文物黏結(jié)常用幾種淀粉糊化性質(zhì)和剝離強度研究

武望婷

【摘要】本文以玉米淀粉、紅薯淀粉和土豆淀粉為對象，對其粘性與糊化性質(zhì)和陳化時間因素的變化進行分析。結(jié)果表明：由糊化性質(zhì)知玉米淀粉的糊化溫度最高，土豆淀粉和紅薯淀粉相當(dāng)。達到峰值所需時間差異也很大，土豆淀粉、紅薯淀粉和玉米淀粉到達峰值所需時間依次增大；測試了陳化時間對成糊淀粉黏結(jié)力的影響，從分子結(jié)構(gòu)的角度解釋了糊化淀粉降解的機理，為科技數(shù)據(jù)提供理論依據(jù)。以上工作在驗證傳統(tǒng)經(jīng)驗的同時也給書畫裝裱提供了理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】糊化淀粉；粘度；剝離強度

書畫裝裱是一門傳統(tǒng)技藝，裱件的質(zhì)量如何，很大程度上取決于漿糊的運用，《裝潢志》中說：“裱之于糊，猶墨之于膠。墨以膠成，裱以糊就。”人們關(guān)注怎樣使裱件既粘合牢固又柔軟平整，且能防蟲、防霉。裱畫所使用的漿糊與生活中常用的一般漿糊不同，其是整個裝裱工藝中的主要粘合劑，要求漿質(zhì)白凈、粘合力強，濃稀可調(diào)而粘性不減、不懈，能夠長時間地存放而不變性。所以，裱畫用的漿糊，其制漿技法與一般的漿糊制法相比要嚴(yán)格細(xì)致得多，其中關(guān)鍵在于把握漿糊的用料純度和制作的程序要領(lǐng)。在傳統(tǒng)裝裱中，師傅憑傳授和經(jīng)驗都是以小麥面粉和淀粉為原料打制漿糊，我國兩者的使用主要分南北方，北方以淀粉為主，南方以面粉為主。國內(nèi)外學(xué)者對此也做了大量研究，所使用的原料都是小麥淀粉，迄今沒有對別的淀粉糊做過研究。其他雜糧淀粉包括玉米淀粉、紅薯淀粉、土豆淀粉糊化后直觀可以看到和小麥淀粉的相似，但其成本低，若能替代效果更好。本文以玉米淀粉、紅薯淀粉和土豆淀粉為對象，對其粘性與糊化性質(zhì)和陳化時間等因素的變化進行對比分析研究。

1.實驗儀器與材料

Super4型快速黏度分析儀（澳大利亞Newport Scientific），TA-XT-Plus型物性儀（英國SMS公司），土豆淀粉（呼和浩特華歐淀粉制品有限公司）、紅薯淀粉、玉米淀粉。

2.實驗方法

各種淀粉糊化特征曲線的測定和漿糊的制作：

淀粉水分測定方法見文獻，采用快速粘度計（RVA）測定不同條件下淀粉的糊化特征。

按照水分測定結(jié)果，準(zhǔn)確稱取一定量樣品，配制成濃度為2g/25.0mL，用旋轉(zhuǎn)槳充分?jǐn)嚢韬笾糜赗VA樣品臺上，標(biāo)準(zhǔn)條件下最初10s以960r/min攪拌形成均勻懸濁液后，保持160r/min轉(zhuǎn)速至實驗結(jié)束。RVA初始溫度50℃保持1min，再以12℃/min提高到糊化溫度95℃，糊化攪拌時間保持4min，再以12℃/min降到50℃即可。

將上述制好的漿糊分別陳化1d，5d，10d和15d后，作為原料制作裱件，為測試粘度做準(zhǔn)備。

3.結(jié)果與討論

3.1 不同淀粉糊化曲線特征差異

土豆淀粉、紅薯淀粉和玉米淀粉在糊化過程中粘度分別經(jīng)歷了三個過程——升高、崩解和回生，三種淀粉的RVA曲線如圖1所示，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。由圖可知，不同淀粉的RVA曲線明顯不同。就糊化特性而言，玉米淀粉的糊化溫度最高（74.0℃），土豆淀粉和紅薯淀粉相當(dāng)（69.40℃）。達到峰值所需時間差異很大，土豆淀粉（4.07min）、紅薯淀粉（4.60min）和玉米淀粉（5.73min）到達峰值所需時間依次增大，這與pasting temp的定義有關(guān)。pasting temp反映的是規(guī)定時間間隔內(nèi)粘度的變化幅度大于某一設(shè)定值時的溫度，本實驗設(shè)定在2s內(nèi)粘度變化大于4cp時的溫度為pastmg temp，對于糊化相對較慢的淀粉，peak tims長，pasnng temp會出現(xiàn)偏高。糊化速度的快慢與淀粉分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。回生值setback玉米淀粉最小175cp，土豆淀粉和紅薯淀粉的消減值相當(dāng)550～600cp。土豆淀粉和紅薯淀粉相對玉米淀粉糊化冷卻后更易形成凝膠，回生的程度大。

