CN113423738A - 用于溶解淀粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于溶解淀粉的方法和装置。具体地，本发明涉及通过向至少部分糊化的含水淀粉引入机械力来溶解淀粉的方法。

Description

用于溶解淀粉的方法

技术领域

本发明涉及用于溶解淀粉的方法和装置(arrangement)。

背景技术

淀粉是造纸中众所周知的添加剂，并且最老的干强度剂之一仍然在使用中。淀粉通常用于造纸机的湿端，其中淀粉可以在流浆箱之前的各个位置添加到造纸纤维原料中，以改善纸的干强度、控制除尘和掉毛、或保持和滤水。淀粉在造纸中的其他常见应用包括用于表面施胶组合物，或用作涂料组合物中的粘合剂。淀粉也用于不同的屏障应用中。

用于造纸的典型商业淀粉是干粉，其在用于应用之前必须溶解在水中。干淀粉通常在即将使用之前在施用位点通过蒸煮过程溶解。当干淀粉开始溶解在水中时，单独的淀粉分子彼此分离，这由粘度的降低可以观察到。通常通过喷射蒸煮过程溶解淀粉，其中含水淀粉浆料与蒸汽接触并且在管中发生溶解。在喷射蒸煮过程中的典型温度是约120-130℃，有时最高达140℃。处理时间是约1-2分钟。通常在最大4-6wt.-％的浓度下蒸煮未降解的淀粉。避免140℃以及以上的温度，因为淀粉由于糖苷键的水解而开始显著地热降解。还可以通过在大气压下蒸煮来溶解淀粉，这通常涉及加热到高于90℃并且保持该温度约25分钟。在此，淀粉浓度通常低于喷射蒸煮中的淀粉浓度，经常是约1wt.-％。在淀粉溶解后，通常在计量加入到造纸纤维原料之前将其稀释到低于1％的固体含量，以确保与纤维原料均匀混合。

虽然干粉形式的淀粉产品具有相对良好的保质期，但是一旦干淀粉溶解在水中，应该很快使用它。这是因为在含水环境中，淀粉易受微生物腐败的影响，这不能通过添加杀生物剂来完全解决，因为剩余的微生物酶活性甚至在杀死微生物之后仍可以继续降解淀粉。由于粘度不稳定性，将溶解的淀粉储存在降低的温度下也不是令人满意的解决方案。溶解淀粉的含水组合物易于回生，尤其是在较低温度下。在回生过程中，溶解淀粉被重新组织，淀粉分子重新形成新的结晶复合物，并且结合淀粉的水被释放。在具有低淀粉含量的含水组合物中，回生可以被视为浊度的增加或沉淀物的形成，沉淀物可以沉降到容器的底部。在较高的淀粉含量下，回生甚至可以导致含水组合物胶凝化和固化。如可以理解的，浊度、沉淀和胶凝化的增加是不希望的。虽然浊度或沉淀物的轻微增加并不总是使该组合物完全不可用，但是其效率可能降低并且需要更高的剂量。此外，存在其中甚至少量的沉淀物可以阻断设备或损害关键的最终产物特性的应用。另一方面，固化对组合物的性能和可加工性/可泵送性两者具有不利影响。可以通过本领域已知的各种方法观察和分析淀粉回生。

WO 2013/140046公开了通过加热和/或混合将高阳离子淀粉溶解在聚电解质溶液中的方法。

因此，需要用于适当溶解淀粉的简单且容易的方法，以便使它们能够在工业规模应用中使用。还存在着发展对抵抗回生稳健而无结构的化学改性的淀粉的需求。

发明内容

本公开总体上涉及溶解在纸张(paper)和纸板(board)制造领域中使用的淀粉的方法以及可用于这种方法中的装置。

本发明的第一方面是用于溶解淀粉的方法。根据本发明，所述方法包括以下步骤：

a)提供含水淀粉浆料的进料(进料-1)，该进料具有比该淀粉的糊化温度(起始，on-set)低至少5℃、优选地至少10℃的温度；以及

b)使所述进料(进料-1)与具有至少60℃的温度的含水进料(aqueous feed，水性进料)(进料-2)混合在一起以形成混合进料(进料-3)；以及

c)使所述混合进料(进料-3)经受解胶以调节所述混合进料(进料-3)的粘度。

本发明的第二方面是用于溶解淀粉的装置。根据本发明，所述装置包括

■导管(8)，用于将含水淀粉浆料(进料-1)进料到用于混合进料的导管(10)中；和

■导管(9)，用于将具有升高温度的含水进料(进料-2)进料到导管(10)中；

■导管(10)(用于混合进料)，用于将导管(8)和导管(9)与高剪切解胶器(11)连接，和

■高剪切解胶器(11)，用于调节糊化淀粉的粘度；和

■导管(13)，用于将分散的进料循环回到解胶器(11)或溶解罐(20)或回收分散的淀粉进料。

所描述的实施方式和优点适用于在此所描述的方法和装置两者，即使不总是明确地如此陈述。

附图说明

图1是示出本发明的原理的本发明的示意图。

图2是具有罐的淀粉分散系统的示意图。

图3是具有循环的淀粉分散平台的示意图。

图4是具有热交换循环的淀粉分散平台的示意图。

图5是具有单通道的淀粉分散平台的示意图。

图6是具有串联连接的淀粉分散平台的示意图。

图7是具有罐的淀粉分散系统的示意图。

具体实施方式

现在已经出人意料地发现，当将淀粉浆料与具有升高温度的含水流逐渐混合在一起使淀粉糊化然后经受机械力诸如解胶时，所得混合物是均匀的并且具有典型地低于20000mPas(毫帕斯卡-秒)的粘度，该粘度是在25℃下使用Brookfield LV-DV1粘度计(配备有小样品适配器，并且使用转轴(spindle)31和该设备所允许的最大旋转速度)测量的，从而允许容易地处理和泵送，还具有相对高的淀粉干物质含量。所得糊化淀粉是均匀的并且可以通过使用现有的泵送设备和管道传送，而没有拥堵或堵塞的危险。它还具有改善的回生耐性。

本发明涉及用于溶解淀粉的方法。该方法包括以下步骤：

a)提供含水淀粉浆料的进料(进料-1)，该进料具有低于淀粉的糊化温度(起始)至少5℃、优选地至少10℃的温度；以及

b)使所述进料(进料-1)与具有至少60℃的温度的含水进料(进料-2)混合在一起以形成混合进料(进料-3)；以及

c)使所述混合进料(进料-3)解胶以调节所述混合进料(进料-3)的粘度。

本发明还涉及用于溶解淀粉的方法。该方法包括以下步骤：

a)提供含水淀粉浆料的进料(进料-1)，所述进料具有低于45℃、优选地低于40℃的温度；以及

b)使所述进料(进料-1)与具有至少60℃的温度的含水进料(进料-2)混合在一起以形成混合进料(进料-3)；以及

c)使所述混合进料(进料-3)解胶以调节所述混合进料(进料-3)的粘度。

此处的糊化温度是指使用如在Ji et al.2017,Food hydrocolloids 72；331-337中讨论的差示扫描量热法(DSC)测量的糊化温度。

在这方面，表述“调节粘度”包括增加和降低粘度两者。当溶胀的淀粉颗粒完全溶解时，粘度可以增加。然而，解胶的主要目的是降低粘度，并且由此增强组合物的处理和可泵送性，并且还允许通过引入淀粉进一步富集该组合物。

