхности.  Применение в качестве катализатора летучей соляной кислоты ухудшает условия труда на производстве.
Известен способ производства  декстрина, заключающийся в предварительном введении катализатора алюминиево-калиевых квасцов в 30%-ную крахмальную суспензию в количестве (к сухой массе крахмала) 2,25-3,00% с последующим обезвоживанием, высушиванием смеси крахмала с реагентами при 50°С и просеиванием.  Декстринизацию смеси проводят в декстринизаторе периодического действия при температуре 160-170°С в течение 2-4 часов. Клеящая способность амилопектинового декстрина 6,0-8,2 кг, время схватывания клея 5 мин. Продолжительность технологического цикла 4,5-6,5 часов [Быкова С.Т. и др. Получение бескислотного декстрина из амилопектинового крахмала //Сахарная промышленность. – 1974. –  №5. –  С. 63-66].
Известный способ имеет  следующие недостатки: большая продолжительность технологического цикла, повышенный  расход реагента, т.к. 66% реагента от общего  количества, введенного в суспензию, удаляется в канализацию при обезвоживании крахмальной суспензии, большой расход тепла и электроэнергии. Большой период схватывания клея к клеящим поверхностям. Срок хранения декстринового клея 5 дней.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения декстрина, предусматривающий введение 1%-ного раствора алюминиево-калиевых квасцов при непрерывном перемешивании в нативный крахмал. Расход квасцов (к сухой массе крахмала) составляет 0,75%. Декстринизацию подсушенной смеси проводят при температуре 140-180°С.  Продолжительность декстринизации крахмала для достижения максимальной растворимости составляет 2,0-4,0 часа. Клеящая способность декстринового клея 7,3-8,0 кг, время схватывания клея 5 мин. Продолжительность технологического цикла 3,0-4,5 часа.
Срок хранения декстринового клея 5 дней.  Срок хранения декстрина  1 год [Соломина Л.С., Трегубов Н. Н. Влияние температуры и продолжительности декстринизации на свойства кукурузного квасцового декстрина //Сахарная промышленность. 1980.  №1. С. 51-53]. Недостатки данного способа: повышенная продолжительность технологического цикла, большой период схватывания клея с клеящими поверхностями, короткий срок хранения декстринового клея.
Проблема заключается в оптимизации технологического процесса, в ускорении процесса производства, снижении себестоимости, повышении качества и срока хранения декстрина и декстринового клея за счет эффективного проведения деструкции и эфирообразования полисахаридов крахмала, снижения периода схватывания клея, расхода и расширения ассортимента декстринов.
Проблема решается следующим образом: в исходный нативный крахмал перед термической обработкой вводят раствор, содержащий деструктирующий реагент  алюминиево-калиевые квасцы и дополнительно деструктирующий и эфирообразующщй реагент двухосновную органическую адипиновую кислоту. Термическую обработку смеси «крахмал - раствор реагентов» с массовой долей влаги 30,0-35,0% проводят в два этапа. На первом этапе для повышения выхода декстрина и его качества и наименьшего образования декстриновой крупки смесь крахмала с реагентами подсушивают, например, на пневматической сушилке при температуре воздуха 140-145°С до содержания массовой доли влаги в смеси 2,5-3,0%. На втором этапе для интенсификации процессов деполимеризации полисахаридов крахмала и этерификации (образования эфиров крахмала в результате взаимодействия адипиновой кислотой с  расщепленными молекулами полисахаридов)   термическую обработку подсушенной смеси проводят при температуре 150-170°С в течение 60-120 мин., например, в декстринизаторе периодического действия с паровым или электрическим обогревом для получения декстрина с заданными  свойствами. Готовый продукт охлаждают до температуры 40-50°С, просеивают через сито с отверстиями 0,1×0,1 мм и фасуют.
По предлагаемому способу получают декстрины,  содержащие водорастворимые  деструктированные полисахариды крахмала, включая эфирные соединения полисахаридов крахмала с адипиновой кислотой.
