小麦淀粉和小麦面粉糊化及剥离强度对比研究

武望婷，盛 扬，施继龙，刘冬雪，欧阳启明

（1.首都博物馆，北京 100045；2.首都师范大学，北京 100048；3.北京印刷学院，北京 102600）

小麦淀粉和小麦面粉糊化及剥离强度对比研究

武望婷1，盛 扬2，施继龙3，刘冬雪3，欧阳启明2

（1.首都博物馆，北京 100045；2.首都师范大学，北京 100048；3.北京印刷学院，北京 102600）

以传统书画装裱粘接剂所用的小麦面粉和淀粉为原料，采用快速黏度分析仪（RVA）试其黏度，对比2种粉在不同浓度、最高温度、搅拌时间和速率下糊化曲线，测试了不同陈化时间对成糊淀粉粘接力的影响，及老化裱件的色差、pH值和剥离强度。结果表明，糊化曲线受粉种类和条件影响不大；陈化时间越长，剥离强度越小。

小麦淀粉；小麦面粉；陈化；剥离强度

装裱是一门传统技术，其所用粘合剂的质量直接影响装裱品的质量和它的保存时间。书画裱件出现虫蛀、霉变、瓦患、翘曲、中空、重皮，无不与浆糊的质量和使用方法有关，而调制方法直接影响着浆糊的质量。明代周嘉胄在《装潢志》中说：“裱之于糊，犹墨之于胶。墨以胶成，裱以糊就，糊用佳，则卷舒温透”。裱画所用的面浆糊的原料有2种常用粉，一种是直接使用面粉调释，用热开水冲熟或是用火加温调制而成，在南方气候潮湿的地方使用的较多。另一种是用纯淀粉打制的浆糊，白如粉冻，黏度调释自如而其黏性不减[1]。王敏英曾对2种粉的制糊过程和黏性差别做过研究，实验所用测黏度的仪器为毛细管式黏度计，此仪器适合测试流体的黏性[2]。笔者认为用黏度仪和物性仪能更准确控制粘合剂的制作过程和黏性测试结果。本文研究了2种粉的糊化特性和黏性随陈化时间的变化，为书画装裱和修复提供参考。

1 实验部分

1.1 仪器与材料

Super4型快速黏度分析仪，澳大利亚Newport Scientific；TA-XT-Plus型 物 性仪，英国SMS公司；电子天平、刷子、裁刀、镇尺，双面胶、绢布，市售。小麦面粉（富强粉），小麦淀粉（由富强粉自制），提取方法见文献[3]。

1.2 实验方法

1.2.1 糊化特征曲线的测定和浆糊的制作

淀粉水分的测定见文献[4]，采用快速黏度计（RVA）测定不同条件下2种粉的糊化特征。

原纯粉浓度的影响：按照水分测定结果分别配制浓度为0.0291 g/mL，0.0566 g/mL，0.1071 g/ml的淀粉悬浊液，其他条件为国标，测定其糊化特性，每个试验平行4份。

原纯粉糊化搅拌时间的影响：糊化搅拌时间分别为4、7和10 min，浓度均为0.0566 g/mL，其他条件为国标，测定其糊化特性，每个试验平行4份。

原纯粉最高温度的影响：糊化温度分别为85、90和95 ℃，浓度均为0.0566 g/mL，其他条件为国标，测定其糊化特性，每个试验平行4份。

原纯粉糊化搅拌速率的影响：糊化搅拌速率分别为120、160和200 r/min，浓度均为0.0566g/ml，其他条件为国标，测定其糊化特性，每个试验平行4份。

将上述制好的2种浆糊用塑料膜封存，在室温下放置，分别陈化0、3、5和7 d，作为粘合剂制作裱件，最终用于完成剥离强度的测试。

1.2.2 浆糊裱件的制作

将测试绢布剪裁成尺寸为长23 cm，宽11.5 cm。将不同条件下的陈化凝胶浆糊打散成均匀糊状，时间为5 min，以便浆糊能均匀涂抹于测试布上。称取5.00 g上述浆糊，均匀涂抹在布上，用刷子上下左右刷2 min，保证浆糊均匀分布在布上。将刷好的布对折，换一把干净刷子上下左右刷5 min，使对折的布不出现气泡，均匀粘在一起，室温放置15 min。然后将镇尺放置在布上压45 min，使上下绢布和浆糊之间充分接触。室温放置1 h，待布干透后，裁剪成长13 cm，宽3.6 cm的布条做剥离试验。