本方法和装置中的解胶是使用高剪切解胶器或能够引入足够机械力的其他混合设备实现的。高剪切解胶器的操作的特征在于高圆周速度、高剪切速率和高能量耗散。不像通常用于共混材料而基本上不减小粒度的搅拌型低剪切混合器，高剪切解胶器能够使被加工的材料经受高剪切力，并且广泛用于能量密集型过程诸如均化、分散、乳化和研磨。在本方法和装置中可以使用本领域已知的各种高能解胶器。高剪切解胶器可以是例如转子-定子解胶器诸如胶体磨机或Cavitron或Supraton解胶器；转子-转子解胶器诸如Atrex解胶器；摩擦研磨机诸如Masuko supermasscolloider；均化器；或流化器诸如微流化器、大型流化器或流化器型均化器或任何类型的研磨设备诸如珠磨机。在一些设备中，使用特定介质(诸如珠磨机中的珠)将机械能转移至淀粉。优选地，高剪切解胶器是转子-定子解胶器或转子-转子解胶器。对于待处理的1吨混合进料，高剪切解胶器可以具有5至150kWh的功率输出。

在步骤b)中，将进料-1和进料-2混合在一起以形成混合进料，此后该进料通过导管引导至解胶器以允许所述进料的受控的接触体积和有效的热传递。这可以通过控制流速和导管的双侧组件来执行。也可以使用静态混合元件或动态混合器。混合进料(进料3)中的淀粉颗粒至少部分由于升高温度而糊化。因此，用于进料-3的导管可被称为糊化区。在所述区内，混合进料的粘度在进料到达解胶步骤之前急剧增加。

在一个实施方式中，将进入解胶步骤的混合进料(进料-3)部分糊化。在一个实施方式中，进入解胶步骤的混合进料(进料-3)部分溶解。

含水进料，进料-2，可以是液体、水或蒸汽。进料-2可以被加压。它还可以含有对热不敏感的添加剂。它还可以是淀粉水溶液，可以可选地在加热的溶解罐或通过例如热交换器加热之后将其循环回到解胶步骤。在另一个实施方式中，进料2可以是热水。

含水淀粉浆料中的淀粉可以包含任何类型的淀粉。它可以以颗粒或粉末形式浆化(混合)或分散到水溶液中。在一个实施方式中，含水淀粉浆料包含具有1至100μm、典型地2至30μm的重均粒度的淀粉。淀粉源对天然粒度、支链淀粉含量和例如糊化特性有影响。

在一个实施方式中，淀粉浆料(项目a)的温度低于45℃。在一个实施方式中，提供具有低于35℃或甚至低于30℃的温度的含水淀粉浆料的进料(进料-1)(项目a)，并且将其与具有升高温度的含水进料(进料-2)(项目b)混合在一起。

在一个实施方式中，淀粉是未降解的淀粉。在这方面，表述“未降解的淀粉”是指淀粉分子未通过化学反应(酸水解或氧化)、酶水解或热降解有意降解。此处描述的方法还适用于未降解的高分子量淀粉，该淀粉难以溶解并且在某些纸张和纸板应用中是有利的。

在一个实施方式中，溶解的未降解的淀粉(在此所述的溶解)的含水组合物包含至少12wt.-％的淀粉干重。应当理解，分散和溶解将引起组合物中淀粉的一些机械降解。在一个实施方式中，组合物包含12至30重量％的溶解的阳离子淀粉。在一个实施方式中，该淀粉的含水淀粉组合物包含按干重计至少12wt.-％、14wt.-％、16wt.-％或18wt.-％的淀粉。在一个实施方式中，含水淀粉组合物包含按干重计小于30wt.-％、28wt.-％、26wt.-％、24wt.-％或22wt.-％的淀粉。在一个实施方式中，含水淀粉组合物包含按干重计20wt.-％至24wt.-％或20wt.-％至22wt.-％的淀粉。高含量的干物质在运输和储存中是有益的。使用机械解胶可能难以溶解低浓度的颗粒淀粉。本发明的含水淀粉组合物在使用之前可以在现场稀释至所希望的最终浓度。在一个实施方式中，组合物具有1000至12000mPas、或2000至10000mPas的粘度，如在25℃下使用配备有小样品适配器的Brookfield LV-DV1粘度计并且使用转轴31和该设备所允许的最大旋转速度测量的。在一个实施方式中，溶解的淀粉的含水组合物具有2000至8000mPas的初始粘度。这种粘度使得容易处理，但是该组合物的水含量仍然是低的。高干物质含量和低水含量允许较低的运输和储存体积并增强造纸机的运转性能和最终产品如包含该组合物的纸张或纸板的排出。

在此描述的溶解淀粉的含水组合物的粘度对于具有20至22wt.-％的淀粉干重的组合物可以是3000至6000mPas或对于22至25wt.-％的淀粉干物质可以是6000至10000mPas，并且对于具有约30wt.-％的淀粉干重的组合物可以是甚至高达12000mPas。粘度影响组合物的处理和例如可泵送性。

本发明组合物的粘度在宽温度范围内具有增强的稳定性，这对于在室外容器中运输和储存的工业产品尤其有益，并因此暴露于各种温度，甚至暴露于巨大的温度变化。

在一个实施方式中，淀粉(待溶解的)是高支链淀粉(amylopectin starch)，优选蜡质淀粉。在一个实施方式中，该淀粉是具有至少90％支链淀粉的高支链淀粉。支链淀粉在储存过程中改善溶解的淀粉的稳定性并且由于它的高分子量而在纸张和纸板制造应用中是有利的。

在一个实施方式中，淀粉降解。使用在此描述的方法，可以产生具有高淀粉含量并且没有不必要的水的淀粉溶解物，并且因此更容易排出包含所述组合物的纤维产品。

在一个实施方式中，淀粉是具有以下取代度的阳离子淀粉(DS，表示淀粉中平均阴离子/阳离子基团的数目/葡萄糖单位)：DS>0.01、DS>0.03、DS>0.045，诸如0.015至0.2，诸如0.045至0.15。阳离子淀粉可以方便地用于纸张和纸板制造应用中。

在一个实施方式中，含水淀粉浆料，即进料-1，具有1-44wt.-％的淀粉、优选地6至40wt.-％的淀粉的淀粉含量(以所述含水分散体中的干淀粉计算)。实践中，生产干物质含量高于淀粉干物质的44wt.-％的颗粒状未降解淀粉的浆料是非常困难或不可能的。在另一个实施方式中，含水淀粉浆料，即进料-1，具有高达50wt.-％淀粉的淀粉含量。

溶解的含水淀粉组合物的高淀粉含量是有益的，尤其是当需要运输该组合物时。在此类情况下，在用于生产此类溶解的组合物的方法中使用的淀粉浆料还应具有高淀粉干物质含量。在此类实施方式中，待糊化和溶解(使用高剪切解胶)的淀粉浆料的浓度还应尽可能高，诸如20至42wt.-％或30至40wt.-％。

例如在用于湿最终用途的溶解的淀粉组合物的现场生产中，浆料的淀粉含量可以较低。在一个实施方式中，用于现场生产的含水淀粉浆料，即进料1，具有1至40wt.-％、1至30wt.-％、18至40wt.-％、25至40wt.-％、2至20wt.-％或2.5至15wt.-％的淀粉的淀粉含量(以所述含水浆料中的干淀粉计算)。

如果需要将另外的聚合物与淀粉一起溶解，则可能需要减少浆料以及因此所得的溶解的淀粉组合物中的淀粉干物质。可以向干淀粉、淀粉浆料或溶解的淀粉中添加其他组分。可能的另外组分可以是例如其他多糖、聚乙烯醇(PVA)、乙烯基聚合物、稳定剂、聚环氧乙烷(PEO)、脲、稳定剂、聚胺(作为固定剂)、颜料或杀生物剂或那些的任何组合。

在一个实施方式中，源自未降解的淀粉的溶解的淀粉组合物包含1至30wt.-％的淀粉(干重)。在一个实施方式中，分散的淀粉组合物包含6至28wt.-％的淀粉(干重)，更优选地12至27wt.-％。