Способ получения декстрина заключается в следующем: в крахмал товарной влажности 13 – 20% добавляют при непрерывном перемешивании в смесителе раствор реагентов для получения смеси с массовой долей влаги 30,0-35,0% и содержащей (к сухой массе крахмала) 0, 25 - 1,00 % алюминиево-калиевых квасцов и 0,50 – 1,00 % адипиновой кислоты, затем проводят подсушивание смеси крахмала с реагентами до содержания массовой доли влаги в смеси 2,5-3,0%,  декстринизацию и этерификацию крахмала с реагентами при температуре 150-170°С, охлаждют, просеивают и упаковывают.
Продолжительность технологического цикла составляет 1,5-2,5 часа.
Подсушивание смеси крахмала с реагентами осуществляют, например, на пневматической сушилке при температуре воздуха 140-145°С до содержания массовой доли влаги в смеси 2,5-3,0%. Декстринизацию и этерификацию крахмала с реагентами проводят, например, в декстринизаторе периодического действия с электрическим или паровым обогревом при температуре 150-170°С и частоте вращения мешалки 45-75 об/мин в течение 60-120 мин  до получения декстрина с заданными свойствами. Полученный  в результате термической обработки декстрин, содержащий 98,0-99,3% сухих веществ деструктурированных полисахаридов крахмала, включая эфирные соединения полисахаридов крахмала с адипиновой кислотой и 0,7-2,0% воды, охлаждают, просеивают, обеспечивая получение частиц, полностью проходящих через сито с отверстиями 0,1×0,1 мм и упаковывают. В качестве основного сырья используют картофельный или кукурузный, или тритикалевый, или пшеничный крахмал, или их смеси.
Высокая температура в декстринизаторе и присутствие двух реагентов: алюминиево-калиевых квасцов и  двухосновной органической адипиновой кислоты позволяют не только разрушить структуру зерен крахмала и деполимеризовать полисахаридные молекулы крахмала, но и обеспечить образование в крахмале новых связей и продуктов с новой структурой – эфирных соединений крахмала, включающих соединения адипиновой кислоты с расщепленными полисахаридами крахмала.
Появление эфирных связей в декстрине в значительной степени улучшает его качество. Такой продукт имеет повышенную вязкость клея, высокую устойчивость клея при повышенной кислотности, перемешивании и перекачивании клея насосом.  Декстрин хорошо растворяется в холодной, теплой и горячей воде, а водные растворы его имеют вязкокапельную, не тянущуюся консистенцию. Декстриновый клей имеет высокую прочность склеивания   и является быстросхватывающим и стабильным при хранении в течение длительного  времени, не расслаивается и не загустевает. Термохимический метод обработки крахмала в присутствии квасцов и адипиновой кислоты позволяет  сократить продолжительность декстринизации. Срок хранения сухого порошкообразного декстрина в помещении при относительной влажности воздуха 65 - 70% 3 года. Для эффективного проведения деструкции полисахаридов и этерификации вводят алюминиево-калиевые квасцы в количестве 0,25-1,00% и адипиновую кислоту в количестве 0,5-1,0% к массе сухих веществ крахмала.
Расход алюминиево-калиевых квасцов менее 0, 25% к сухой массе крахмала не обеспечивает требуемого расщепления полисахаридных молекул крахмала. Декстрин, полученный при указанном расходе реагента, имеет более темную окраску, низкую растворимость в холодной воде и  большую продолжительность декстринизации. Расходы алюминиево-калиевых квасцов более 1,00 % к сухой массе крахмала приводят к повышению кислотности декстрина и снижению клеящей способности декстринового клея.
Низкие расходы адипиновой кислоты (менее 0,5% к сухой массе крахмала) существенно повышают продолжительность декстринизации, незначительно увеличивая при этом  вязкость декстринового клея. Декстриновые клеи  менее устойчивы при хранении из-за недостаточно прочной структуры.
Введение адипиновой кислоты в большем количестве (более 1,00% к массе сухого крахмала) приводит к повышенному расходу реагента без  изменения вязкости клея и прочности склеивания.