1.2.3 浆糊剥离强度的测试

将上述制好的布条一端撕开2 cm，用物性仪上下2端2个夹子夹住，做180°剥离，以100 mm/min的速度均匀拉开，拉伸距离200 cm，记录过程中力-距离曲线，过程中的力即为浆糊的粘接力，截取区间为25～180 cm，结果取6次测试平均值。允许的误差范围为：相对偏差/平均值×100%≤5%，舍去不合适的数值。

1.2.4 裱件的老化及pH值的测试

将1.2.3在标准条件下制成的裱件分别进行热老化（105 ℃/150 h）和紫外老化（150 h）实验，测试老化后裱件的剥离强度，并将测试后的裱件分别放入100 mL去离子水中，在摇床中震荡1 h，测试溶液的pH值。

2 结果与讨论

图1 种类和浓度对RVA影响Fig.1 RVA curves for different concentrations

图3 种类和转速对RVA影响Fig.3 RVA curves for different stirring speeds

图4 种类和时间对RVA影响Fig.4 RVA curves on different mixing times

2.1 2种粉糊化特征比较

小麦粉和小麦淀粉的RVA曲线见图1～4，实验数据见表1～3，糊化的全程都要经历升高、崩解和回生3个过程。小麦淀粉形成RVA曲线形状较面粉的标准。同一类粉随着浓度的增大，其最低黏度、峰值黏度与最终黏度之间的差值也增大，即衰减值和回生值分别增大，说明浆糊的稳定性差，浓度越大，冷却后凝胶性越强。这是因为浓度越大，单位体积内淀粉分子数目增多，在停止加热时淀粉分子间的作用力要大于氢键和分子之间的作用力，形成的网络结构更致密，所以浓度越大凝胶性越强。糊化温度（Pasting Temp）随浓度升高依次递减，增加幅度逐渐降低，因为淀粉糊化是淀粉颗粒在加热过程中吸水溶胀的过程，浓度越大，颗粒越多，分子间摩擦力急剧增大，在较低温度下更易糊化。在相同条件下，淀粉和面粉在糊化过程中没有表现出大的差别，在糊化的初始阶段3～5 min，面粉的糊化曲线出现一个肩峰，这是由于2者组成有所区别造成的，小麦粉由蛋白质、淀粉、类脂、矿物质和维生素组成，小麦淀粉主要由淀粉颗粒组成。

表1 种类和浓度对糊化性质的影响Tab.1 Effect of concentration on gelatinization properties of wheat starch and flour

表2 种类和温度对糊化性质的影响Tab.2 Effect of temperature on gelatinization properties of wheat starch and flour

表3 种类、速率和时间对糊化性质的影响Tab.3 Effect of different Stirring speed and time on gelatinization properties of wheat starch and flour

最高温度对2种粉糊化曲线的特征影响较大。对2种粉来说，随着最高温度的上升，峰值时间依次降低，温度越高越易糊化，到达峰值的时间越短，随着最高温度的升高，峰值黏度显著增大，是因为温度较低淀粉受热少，糊化过程持续的时间较长，糊化不充分，黏度较低，所以导致糊化曲线变形。但对峰值黏度影响不大。随着最高温度的升高，淀粉的崩解值增高，热稳定性减弱，其原因是受热的温度越高，分子处于活跃态的能量越高，最终温度降低，分子趋于稳定要回到基态，稳定性就越差。在相同条件下，2种粉子之间的差别不大。

搅拌速率和时间对糊化曲线的影响：在国标为糊化温度95 ℃、浓度0.6 g/mL、搅拌时间4 min的情况下，改变搅拌速度和时间，转速由120 r/min增大到200 r/min，时间从4 min到10 min，曲线特征未发生变化，峰值时间和黏度值随转速增加呈下降趋势，随着转速的增大，颗粒破碎程度也增大，流动阻力下降，最终导致其黏度下降。面粉的峰值时间、衰减值和回升值都分别比对应的淀粉小，说明面粉更易糊化，这可能是因为二者的化学成分不同引起的。

2.2 陈化时间对剥离强度的影响

将相同条件下制作的浆糊陈化不同时间后做成裱件，在物性仪上做剥离试验，测试浆糊的剥离强度即黏附性。不同陈化时间对应的黏附性曲线见图5。由图5可看，放置时间越长，剥离强度值越低，黏附性也下降，其原因是糊化淀粉随着时间增长会发生分子降解，化学键断裂，链条变短，与糊化现象相反，由无序向有序转化，部分恢复结晶状态。面粉糊放置3～5 d后就会发臭，颜色呈浅黄，放置相同时间，淀粉基本不会散发异味，而且不会变色。淀粉糊和面粉糊陈化相同时间，分别改变它们的浓度、搅拌时间、搅拌速率、糊化温度，淀粉糊的剥离强度始终要大于面粉糊的。除此之外，在实验中还发现小麦面粉做成的裱件在空中抖动时相对较厚硬、声音也脆，而小麦淀粉的则相对比较薄且柔软。这和2者组成有关，小麦面粉中含有蛋白质，自身作用使得裱件易起皱，干燥后浆膜发硬变脆[4]。