使用机械解胶可能难以溶解低浓度的颗粒淀粉。本发明的含水淀粉组合物在使用前可以在现场稀释至所希望的最终浓度。当将低阳离子淀粉(具有1.0meq/g或更小的电荷密度)的淀粉颗粒在可选地包含添加剂或其他聚合物的冷含水系统中混合时，粘度保持低并且恒定，直到达到所述淀粉的糊化温度(糊化的起始温度)。当在所述淀粉类型的起始温度(T_o)下开始浆化淀粉的糊化时，粘度急剧增加。温度的进一步增加(高于T_峰)将降低粘度，而且还增加水解。

在一个实施方式中，含水进料(进料-2)的温度足以使混合进料(进料-3)的温度升高至或高于含水淀粉浆料的进料(进料-1)的淀粉的糊化峰值温度(T_峰)，优选地高于75℃、更优选地高于80℃、还更优选地高于℃以及最优选地高于90℃。

淀粉的糊化温度在本领域内是已知的(Fredriksson et al.1998Carbohydratepolymers 35,119-134)，并且还可以由本领域技术人员容易地测量。糯马铃薯的淀粉糊化温度范围是约62℃至约85℃，糯玉米的淀粉糊化温度范围是约64℃至约95℃。对于豌豆，该范围是非常宽的，约48至95℃。

含水进料(进料-2)的温度适于该方法中所用淀粉的糊化温度。该进料可以是具有100至140℃诸如120℃的温度的加压含水流。在一些实施方式中，可以使用甚至更高温度的甚至过热的或饱和的蒸汽。应该避免空化以便允许均匀的流动和可泵送性。使用高温允许改变进料-1和进料-2的接触体积，从而保持淀粉含量尽可能高。进料2的温度可以是75至120℃。

用于糊化的起始温度可以是60至140℃；75至140℃；80至99℃。例如，糊精淀粉在约60℃下已经糊化。如本领域已知的，温度取决于淀粉类型。在一个实施方式中，混合进料(进料-3)的温度是75-100℃，优选地85-94℃。

在实施方式中，应当避免淀粉水解，在基本上整个加工时间期间保持淀粉的温度低于99℃是有益的。

含水进料(进料-1)和含水淀粉浆料(进料-2)的接触比可以在1：1至1：50诸如1：5至1：30之间，如以两种进料的总流量(升/小时)测量的。

应注意的是，在具有升高温度的含水进料是热蒸汽的特定情况下，该比值可以是大于1：1，因为目的是使淀粉分散体糊化而不稀释淀粉含量。在一个实施方式中，在步骤b)中使含水淀粉浆料的进料(进料-1)与含水进料(进料-2)混合在一起以形成混合进料(进料-3)以及使所述进料经受解胶之间的时间(在用于混合进料的管道中的停留时间)是0.2至60秒、优选地0.5至40秒、更优选地0.5至30秒、还更优选地0.5至20秒、最优选地1至15秒。在一个实施方式中，在步骤b)中使含水淀粉浆料的进料(进料-1)与含水进料(进料-2)混合在一起以形成混合进料(进料-3)以及使所述进料经受解胶之间的时间是0.5至20秒或0.5至15秒或甚至0.5至10秒。在步骤b)之后，即在步骤c)中使混合进料(进料-3)经受解胶，而没有任何中间的其他步骤。目的是刚好在通过解胶器使淀粉溶解之前将淀粉糊化，但是避免使用能够增加水解的高温或加工时间。

在一个实施方式中，解胶或其他混合是使用在转子的外径处测量的至少25m/s、优选地至少40m/s、更优选地至少50m/s的圆周速度进行的。在一个实施方式中，使用在25至120m/s之间、优选地40至100m/s的圆周速度进行解胶。

在一个实施方式中，对于待处理的1吨混合进料，使用10至150kWh的功率进行解胶或其他混合。在一个实施方式中，使用150至300kWh/1吨干淀粉，诸如约150至230kWh/1吨干淀粉。

在一个实施方式中，使用800至13000的叶片速度进行解胶或其他混合。在一个实施方式中，使用13000rpm或更小、10000rpm或更小、8000rpm或更小、6000rpm或更小或4000rpm或更小的叶片速度进行解胶或其他混合。在一个实施方式中，使用至少1000rpm的叶片速度进行解胶或其他混合。在一个实施方式中，使用1500至4000rpm的叶片速度进行解胶或其他混合。在一个实施方式中，使用2500至8000rpm的叶片速度进行解胶或其他混合。

引入糊化淀粉的机械力降低淀粉的粘度并增加淀粉的水溶性。该力应该足以溶解淀粉而不引起分子链的显著降解或水解或大量能量消耗。本领域技术人员能够优化各进料和设备的参数。所得均质化的溶解淀粉的含水组合物具有改善的质地和软结构。

根据含水浆料(进料-1)的淀粉含量，可能有必要使分散的进料(4)经受两个或更多个另外的解胶步骤。这可以通过将该进料直接循环回到解胶器中，或者首先使其与具有至少60℃的温度的含水进料(进料-2)和/或与含水淀粉浆料混合在一起以及然后通过糊化区到解胶器来布置。更高的干物质(淀粉含量)可能需要更强烈或重复的解胶。在此描述的方法的一个优点是所得组合物不经受无规水解并且所述组合物中的低聚物份额低。低聚物在强度应用中是不希望的。此外，低聚物是用于不希望的微生物生长的碳源。

在用于具有24wt.-％最终淀粉含量(淀粉干物质)的溶解的未降解高支链淀粉的含水组合物的一个非限制性全规模生产实验中，使用具有70kW发动机功率的Cavitron作为解胶器。将淀粉浆料的进料与升高温度的含水流的进料混合在一起，并且使其经受如以上说明的解胶步骤。将浆料的进料以垂直角度引入具有升高温度的含水进料中以确保足够的质量和热传递。使用平均65kW输出的恒定功率用于解胶，而在开始时旋转速度是40Hz，然后在增加粘度过程中降低到35Hz。开始时的进料速率是每小时18吨混合的糊化进料，并在该过程中降低至12.4吨/小时。加工时间是8小时。使该组合物经受解胶若干次。

在一个实施方式中，需要约150至300kWh/1吨诸如约150至230kWh/1吨干淀粉来将未降解的高支链淀粉溶解为具有20wt.-％至26wt.-％淀粉(干物质)的均匀溶解的组合物。

可以将1吨干淀粉约65kWh的能量应用用于溶解降解的淀粉或更稀的组合物，这不需要重复的解胶步骤。

在一个实施方式中，含水淀粉浆料的进料(进料-1)是从浆料罐得到的。在一个实施方式中，含水淀粉浆料的进料(进料-1)通过用水连续将淀粉颗粒浆化而形成。任何种类的流动混合装置都可以用于连续混合并且可选地在将淀粉颗粒引入分散罐中时。

在一个实施方式中，含水进料(进料-2)是从具有60至99℃的温度的溶解罐得到的，并且其中混合进料(进料-3)在解胶之后被循环回到所述罐中。在这样的实施方式中，糊化的或糊化加热的含水淀粉进料经由溶解罐和解胶步骤循环。所述组合物通过在每个解胶步骤之前引入循环中的淀粉浆料来富集。高于99℃的温度可能导致淀粉水解以及溶液的沸腾，并且应该避免该温度。

使从加热的溶解罐开始的含水进料(进料-2)与浆料进料(进料-1)混合在一起以形成糊化混合进料(进料-3)，然后使该糊化混合进料经受解胶并且返回至溶解罐。在解胶步骤之前，将浆料进料和具有升高温度的含水进料混合引发淀粉颗粒的糊化，或甚至将它们糊化。解胶处理调节糊化进料(进料-3)的粘度，然后将其循环回到加热的溶解罐中，并且可以用作现在具有提高的淀粉含量并进一步被来自进料-1的淀粉富集的含水进料(进料-2)。换言之，在该过程期间，将存在至少部分糊化的加热的淀粉水溶液的循环进料，其通过引入所述循环中的淀粉浆料进料(进料-1)富集，使得浆状淀粉颗粒在解胶步骤之前至少部分糊化。