Использование других органических кислот приводит к удорожанию декстрина и не обеспечивает получение декстринового клея с однородной консистенцией и устойчивостью клея к тиксотропии при длительном хранении.
Совместное применение двух реагентов: квасцов и адипиновой кислоты позволяет гибко управлять процессами деполимеризации и этерификации полисахаридов и получать белые, палевые и желтые декстрины с разной  степенью растворимости в холодной воде, повышенной вязкостью водного раствора клея, высокой прочностью склеивания и устойчивостью декстринового клея при длительном хранении.
Использование предлагаемого способа получения декстрина обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: ускорение процесса декстринизации, снижение себестоимости декстрина за счет интенсификации производства и возможности использования дешевого сырья (кукурузного, пшеничного и тритикалевого крахмалов), получение декстринового клея с однородной вязкокапельной консистенцией, повышенной вязкостью, прочностью склеивания и устойчивостью декстриновых клеев при длительном хранении.
Пример 1. Прототип. В  кукурузный крахмал  с массовой долей влаги 13% при перемешивании вводят раствор реагента для получения смеси с массовой долей влаги 30,0% и содержанием (к массе сухих веществ крахмала) 0,75% алюминиево-калиевых квасцов, подсушивают при температуре 140°С до получения смеси с массовой долей влаги 3%. Декстринизацию смеси проводят в декстринизаторе при температуре 160°С. Готовый продукт охлаждают и просеивают. Продолжительность технологического цикла для достижения декстрином максимальной растворимости (100%) в холодной воде составляет 4,5 часа.
Кукурузный декстрин имеет желтый цвет, степень растворимости в холодной воде 100%,  массовую долю влаги 0,6%, динамическую вязкость 10%-ного клейстера 20  мПа⋅с. Прочность расслаивания двух полосок шириной 50 мм и длиной 200 мм, склеенных декстриновым клеем 50%-ной концентрации составляет 6,3 кг. Время схватывания клея 5 мин. Срок хранения декстринового клея 5 дней.
Пример 2. В  кукурузный крахмал  с массовой долей влаги 13% при перемешивании вводят раствор реагентов для получения смеси с массовой долей влаги 30% и содержанием (к массе сухих веществ крахмала) 0,75% алюминиево-калиевых квасцов и 0,50% адипиновой кислоты. Смесь подсушивают при температуре 140°С до содержания массовой доли влаги 3,0%. Декстринизацию и этерификацию крахмала проводят при температуре смеси 160°С. Готовый продукт охлаждают и просеивают. Продолжительность технологического цикла составляет  2,5 часа.
Кукурузный декстрин имеет палевый цвет, степень растворимости в холодной воде 100%,  массовую долю влаги 1,0%, динамическую вязкость 10%-ного клейстера 51 мПа⋅с. Прочность расслаивания двух полосок шириной 50 мм и длиной 200 мм, склеенными декстриновым клеем 50%-ной концентрации составляет 8,7 кг. Время схватывания клея 40 с. Клей стабилен при хранении в течение 60 дней.
о
Пример 3. В  кукурузный  крахмал  с массовой долей влаги 13% при перемешивании вводят раствор реагентов для получения смеси с массовой долей влаги 30% и содержанием (к массе сухих веществ крахмала) 1,0 % алюминиево-калиевых квасцов и 0,5% адипиновой кислоты. Смесь подсушивают при температуре 145С до массовой доли влаги 2,5%. Декстринизацию и этерификацию крахмала проводят при температуре смеси 165°С. Готовый продукт, охлаждают и просеивают. Продолжительность технологического цикла составляет 1,5 часа.
Кукурузный декстрин имеет белый цвет, степень растворимости в холодной воде 60%,  массовую долю влаги 1,7%, динамическую вязкость 10%-ного клейстера 87 мПа⋅с. Прочность расслаивания двух полосок шириной 50 мм и длиной 150 мм, склеенных декстриновым клеем 50%-ной концентрации составляет 9,3 кг. Время схватывания клея 40 с. Клей стабилен при хранении в течение 60 дней.