图5 陈化时间对粉糊剥离强度的影响Fig.5 Effect of standing time on peeling strength of gelatinized wheat starch and flour

2.3 裱件老化后的剥离强度、色差和pH值

测试老化后裱件的剥离强度、色差△E和pH值，△E是以热老化淀粉样品为标准，与其他相比较得出的数值，结果见表4。

表4 裱件老化后的分析结果Tab.4 Analysis results of aged mounting samples

由表4可以看出，2种粘接剂对裱件引起的色差影响很小。样品老化后的pH值都呈弱碱性，符合古书画装裱要求。通过剥离强度值可以看出，2种老化条件对裱件中粘接剂的老化分解速度影响不大。

3 结论

（1）2种粉的糊化曲线基本相同。随着2种粉浓度的增加，它们的最低黏度、峰值黏度与最终黏度之间的差值越大，即衰减值和回生值分别增大，同时，随着浓度的增大，二者的糊化温度降低；搅拌时间和搅拌速率对糊化特性的影响基本相同，随着搅拌时间和速率的增加，二者的最终黏度都下降，但面粉的峰值时间、衰减值和回升值都分别比对应的淀粉小，这说明面粉更易糊化；最高温度影响淀粉糊化特性曲线形状，最高温度越高，糊化温度越低，最终黏度越大。

（2）糊化淀粉放置时间越长，会发生大分子链降解或重结晶等不同程度的老化，表现为剥离强度减小，黏附性下降。面粉糊放置3～5 d后就会发臭，颜色呈浅黄，淀粉基本不会散发异味，颜色白润。2种粉在相同浓度下、放置相同时间，淀粉糊的剥离强度始终要大于面粉糊。

（3）裱件经过老化后，2种粘接剂对裱件引起的色差影响很小。老化后pH值呈弱碱性。2种老化对裱件中间部位粘接剂的老化分解速度影响不大。

（4）综合来看，小麦淀粉制成浆糊的性能要优于面粉，在存放过程中不易发臭，不变色，且在相同条件下粘接力更大，制成的裱件薄且柔软，更符合书画装裱要求。

[1]曹枫,刘舜强,郑莲香,等．淀粉胶粘剂在传统书画装裱工艺中的应用[J]．粘接,2008,29(5):47-50．

[2]王敏英．传统书画装裱修复粘合剂的测定与分析[N]．中国文物报,2010-01-15(7)．

[3]范胜利．"裱以糊就"——浅谈书画装裱中的浆糊[J]．中国文物科学研究,2010(2):85-88．

[4]武望婷,刘树林,楼朋竹,等．书画装裱粘接剂糊化及剥离强度研究[J]．文物保护与考古科学,2014,26(1):81-87．

Comparison of gelatinization and peel strength of wheat starch and wheat flour

WU Wang-ting1, SHENG Yang2, SHI Ji-long3, LIU Dong-xue3, OUYANG Qi-ming2(1．Capital Museum,Beijing 100045,China;2．Capital Normal University,Beijing 100048,China; 3．Beijing Institute of Graphic Communication,Beijing 102600,China)

Using wheat starch and wheat flour, used as the binding materials in the traditional mounting of calligraphies and paintings, as the raw materials, their gelatinized products were investigated by using a rapid viscosity analyzer(RVA)． The gelatinization curves obtained from the both materials at different concentrations, peak temperatures,mixing times and shirring speeds were compared． The effects of standing time on the adhesion of gelatinized starch and of ageing on the peeling strength, colour shading and pH value of the mounting samples were tested． The results showed that the effect of the wheat variety and the gelatinization conditions on the gelatinization curves was not conspicuous; the longer the standing time, the lower the peeling strength．

wheat starch; wheat flour; standing time; peeling strength

TQ432.2

A

1001-5922（2015）08-0074-05

2014-07-28

武望婷（1978-），女，博士，副研究员，主要从事文物保护工作。E-mail：wangtingwu@126.com。

国家文物局课题资助（2013-YB-HF036）；北京科委项目资助（Z21100000312025）；北京市青年拔尖人才资助计划。