这允许增加所得的溶解淀粉的含水组合物的淀粉含量并且将粘度维持在允许用常规设备泵送该组合物的水平。当整个过程的温度保持在低于99℃时，淀粉水解也被最小化。

在一个实施方式中，混合进料(进料-3)循环通过解胶器一次或数次，例如3至100次，诸如15次，直至引入所需量的淀粉浆料。可以继续循环，直到基本上所有淀粉都溶解。这还允许降低混合的糊化进料的粘度。如本领域已知的，糊化淀粉的峰值粘度高，并且可能在较高浓度下引起可泵送性问题。这个问题可以通过重复的循环步骤以及由此降低粘度来缓解。

本领域技术人员将理解，混合进料(进料-3)循环的次数呈现为整个进料原料的统计平均值，并且不表明进料的整个体积精确地循环所指示的次数。作为非限制性实例，本领域技术人员将理解，当系统中的液体的总体积为100l时，当500l的液体已经通过循环泵时，混合进料已经循环五次。

在一个实施方式中，在将所有淀粉浆料引入所述循环中(通过使浆料与具有升高温度的含水进料混合)之后，经由解胶器继续循环分散的混合进料例如1至4小时。

所得的溶解的淀粉水溶液的粘度是稳定的。溶解的溶液也耐回生。

在一个实施方式中，一部分如50-98vol-％的分散的混合进料返回到解胶器中以进一步改善溶解并将粘度调节至8000mPas或更少。这可以重复一次或多次。

在一个实施方式中，将进料-2(含水进料，其在该过程期间将被淀粉富集)引入至解胶而不将其与淀粉浆料(进料-1)混合在一起。可以重复进行直到达到所希望的粘度。

在一个实施方式中，将解胶后的混合进料(进料-3)与含水淀粉浆料的进料(进料-1)一起循环返回，之后将所述进料与具有至少60℃的温度的含水进料(进料-2)混合在一起以形成混合进料(进料-3)。

在一个实施方式中，将解胶后的混合进料(进料-3)与含水淀粉浆料的进料(进料-1)一起循环返回，而不使所述进料与具有至少60℃的温度的含水进料(进料-2)混合在一起以形成混合进料(进料-3)。

至少部分糊化的淀粉的混合进料(进料-3)可以经由解胶器循环(使用泵)至少2次。在进入解胶器之前，将淀粉浆料(进料-1)和热含水进料(进料-2)引入所述循环，以提高循环进料的淀粉含量，并将进料的温度保持高于所述淀粉类型的特征性糊化点持续足够的时间。

在一个实施方式中，至少部分糊化的淀粉的混合进料(进料-3)通过解胶器循环(使用泵)至少5至15次，而不引入淀粉浆料。

与常规的分批(锅)或喷射蒸煮过程相比，在此描述的技术还能够以每吨淀粉产品更低的热能消耗连续或分批蒸煮淀粉。常规过程中的热能通常使用蒸汽引入，蒸汽进一步形成降低淀粉产物的固体含量的冷凝物。在此描述的技术避免了通过使用蒸汽来降低固体含量。

溶解淀粉的含水组合物

使用在此描述的方法得到的组合物通常在宽的温度范围内具有增强的粘度稳定性，这对于在室外的容器中运输和储存的工业产品是特别有益的，并且因此暴露于不同的温度，并且甚至暴露于巨大的温度变化。

组合物具有增强的抗回生稳定性，通常已知在较低温度下增强该稳定性。这对于包含或暴露于微生物污染(包括活微生物、孢子和/或微生物酶)的含水淀粉产品是特别有益的性质，因为微生物腐败在低温下可以有效地减少或最小化。虽然杀生物剂对于杀死活的或活性的微生物可能是有效的，但它们可能对于例如抵抗由存在于产品中的残留微生物酶引起的腐败是无效的。粘性产品具有额外的挑战，因为通常构建在密闭容器中的冷凝水可能积聚在粘性产品的顶部，并且产生易于微生物生长的层，即使当粘性产品本身包含杀生物剂时。另外，一些杀生物剂可能随时间推移失去其杀生物能力，并且此后例如对于对抗孢子萌发是低效的。对于一些应用，可能希望或甚至要求根本不使用杀生物剂，或仅在有限的程度上使用。因为淀粉来源于天然来源，所以难以在没有一些微生物污染的情况下得到。对于大体积的工业产品，完全灭菌和无菌包装不是可行的选择。由于改善的抗回生的稳定性，本发明溶解淀粉的组合物可以经受更低的温度，这提供了组合物的总体稳定性的巨大改善，由此克服了许多上述挑战和限制。

包含具有高支链淀粉含量的淀粉或蜡质淀粉的组合物对于储存期间溶解的淀粉的粘度稳定性是有益的。具有高支链淀粉含量的含水淀粉组合物具有增强的回生耐性。大分子尺寸改善了淀粉对纤维材料的保留率。

还包含直链淀粉的未降解淀粉(如此处所述溶解)可以用于制备用于湿部应用的组合物，因为其通常不需要储存或运输。组合物的干淀粉含量可以是1-20wt.-％，优选地5-15％的干物质，或1-10wt.-％的淀粉干物质。

源自未降解淀粉的组合物在造纸机和纸板机的湿部应用中的强度应用中是有益的并且在纤维材料上具有良好的保留率。少量的低聚物对于保留率和强度性质是有利的，并且还改善了应用的微生物卫生。

通过本文所述的方法可得到的降解淀粉组合物可以用于表面施胶应用中。淀粉含量可以是例如25-wt％的淀粉干物质。对于用于涂覆的表面胶料，淀粉含量可以是约25wt-％。其他组分可以是疏水施胶剂、木质素磺酸盐、光亮剂、合成聚合物、胶态二氧化硅、粘合剂如苯乙烯丁二烯丙烯酸酯。组合物的较低含水量允许在纸张或纸板制造中使用较高的机器速度。

由本发明方法得到的溶解淀粉的含水组合物，尤其是阳离子淀粉的水溶液，还可以用于乳化和/或稳定疏水内部施胶剂，诸如烯基琥珀酸酐(ASA)、烷基烯酮二聚体AKD和松香施胶剂，然后添加到造纸纤维原料中用于内部施胶。

在使用降解淀粉的涂料应用中，涂料组合物可以具有高达40wt.-％、50wt.-％、60wt.-％或甚至70wt.-％的干物质含量，因为涂料糊剂通常还包含其他组分，诸如矿物颜料、粘合剂、光亮剂、流变改性剂以及还可能的杀生物剂、分散剂、增稠剂和/或着色剂或其任何组合。低含水量的糊剂是有利的。通过在此描述的方法得到的淀粉组合物还可以用于例如食品和/或液体包装材料中的阻挡涂层中。除了溶解的淀粉之外，它们还可以包含粘合剂和其他常规阻隔组分。

在一个实施方式中，通过在此描述的方法制备的组合物进一步包含高达20重量％的一种或多种添加剂如防腐剂、杀生物剂、稳定剂、抗氧化剂、pH调节剂、缓冲剂等。在另一个实施方式中，溶解的淀粉的含水组合物进一步包含高达15wt.-％或高达10wt-％的一种或多种助剂或添加剂如防腐剂、杀生物剂、稳定剂、抗氧化剂、pH调节剂等。此类助剂或添加剂的实例包括通常用作例如稳定剂的聚合物，包括聚乙烯醇(PVA)、脲、聚环氧乙烷(PEO)。PVA可以改善粘度稳定性，脲可以用于调节粘度水平。例如，约15wt.-％的脲干物质在调节含水组合物的粘度和改善其稳定性方面是有效的。含水淀粉组合物可以作为保护性胶体、乳化剂或稳定聚合物用于施胶乳液如ASA、AKD或松香乳液，和/或用于改善内部施胶剂的保留率。