3.2 不同淀粉陳化相同時間對剝離強度的影響

同一條件下用三種淀粉制作的漿糊靜置不同時間后做成裱件，在物性儀上做1800剝離試驗，測試不同漿糊的剝離強度即粘附性。圖2是新制作未陳化的三種淀粉糊剝離強度曲線，玉米淀粉糊的剝離強度值最大，土豆淀粉糊和紅薯淀粉糊的值相當(dāng)，低于玉米淀粉糊。圖3是土豆淀粉陳化不同時間后的剝離強度，剝離強度值的波動在誤差允許的范圍內(nèi)，隨著陳化時間的增加，剝離強度臺階值呈現(xiàn)下降趨勢。將三種淀粉糊剝離強度實驗結(jié)果值統(tǒng)計作圖，如圖4所示。從曲線的趨勢看，剝離強度隨陳化時間增加出現(xiàn)降低趨勢，紅薯淀粉和玉米淀粉制成的漿糊隨時間剝離強度下降趨勢基本一致，即放置5d時強度下降最快，5～15d下降趨勢變緩，土豆淀粉制成的漿糊隨放置時間增加剝離強度穩(wěn)步下降。土豆淀粉和紅薯淀粉制成的漿糊剝離強度值相近，而玉米淀粉的值稍高，這與不同淀粉的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。

3.3 淀粉結(jié)構(gòu)對糊化和剝離強度的影響

各種淀粉均為微小的顆粒，由淀粉分子組成，每個淀粉分子均為由脫水葡萄糖單元構(gòu)成的大分子多聚物，但有兩種不同的類型：直鏈淀粉和支鏈淀粉。玉米淀粉中含有2/3支鏈淀粉和1/3直鏈淀粉，土豆淀粉和紅薯淀粉中分別含有4/5支鏈淀粉和1/5直鏈淀粉，支鏈淀粉含量越高粘性越強，以此可以解釋玉米淀粉制成漿糊的剝離強度大于土豆淀粉和紅薯淀粉。由RVA曲線還可知，支鏈淀粉含量越高-糊化溫度越高，達到峰值粘度的時間也增加。直鏈淀粉結(jié)構(gòu)基本上是線形的，由α-D-葡萄糖通過α-D-1，4糖苷鍵連接而成，多聚化程度比較低，分子量為104～105u，相當(dāng)于250～300個葡萄糖殘基。實踐證明，直鏈淀粉不是完全伸直的，通常卷曲成螺旋形（分子結(jié)構(gòu)見圖5），每一轉(zhuǎn)有6個葡萄糖殘基，溶于熱水，被水解時產(chǎn)生大量麥芽糖。支鏈淀粉主鏈?zhǔn)瞧咸烟峭ㄟ^α-1，4糖苷鍵連接而成，支鏈通過α-1，6糖苷鍵與主鏈相連接，為分子量很大的多聚物，其結(jié)構(gòu)有很多分支，多聚化程度比較高，分子量105～106u，相當(dāng)于6000個或更多葡萄糖殘基，每個分支短鏈的長度平均為12～30個葡萄糖殘基（分子結(jié)構(gòu)見圖6）。支鏈淀粉不溶于熱水，水解產(chǎn)物為異麥芽糖等雙糖，并可進一步分解成葡萄糖，各種淀粉制成的漿糊隨陳化時間增加其剝離強度下降，是因為淀粉分子會老化降解。

4.總結(jié)

（1）利用RVA儀研究了玉米淀粉、紅薯淀粉和土豆淀粉的糊化特性。由實驗結(jié)果可知玉米淀粉的糊化溫度最高，土豆淀粉和紅薯淀粉相當(dāng)。達到峰值所需時間差異很大，土豆淀粉、紅薯和玉米淀粉到達峰值所需時間依次增大。

（2）利用物性儀測試了三種成糊淀粉靜置不同時間后對粘接力的影響，總體來看，放置時間越長，糊化淀粉會發(fā)生不同程度的老化，大分子鏈降解，表現(xiàn)為剝離強度減小，粘附性下降。

（3）從分子結(jié)構(gòu)的角度解釋了糊化淀粉降解的機理，為書畫裝裱提供了理論依據(jù)。