Пример 4. В  пшеничный  крахмал  с массовой долей влаги 15% при перемешивании вводят раствор реагентов для получения смеси с массовой долей влаги 30% и содержанием (к массе сухих веществ крахмала) 0,5% алюминиево-калиевых квасцов и 1,0% адипиновой кислоты. Смесь подсушивают при температуре 140°С до массовой доли влаги 3%. Декстринизацию и этерификацию крахмала проводят при температуре смеси 170°С. Готовый продукт охлаждают и просеивают. Продолжительность технологического цикла составляет  2,0 часа.
Пшеничный декстрин имеет желтый цвет, степень растворимости в холодной воде 100%,  массовую долю влаги 0,9%, динамическую вязкость 10%-ного клейстера 48 мПа⋅с. Прочность расслаивания двух полосок шириной 50 мм и длиной 150 мм, склеенных декстриновым клеем 50%-ной концентрации составляет 8,7 кг.  Время схватывания клея 40 с. Клей стабилен при хранении в течение 60 дней.
Пример 5. В  тритикалевый крахмал  с массовой долей влаги 14,5% при перемешивании вводят раствор реагентов для получения смеси с массовой долей влаги 30% и содержанием (к массе сухих веществ крахмала) 0,75 % алюминиево-калиевых квасцов и 1,0% адипиновой кислоты. Смесь подсушивают при температуре 140°С до содержания массовой доли влаги 3%. Декстринизацию и этерификацию крахмала проводят при температуре смеси 170°С. Готовый продукт охлаждают и просеивают. Продолжительность технологического цикла составляет 2,0 часа.
Тритикалевый декстрин имеет белый цвет, степень растворимости в холодной воде 75%,  массовую долю влаги 1,3%, динамическую вязкость 10%-ного клейстера 68 мПа⋅с. Прочность расслаивания двух тканевых полосок шириной 50 мм и длиной 200 мм, склеенными декстриновым клеем 50%-ной концентрации составляет 8,9 кг. Время схватывания клея 40 с. Клей стабилен при хранении в течение 60 дней.
Пример 6. В картофельный  крахмал  с массовой долей влаги 20% при перемешивании вводят раствор реагентов для получения смеси с массовой долей влаги 35% и содержанием (к массе сухих веществ крахмала) 1,0% алюминиево-калиевых квасцов и 0,50 % адипиновой кислоты. Смесь подсушивают при температуре 145°С до массовой доли влаги 3%. Декстринизацию и этерификацию крахмала проводят в декстринизаторе при температуре смеси 165°С. Готовый продукт охлаждают и просеивают. Продолжительность технологического цикла составляет  2,0 часа.
Картофельный декстрин имеет белый цвет, степень растворимости в холодной воде 78%,  массовую долю влаги 1,1%, динамическую вязкость 10%-ного клейстера 110 мПа⋅с. Прочность расслаивания тканевой полоски шириной 50 мм и длиной 150 мм, склеенной декстриновым клеем 50%-ной концентрации составляет 8,7 кг.  Время схватывания клея 40 с. Клей стабилен при хранении в течение 60 дней.
Из приведенных примеров видно, что комплексное применение алюминиево-калиевых квасцов и адипиновой кислоты позволяет получать декстрины лучшего качества и быстросхватывающие декстриновые клеи с высокой прочностью склеивания и стабильные при длительном хранении, что позволяет снизить удельные расходы декстрина у потребителя, расширить ассортимент декстринов и области их применения.
Таким образом, термическая обработка крахмала в присутствии одновременно алюминиево-калиевых квасцов и адипиновой кислоты позволяет существенно ускорить процесс, тем самым сократить продолжительность производственного цикла при получении декстрина с максимальной растворимостью в холодной воде 100% по сравнению с прототипом с 4,5 до 2,5 часов. Повысить динамическую вязкость клейстера с 20 до 51 мПа⋅с. Увеличить срок хранения декстрина с 1-го года до 3 лет, декстринового клея с 5 до 60 дней. Снизить продолжительность схватывания клея с клеящими поверхностями с 300 до 40 секунд. Повысить прочность расслаивания склеенной тканевой полоски с 6,3 до 8,7 кг.