现场制备的典型组合物具有9-39wt.-％、17-39％、24-39％的最终淀粉含量。该组合物的优点是在表面施胶或涂覆之后干度升高、分散的淀粉的渗透性改善。用于湿部应用的组合物可以具有1-10wt.-％如1.3至7wt.-％的淀粉含量。

用于溶解淀粉的装置

本发明还涉及用于溶解淀粉的装置。所述装置包括

■导管(8)，用于将含水淀粉浆料(进料-1)进料到导管(10)；和

■导管(9)，用于将具有升高温度的含水进料(进料-2)进料至导管(10)；

■用于混合进料(进料-3)的导管(10)，混合进料(进料-3)由含水淀粉浆料(进料-1)和具有升高温度的含水进料(进料-2)形成，导管(10)用于将含水淀粉浆料的导管(8)和用于具有升高温度的含水进料的导管(9)与高剪切解胶器(11)连接，和

■高剪切解胶器(11)，用于降低糊化淀粉的粘度；和

■导管(13)，用于将分散的进料循环回到解胶器(11)或溶解罐(20)或收集分散的淀粉进料。

导管(8)和导管(9)可以配备有进料泵。导管(10)连同导管(8)和(9)一起形成混合进料(进料-3)。导管(10)中的混合进料的温度引发所述进料(进料-3)中的淀粉糊化。导管(10)将糊化的/正糊化的混合进料引导至解胶器(11)。在一个实施方式中，导管(13)布置为将分散的进料引导至溶解罐(20)。从所述溶解罐，溶解形成具有升高温度的新的含水进料(进料-2)，并且经由导管(9)将其循环回到解胶器中，并且在解胶之前与导管(8)中的淀粉浆料流混合在一起以便进一步增加淀粉含量。

用于浆料(8)、具有升高温度的含水进料(9)和混合进料(10)的导管布置为确保足够的质量和热传递。这可以通过控制导管的流速和双侧组件来完成。此外，可以使用静态混合元件或动态混合器。在另一个实施方式中，导管(13)布置为将分散的进料循环回到解胶器以调节粘度。

可选地，将用于提供具有升高温度的含水流的导管(9)和/或用于含水淀粉浆料的导管(8)连接到所述导管(13)上。在此类实施方式中，溶解的含水淀粉组合物的淀粉干物质含量可以富集，还无需单独的溶解罐。

在一个实施方式中，导管(13)布置为使分散的进料循环回到解胶器，并且导管(8)(“用于浆料的导管”)和(9)“用于含水进料的导管”以此顺序利用阀门连接到所述循环上。在使用导管而没有溶解罐布置循环的装置中，导管(9)可以配备有用于加热含水进料的加热器如蒸汽加热器或电加热器和用于控制引入导管(10)中的含水进料的阀。

在再一个实施方式中，导管(13)布置为收集分散的含水淀粉组合物。可以收集进料例如用于储存、运输或进一步配制步骤。特别是对于现场应用，可以将分散的进料引到另一个过程如造纸。

在导管(13)布置为收集进料的实施方式中，它可以配备有热交换器(冷却热交换器，17)以便降低进料的温度。这是有益的，因为它减少储罐表面上冷凝水的形成并且还允许将杀生物剂或其他温度敏感的添加剂引入所述进料中。

在一个实施方式中，导管(13)配备有用于将添加剂引入到分散的含水淀粉组合物/溶解的入口和导管。所述导管可以配备有泵和/或阀。

解胶器可以是适合于向糊化淀粉引入足够的机械能的任何混合设备。设备可以是转子-定子或转子-转子型混合器、胶体磨机或珠磨机。商业设备的实例是Cavitron、Supraton和Atrex。

在一个实施方式中，高剪切解胶器(11)具有在转子的外径处测量的至少25m/s、优选地至少40m/s、更优选地至少50m/s的圆周速度。在一个实施方式中，解胶器具有在转子的外径处测量的小于12m/s、优选地小于100m/s的圆周速度。

在一个实施方式中，对于待处理的1吨混合进料，使用10至150kWh的功率进行解胶或其他混合。在一个实施方式中，使用每1吨150kWh至300kWh，诸如每1吨干淀粉约150kWh至230kWh。

在一个实施方式中，解胶或其他混合设备使用800至13000的叶片速度运行。在一个实施方式中，解胶或其他混合设备使用13000rpm或更小、10000rpm或更小、8000rpm或更小、6000rpm或更小或4000rpm或更小的叶片速度运行。在一个实施方式中，解胶或其他混合设备使用至少1000rpm的叶片速度运行。在一个实施方式中，解胶或其他混合设备使用1500rpm至4000rpm的叶片速度运行。在一个实施方式中，使用2500至8 000rpm的叶片速度进行解胶或其他混合。

糊化区即导管(10)的目的在于允许至少部分糊化，然后立即将糊化溶液引导至解胶器。在一个实施方式中，用作所谓的糊化区的用于混合进料的导管(10)的长度适于为进料3中的淀粉提供足够的糊化时间。

用于混合进料的导管(10)(用于进料-3的糊化导管)的长度取决于含水淀粉浆料(进料-1)和加热的含水进料(进料-2)在进入解胶器(作为混合进料-3)之前所需的接触时间。在一个实施方式中，所需的接触时间(以及因此导管(10)的长度)足以使淀粉糊化，并且至少取决于来料导管(8)和(9)中的进料1和进料2的温度、所述进料的接触比和待糊化的淀粉的糊化温度。

本领域技术人员能够修改导管的几何形状使其符合期望的糊化时间。进入解胶器的混合进料应该是至少部分糊化的。重要参数至少是进入导管(10)的进料1和进料2的温度、它们的体积和流速、所希望的糊化温度和导管中的停留时间以及所述导管(10)的几何形状。使用外部热源可以允许更快的流动(更短的导管)。可以通过使用较长的导管和/或通过将加宽的区段引入该导管中延长接触时间，从而降低流速。长的导管以及由此延长的接触时间可以增加导管中的背压。

在一个实施方式中，用作所谓的糊化区的用于混合进料的导管(10)的长度适于将混合进料的温度维持在或高于待溶解糊化的淀粉的糊化温度持续0.2至600秒或0.2至120秒。在一个实施方式中，用作所谓的糊化区的用于混合进料的导管(10)的长度适于将混合进料的温度维持在或高于待溶解糊化的淀粉的糊化温度持续0.5至40秒、优选地0.5至30秒、更优选地0.5至20秒、最优选地1至15秒。

在一个实施方式中，该装置进一步包括：

■浆料罐(5)，连接至导管(8)，用于将淀粉浆料引导到导管(10)(用于混合进料的导管)；和

■溶解罐(20)，连接至导管(9)，用于将含水进料引导至用于混合进料的导管(10)，和

■导管(4)，用于从解胶器(11)接收分散的混合淀粉进料。

用于混合浆料罐22的器件可以是例如简单的可旋转的螺旋桨轴(propellershaft，传动轴)，其中多个螺旋桨沿其长度分布。用于加热的器件可以是夹套加热器。

在一个实施方式中，溶解罐(20)与用于加热所述罐的器件(21)接触。

在一个实施方式中，用于分散的进料的导管(4)布置为将分散的进料循环回到高剪切解胶器(11)中，并且用于淀粉浆料的导管(8)和用于含水进料的导管(9)以此顺序利用阀门连接到所述循环上。

在一个实施方式中，该装置包括：

■高剪切解胶器(11)，用于降低糊化淀粉的粘度；和

■用于含水淀粉浆料的导管(8)；和

■用于具有升高温度的含水进料的导管(23)，和

■用于混合进料的导管(10)，将导管(8)和(23)连接到解胶器(11)，

■导管(13)，连接到解胶器(11)，用于回收分散的淀粉进料。

该实施方式在图5中示出。

参考附图的一些示例性实施方式的描述

附图中所示的特征列表

1.干淀粉储存

2.干淀粉进料设备

3.浆料罐的淀粉入口

4.浆化水

5.浆料罐

6.进料泵入口

7.浆料进料泵

8.用于含水淀粉浆料的导管，“浆料导管”

9.用于具有升高温度的含水进料的导管，“热进料导管”

10.用于混合进料的导管，“糊化导管/区”

11.高剪切解胶器

12.解胶器出口

13.用于分散进料的导管

14.再循环泵(可选的)

15.溶解的淀粉出口

16.用于加热的热交换器

17.用于冷却的热交换器

18.用于化学品的入口(可选的)

19.冷却的淀粉分散体出口

20.溶解罐

21.用于溶解罐的加热器件

22.浆料罐混合器/搅拌器(可选的)

23.用于热水或“热水”的导管

现在参考图1，图1以非限制性实施方式的形式示出了在此描述的方法的原理。将导管(8)中的淀粉浆料(进料-1)和导管(9)中具有升高温度的含水进料(进料-2)混合在一起以在导管(10)中形成混合进料(进料-3)。所述导管可以使用例如Y棒来连接。导管(10)用作所谓的糊化导管/区。在0.2至60秒的接触时间期间，混合进料的温度高于淀粉浆料的糊化点，这导致至少部分淀粉糊化。导管(10)连接至高剪切解胶器(5)，这将调节混合进料(进料-3)的粘度。解胶器连接到导管(13)，这将分散的进料(进料-4)引导至另外的加工步骤或储存。

图2示出了本发明的其他非限制性实施方式。将水进料到溶解罐(20)(“反应器”)中。在一个可选的实施方式中，所述溶解罐(20)配备有用于加热的器件或用于冷却的器件或用于加热和冷却的器件(21)。在图2中，示出了用于加热和冷却的夹套(21)。

用于来自溶解罐(20)的含水进料的导管(9)通向连接用于浆料的导管(9)和导管(8)的“Y棒”(在图2中示出)以形成用于混合进料的导管(10)。所述导管(10)通向高剪切解胶器(5)并且作为导管(13)返回至溶解罐(20)，从而形成循环管线。用于具有升高温度的含水进料的导管(9)可以配备有循环泵(14)。所谓的“循环管线”配备有具有字母“Y”形状的金属管，并且包含两个用于导管(8)和(9)的入口和用于混合进料导管(10)的一个出口。高剪切解胶器(11)在Y形棒之后并在混合进料导管(10)与用于分散进料的导管(13)之间连接在循环管线上。在解胶处理后，导管13返回溶解罐(20)。导管和Y棒可以是隔热的以避免在循环过程中材料的冷却。

在浆料罐(5)中将干淀粉在水中浆化。优选地，所述罐(5)配备有搅拌器/混合器(22)以使淀粉浆化。使用干淀粉进料设备(2)将来自干淀粉储存设备(1)的粉末或颗粒形式的干淀粉进料到浆料罐(5)中。淀粉入口显示为(3)。使用导管(4)将用于使淀粉浆化的水引入到罐(5)中。所述浆化水可以是冷的。

浆料罐(5)配备有用于浆料进料的导管(8)(“输送管线”)，该导管(8)可选地配备有输送泵(7)或“浆料泵”。使用Y棒将所述“浆料导管”(8)连接到(“热水导管”)导管(9)上。应注意，其他类型或组件的连接可能有利于在混合进料内得到足够的热传递和质量传递。淀粉浆料与来自溶解罐的含水进料在Y棒中混合，形成用于混合进料的导管(10)中的混合进料。导管(10)也可以称为糊化导管或糊化区。然后，混合物进入高剪切解胶器(11)。

例如，使用如(21)所示的夹套加热器加热溶解罐(20)中的水。调节解胶器频率逆变器。调节浆料泵(7)的流量并且调节循环泵(14)的流量以控制浆料进料与含水进料的接触比。当导管(8)中的淀粉浆料接触在Y棒中具有升高温度的循环含水流时，淀粉被糊化。在形成的凝胶进入高剪切解胶器(11)之前，混合进料在用于混合进料的导管(10)(所谓的“胶凝化导管”)中的延迟时间可以是0.2至60秒，典型地2至20秒。在解胶处理后，凝胶(糊化的混合进料)的温度是约70℃至85℃。

在图3中呈现了具有循环的淀粉分散平台。在过程开始时，将淀粉储存在干淀粉储存设备(1)中。干淀粉储存设备(1)可以是筒仓状的，它具有允许排空储存的变窄的底部部分。干淀粉通常具有80-90％的干燥度。在一些情况下，可以用具有10-40％的干燥度的浆料代替粉末。用干淀粉进料设备(2)将干淀粉从干淀粉储存设备(1)通过淀粉入口运输至浆料罐(3)。干淀粉进料设备(2)可以是螺杆。干淀粉的体积流量可以例如通过螺杆转速控制。添加浆化水(冷溶解水)(4)以在浆料罐(5)中由干淀粉制备浆料。浆化水(4)温度低于淀粉的糊化温度。通常将浆料制成低于40％的浓度。浆料罐可以是例如锥体或罐。通常，浆料应该在浆料罐(5)中移动以避免淀粉颗粒的沉降。浆料从浆料罐(5)移动到进料泵入口(6)。进料泵(7)将浆料泵送至用于含水淀粉浆料的导管，“浆料导管”(8)。进料泵(7)优选地是螺杆泵，也称为单泵。优选地用进料泵(7)调节浆料导管(8)中的流速以保持过程稳定。将经由用于具有升高温度的含水进料的导管“热进料导管”(9)的热水混合到浆料中以在用于混合进料的导管(10)中开始淀粉的糊化。导管(8)和(9)也可以按其他顺序连接到导管(10)，例如使得首先引入热水，然后引入浆料进料。用于混合进料的导管中的浓度优选地用热水(23)调节至＜28％。热水(23)需要适当地混合至浆料，在混合进料(10)的导管中的停留时间必须足够长并且温度足够高以在解胶器(11)之前促进淀粉的胶凝化。解胶器(11)通过旋转转子和反向板(通常是定子)产生高剪切。分散强度足够高以允许淀粉逐渐溶解并调节其粘度。将解胶器(11)的解胶器出口(12)分开以流到用于分散的进料的导管(13)和溶解的淀粉出口(15)。用于分散的进料的导管(13)通过可选的再循环泵(14)返回用于混合进料的导管(10)。用于分散的进料的导管(13)中的流量可以是例如浆料管(8)的流量的5-25倍。解胶器中的强度和温度增加越高，对再循环流的需求越低。

在图4中呈现了具有热交换的循环的淀粉分散平台。在过程开始时，将淀粉储存在干淀粉储存设备(1)中。干淀粉储存设备(1)可以是筒仓状的，其具有允许排空储存的变窄的底部部分。干淀粉通常具有80-90％的干燥度。在一些情况下，干淀粉可以被具有10-40％的干燥度的浆料代替。用干淀粉进料设备(2)将干淀粉从干淀粉储存设备(1)通过淀粉入口运输至浆料罐(3)。干淀粉进料设备(2)可以是螺杆。干淀粉的体积流量可以例如通过螺杆转速控制。添加浆化水(4)以在浆料罐(5)中由干淀粉制备浆料。浆化水(4)的温度低于淀粉的糊化温度。通常使浆料低于40％的浓度。浆料罐可以是例如锥体或罐。通常，浆料应该在浆料罐(5)中移动以避免淀粉颗粒的沉降。浆料从浆料罐(5)移动到进料泵入口(6)。进料泵(7)将浆料泵送至用于含水淀粉浆料的导管，“浆料导管”(8)。进料泵(7)优选地是螺杆泵，也称为单泵。优选地用进料泵(7)调节浆料导管(8)中的流速以保持过程稳定。将热水(23)与浆料混合以在用于混合进料的导管(10)中开始淀粉的糊化。优选地用热水(23)将用于混合进料的导管中的浓度调节至＜28％。来自“热水导管”(23)的热水需要适当地混合至浆料，在用于混合进料的导管(10)中的停留时间必须足够长并且温度足够高以在解胶器(11)之前促进淀粉的胶凝化。解胶器(11)通过旋转的转子和反向板(通常是定子)产生高剪切。分散强度足够高以允许淀粉逐渐溶解并调节其粘度。将来自解胶器(11)的解胶器出口(12)分开以流到用于分散的进料的导管(13)和溶解的淀粉出口(15)。用于分散的进料的导管(13)通过可选的再循环泵(14)返回用于混合进料的导管(10)。用于分散的进料的导管(13)中的流量可以是例如浆料导管(8)的流量的5-25倍。解胶器中的强度和温度增加越高，对再循环流的需求越低。溶解的淀粉出口(15)连接到冷却热交换器(17)，该冷却热交换器使温度能够冷却，例如低于60℃以进行可选的化学加成(18)。将产品引入冷却的淀粉出口(19)并包装用于运输和/或使其进入造纸过程。

在图5中，呈现了具有单通道的淀粉分散平台。浆料罐(5)包含分散体，该分散体包含淀粉颗粒和温度低于淀粉的糊化温度的水。通常使浆料低于40％的浓度。浆料罐(5)可以是例如锥体或罐。通常，浆料应该在浆料罐(5)中移动以避免淀粉颗粒的沉降。浆料从浆料罐(5)移动到进料泵入口(6)。进料泵(7)将浆料泵送至用于含水淀粉浆料的导管，“浆料导管”(8)。进料泵(7)优选地是螺杆泵，也称为单泵。优选地用进料泵(7)调节浆料导管(8)中的流速以保持过程稳定。将通过热水导管(23)的热水与浆料混合以开始淀粉在用于混合进料的导管(10)中的糊化。优选地用热水将用于混合进料的导管中的浓度调节至＜28％。热水(23)需要适当地混合至浆料，在混合进料的导管(10)中的停留时间必须足够长并且温度足够高以在解胶器(11)之前促进淀粉的胶凝化。解胶器(11)通过旋转的转子和反向板(通常是定子)产生高剪切。分散强度足够高以允许淀粉逐渐溶解并调节其粘度。来自解胶器(11)的解胶器出口(12)将溶解的淀粉引导至溶解的淀粉出口(15)。

在图6中，呈现了具有串联连接的淀粉分散平台。浆料罐(5)包含分散体，该分散体包含淀粉颗粒和温度低于淀粉糊化温度的水。通常使浆料低于40％的浓度。浆料罐(5)可以是例如锥体或罐。通常，浆料应该在浆料罐(5)中移动以避免淀粉颗粒的沉降。浆料从浆料罐(5)移动到进料泵入口(6)。进料泵(7)将浆料泵送至用于含水淀粉浆料的导管，“浆料导管”(8)。进料泵(7)优选地是螺杆泵，也称为单泵。优选地用进料泵(7)调节浆料(8)的流速以保持过程稳定。将来自热水导管(23)的热水与浆料混合，以开始淀粉在用于混合进料的导管(10)中的糊化。优选地用热水(23)将用于混合进料的导管中的浓度调节至＜28％。热水(23)需要适当地混合至浆料，在混合进料的导管(10)中的停留时间必须足够长并且温度足够高以在解胶器(11)之前促进淀粉的胶凝化。解胶器(11)通过旋转的转子和反向板(通常是定子)产生高剪切。分散强度足够高以允许淀粉逐渐溶解并调节其粘度。第一解胶器(11)的解胶器出口(12)连接到第二解胶器(11)。可以有更多的串联连接的解胶器。将来自最后一个解胶器的管线连接到溶解的淀粉出口(15)。

图7示出了具有罐的淀粉分散系统的一个实施方式。在过程开始时，将淀粉储存在干淀粉储存设备(1)中。干淀粉储存设备(1)可以是筒仓状的，具有允许排空储存的变窄的底部部分。淀粉粉末通常具有80-90％的干燥度。在一些情况下，可以用具有10-40％的干燥度的浆料代替粉末。用干淀粉进料设备(2)将粉末从干淀粉储存设备(1)通过淀粉入口输送到浆料罐(3)。干淀粉进料设备(2)可以是螺杆。干淀粉的体积流量可以例如通过螺杆转速控制。添加浆化水(冷溶解水)(4)以在浆料罐(5)中由干淀粉制备浆料。浆化水(4)的温度低于淀粉的糊化温度。通常使浆料低于40％的浓度。浆料罐可以是例如锥体或罐。通常，浆料应该在浆料罐(5)中移动以避免淀粉颗粒的沉降。浆料从浆料罐(5)移动到进料泵入口(6)。浆料进料泵(7)将浆料泵送至用于含水淀粉浆料的导管，“浆料导管”(8)。进料泵(7)优选地是螺杆泵，也称为单泵。优选地用进料泵(7)调节浆料管(8)中的流速以保持过程稳定。将热水(23)与浆料混合以开始淀粉在用于混合进料的导管、“糊化导管/区”或“胶凝化管”(10)中的糊化。优选地用热水(23)将用于混合进料的导管中的浓度调节至＜28％。热水(9)需要适当地与浆料混合，用于混合进料(10)的导管中的停留时间必须足够长并且温度足够高以在解胶器(11)之前促进淀粉的凝胶化。高剪切解胶器(11)用旋转转子和反向板(通常是定子)产生高剪切。分散强度足够高以允许淀粉逐渐溶解并调节其粘度。将来自解胶器(11)的解胶器出口(12)分开以流到用于分散的进料的导管(13)和溶解的淀粉出口(15)。用于分散的进料的导管(13)通向溶解罐(20)。为了将淀粉温度升高至接近糊化温度，管线配备有用于溶解罐加热的器件(21)。再循环的淀粉通过再循环泵(14)从溶解罐(20)泵送。用于分散的进料的导管(13)中的流量可以是例如浆料导管(8)的流量的5至25倍。解胶器中的强度和温度增加越高，对再循环流的需求越低。

实施例

实施例1：具有再循环的用于溶解阳离子蜡质淀粉的方法

将264kg自来水进料到800升罐(“溶解罐”)中，该罐配备有用于加热和冷却的夹套，并且循环管线形成反应器的底部并且返回到溶解罐的顶部。循环管线配备有循环泵(Mohno泵型)以使反应器中的液体循环通过循环管线，“循环泵”。该循环管线还配备有金属管，该金属管具有字母“Y”的形状并且包含两个入口和一个出口，“Y棒”。循环管线连接到Y棒的入口1。Y棒的直径是5cm并且长度是120cm。在Y棒后将Atrex CD550 G30转子-转子解胶器连接至循环管线，并且在Atrex-处理之后液体返回至反应器。这些管线和Y棒是隔热的以避免在循环过程中材料的冷却。

将150kg阳离子蜡质马铃薯淀粉(DS 0.07，在pH7下测量的CD 0.4meq/g，干含量82wt.-％，35wt.-％浆料的pH7.5，干淀粉123kg)在配备有搅拌器的800升浆料罐中在201kg水中浆化以得到35wt.-％的淀粉浆料。在浆化阶段期间，搅拌器速度为约60rpm。该浆料罐配备有输送管线，该输送管线包含输送泵(Mohno型泵)、“浆料泵”。管线连接至Y棒的入口2。淀粉浆料与反应器液体在Y棒中混合，然后混合物进入Atrex解胶器。

通过夹套将反应器中的水加热至87℃。用水将循环泵流量调节至8.6kg/分钟。将Atrex频率逆变器(frequency inverter，变频器)1和2都调节到50Hz，得到1000rpm的叶片速度。将浆料泵流量调节至1.8kg/分钟。当淀粉浆料接触Y棒中的循环液体时，淀粉糊化。在形成的凝胶进入Atrex之前，凝胶的延迟时间是约14秒。在Atrex处理之后，凝胶的温度是约77-80℃。

在60分钟处理之后，将Atrex频率逆变器增加到67Hz，得到1340rpm的叶片速度。当将所有的淀粉浆料泵入Y棒时，停止加热反应器。用70Hz频率的两个逆变器循环反应器中的液体30分钟，频率等于1400rpm的叶片速度。将溶解的淀粉组合物用夹套冷却至25℃。反应器和浆料罐不是加压容器，并且它们不包含冷凝器，因此在溶解过程期间蒸发一部分水。

用夹套冷却组合物。组合物包含以下特征：干固体(淀粉含量)22.2wt.-％，在25℃下的粘度6300mPas，pH7.8。

实施例2：通过分散溶解方法溶解阳离子蜡质淀粉

将179kg自来水进料到800升反应器(或“溶解罐”)(T241)中，该反应器配备有与实施例1中相似的设备，但是该反应器的加热是通过管用直接蒸汽而不用夹套。安装在“Y棒”之后的高剪切解胶器是Cavitron转子定子解胶器。

通过在800升浆料罐(T247)中将175kg阳离子蜡质淀粉(阳离子蜡质马铃薯淀粉，DS 0.07，CD 0.4meq/g，干含量82％，35％浆料的pH7.5，干淀粉144kg)在235kg水中混合来制备35wt-％的淀粉浆料，该浆料罐与实施例1中相似并且配备有相似的设备。将来自浆料罐的输送管线连接到Y棒的入口2，Y棒连接到Cavitron高剪切解胶器。

用水将浆料泵流量调节至3.4kg/分钟。用水将循环泵流量调节至8.5kg/分钟。在混合物进入Cavitron之前，合并的混合物的延迟时间是约13秒。用直接蒸汽将反应器中的水加热至88℃并且留下小流量。开启循环泵并开启Cavitron。将Cavitron的逆变器的频率调节至40Hz。开启浆料泵并开始处理时间。监测Cavitron的压力，该值在0.9-1.0巴之间变化，这表明分散过程稳定，并且没有检测到由于阻塞等引起的波动。从Cavitron的出口和反应器取样品用于分析，监测反应器和浆料罐的标度值。监测反应器的温度。反应器的材料量和温度示于表1中。Cavitron出口样品的分析值示于表2中。反应器样品的分析值示于表3中。

当将所有淀粉浆料都泵送到循环管线中时，停止用直接蒸汽加热并继续循环1.5小时。取出最终产物的样品并冷却至25℃。干含量是20.7％，粘度是3100mPas以及pH 7.1。阳离子未降解淀粉可以通过分散溶解技术溶解成浓缩溶液。

表1.淀粉溶解过程期间反应器的材料量和温度。

表2.Cavitron出口样品的分析值。

表3.反应器样品的分析值。

实施例3：糊化淀粉通过Cavitron的单次试验

为了检查单次Cavitron处理的影响，进行了与实施例2中相似的过程。从开始将淀粉浆料计量至Y棒90分钟后，将Y棒从Cavitron入口移除，并将约15kg来自Y棒的材料收集至绝热桶中。该材料是在70℃的温度下粘性凝胶型良好流动的材料。将产物以不同流量泵送通过Cavitron，模型CD1010。将Cavitron的Cavitron频率首先调节至40Hz，然后36Hz。检测排出产物的温度。由冷却的材料确定粘度和干含量。单次测试的结果示于表4中。

表4.Cavitron的单次测试的结果

结果表明，与起始材料相比，Cavitron处理的产物的粘度显著降低。从1.45kg/min到3.60kg/min的流量变化对处理的淀粉溶液的质量几乎没有影响。处理材料的温度越高，流速越小，这表明在转子定子室处的延迟时间越长。

Claims (16)

1.用于溶解淀粉的方法，包括：

a)提供含水淀粉浆料的进料(进料-1)，所述进料具有比所述淀粉的糊化温度(起始)低至少5℃、优选至少10℃的温度；以及

b)使所述进料(进料-1)与具有至少60℃的温度的含水进料(进料-2)混合在一起形成混合进料(进料-3)；以及

c)使所述混合进料(进料-3)经受解胶以调节所述混合进料(进料-3)的粘度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述淀粉浆料的温度小于45℃。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中(进料-1的)所述含水淀粉浆料具有1-44wt.-％、优选6至40wt.-％淀粉的淀粉含量(以所述含水分散体中的干淀粉计算)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含水进料(进料-2)的温度足以使所述混合进料(进料-3)的温度升高至高于含水淀粉浆料的所述进料(进料-1)的所述淀粉的糊化温度，优选高于75℃。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b)中使含水淀粉浆料的所述进料(进料-1)与所述含水进料(进料-2)混合在一起以及使所述进料经受解胶之间的时间是0.2至60秒或1至20秒或约2秒。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用至少25m/s、优选至少40或50m/s的圆周速度进行所述解胶。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中含水淀粉浆料的所述进料(进料-1)从罐得到或通过用水连续分散淀粉颗粒形成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述淀粉是未降解的淀粉。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含水进料(进料-2)是从具有60至99℃的温度的罐得到的，并且其中将解胶后的所述混合进料(进料-3)循环回到所述罐中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在使进料(进料-1b)与具有至少60℃的温度的含水进料(进料-2)混合在一起以形成混合进料(进料-3)之前，将解胶后的所述混合进料(进料-3)与含水淀粉浆料的所述进料(进料-1)一起循环回去。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中步骤c)中的所述混合进料(进料-3)部分溶解。

12.一种用于溶解淀粉的装置，包括：

o导管(8)，用于将含水淀粉浆料(进料-1)进料到导管(10)；和

o导管(9)，用于将具有升高温度的含水进料(进料-2)进料至导管(10)；

o导管(10)，用于将导管(8)和导管(9)与高剪切解胶器(11)连接，和

o高剪切解胶器(11)，用于调节糊化淀粉的粘度；以及

o导管(13)，用于将分散的进料循环回到所述解胶器(11)或溶解罐(20)或回收所分散的淀粉进料，

其中用于混合进料的导管(10)的长度适于为进料-3中的淀粉提供足够的糊化时间。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述高剪切解胶器具有至少25m/s、优选至少50m/s的圆周速度。

14.根据权利要求12或13所述的装置，其中用于混合进料的导管(10)的长度适于为进料-3中的淀粉提供足够的糊化时间。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置，进一步包括：

o浆料罐(5)，连接到导管(8)，用于将所述淀粉浆料引导到所述导管(10)(用于混合进料的导管)；和

o溶解罐(20)，连接到导管(9)，用于将所述含水进料引导到用于混合进料的所述导管(10)，以及

o导管(13)，用于从所述解胶器(11)接收分散的混合淀粉进料。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的装置，其中用于分散的进料的导管(4)布置为将所述分散的进料循环回到所述高剪切解胶器(11)，以及用于所述淀粉浆料的导管(8)和用于所述含水进料的导管(9)利用阀门连接到所述循环。

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