小麥淀粉和小麥面粉糊化及剝離強(qiáng)度對(duì)比研究

武望婷，盛 揚(yáng)，施繼龍，劉冬雪，歐陽(yáng)啟明

（1.首都博物館，北京 100045；2.首都師范大學(xué)，北京 100048；3.北京印刷學(xué)院，北京 102600）

小麥淀粉和小麥面粉糊化及剝離強(qiáng)度對(duì)比研究

武望婷1，盛 揚(yáng)2，施繼龍3，劉冬雪3，歐陽(yáng)啟明2

（1.首都博物館，北京 100045；2.首都師范大學(xué)，北京 100048；3.北京印刷學(xué)院，北京 102600）

以傳統(tǒng)書(shū)畫(huà)裝裱粘接劑所用的小麥面粉和淀粉為原料，采用快速黏度分析儀（RVA）試其黏度，對(duì)比2種粉在不同濃度、最高溫度、攪拌時(shí)間和速率下糊化曲線，測(cè)試了不同陳化時(shí)間對(duì)成糊淀粉粘接力的影響，及老化裱件的色差、pH值和剝離強(qiáng)度。結(jié)果表明，糊化曲線受粉種類和條件影響不大；陳化時(shí)間越長(zhǎng)，剝離強(qiáng)度越小。

小麥淀粉；小麥面粉；陳化；剝離強(qiáng)度

裝裱是一門傳統(tǒng)技術(shù)，其所用粘合劑的質(zhì)量直接影響裝裱品的質(zhì)量和它的保存時(shí)間。書(shū)畫(huà)裱件出現(xiàn)蟲(chóng)蛀、霉變、瓦患、翹曲、中空、重皮，無(wú)不與漿糊的質(zhì)量和使用方法有關(guān)，而調(diào)制方法直接影響著漿糊的質(zhì)量。明代周嘉胄在《裝潢志》中說(shuō)：“裱之于糊，猶墨之于膠。墨以膠成，裱以糊就，糊用佳，則卷舒溫透”。裱畫(huà)所用的面漿糊的原料有2種常用粉，一種是直接使用面粉調(diào)釋，用熱開(kāi)水沖熟或是用火加溫調(diào)制而成，在南方氣候潮濕的地方使用的較多。另一種是用純淀粉打制的漿糊，白如粉凍，黏度調(diào)釋自如而其黏性不減[1]。王敏英曾對(duì)2種粉的制糊過(guò)程和黏性差別做過(guò)研究，實(shí)驗(yàn)所用測(cè)黏度的儀器為毛細(xì)管式黏度計(jì)，此儀器適合測(cè)試流體的黏性[2]。筆者認(rèn)為用黏度儀和物性儀能更準(zhǔn)確控制粘合劑的制作過(guò)程和黏性測(cè)試結(jié)果。本文研究了2種粉的糊化特性和黏性隨陳化時(shí)間的變化，為書(shū)畫(huà)裝裱和修復(fù)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 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(guó)SMS公司；電子天平、刷子、裁刀、鎮(zhèn)尺，雙面膠、絹布，市售。小麥面粉（富強(qiáng)粉），小麥淀粉（由富強(qiáng)粉自制），提取方法見(jiàn)文獻(xiàn)[3]。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 糊化特征曲線的測(cè)定和漿糊的制作

淀粉水分的測(cè)定見(jiàn)文獻(xiàn)[4]，采用快速黏度計(jì)（RVA）測(cè)定不同條件下2種粉的糊化特征。

原純粉濃度的影響：按照水分測(cè)定結(jié)果分別配制濃度為0.0291 g/mL，0.0566 g/mL，0.1071 g/ml的淀粉懸濁液，其他條件為國(guó)標(biāo)，測(cè)定其糊化特性，每個(gè)試驗(yàn)平行4份。

原純粉糊化攪拌時(shí)間的影響：糊化攪拌時(shí)間分別為4、7和10 min，濃度均為0.0566 g/mL，其他條件為國(guó)標(biāo)，測(cè)定其糊化特性，每個(gè)試驗(yàn)平行4份。

原純粉最高溫度的影響：糊化溫度分別為85、90和95 ℃，濃度均為0.0566 g/mL，其他條件為國(guó)標(biāo)，測(cè)定其糊化特性，每個(gè)試驗(yàn)平行4份。

原純粉糊化攪拌速率的影響：糊化攪拌速率分別為120、160和200 r/min，濃度均為0.0566g/ml，其他條件為國(guó)標(biāo)，測(cè)定其糊化特性，每個(gè)試驗(yàn)平行4份。

將上述制好的2種漿糊用塑料膜封存，在室溫下放置，分別陳化0、3、5和7 d，作為粘合劑制作裱件，最終用于完成剝離強(qiáng)度的測(cè)試。

1.2.2 漿糊裱件的制作

將測(cè)試絹布剪裁成尺寸為長(zhǎng)23 cm，寬11.5 cm。將不同條件下的陳化凝膠漿糊打散成均勻糊狀，時(shí)間為5 min，以便漿糊能均勻涂抹于測(cè)試布上。稱取5.00 g上述漿糊，均勻涂抹在布上，用刷子上下左右刷2 min，保證漿糊均勻分布在布上。將刷好的布對(duì)折，換一把干凈刷子上下左右刷5 min，使對(duì)折的布不出現(xiàn)氣泡，均勻粘在一起，室溫放置15 min。然后將鎮(zhèn)尺放置在布上壓45 min，使上下絹布和漿糊之間充分接觸。室溫放置1 h，待布干透后，裁剪成長(zhǎng)13 cm，寬3.6 cm的布條做剝離試驗(yàn)。

1.2.3 漿糊剝離強(qiáng)度的測(cè)試

將上述制好的布條一端撕開(kāi)2 cm，用物性儀上下2端2個(gè)夾子夾住，做180°剝離，以100 mm/min的速度均勻拉開(kāi)，拉伸距離200 cm，記錄過(guò)程中力-距離曲線，過(guò)程中的力即為漿糊的粘接力，截取區(qū)間為25～180 cm，結(jié)果取6次測(cè)試平均值。允許的誤差范圍為：相對(duì)偏差/平均值×100%≤5%，舍去不合適的數(shù)值。

1.2.4 裱件的老化及pH值的測(cè)試

將1.2.3在標(biāo)準(zhǔn)條件下制成的裱件分別進(jìn)行熱老化（105 ℃/150 h）和紫外老化（150 h）實(shí)驗(yàn)，測(cè)試?yán)匣篑鸭膭冸x強(qiáng)度，并將測(cè)試后的裱件分別放入100 mL去離子水中，在搖床中震蕩1 h，測(cè)試溶液的pH值。

2 結(jié)果與討論

圖1 種類和濃度對(duì)RVA影響Fig.1 RVA curves for different concentrations

圖3 種類和轉(zhuǎn)速對(duì)RVA影響Fig.3 RVA curves for different stirring speeds

圖4 種類和時(shí)間對(duì)RVA影響Fig.4 RVA curves on different mixing times

2.1 2種粉糊化特征比較

小麥粉和小麥淀粉的RVA曲線見(jiàn)圖1～4，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1～3，糊化的全程都要經(jīng)歷升高、崩解和回生3個(gè)過(guò)程。小麥淀粉形成RVA曲線形狀較面粉的標(biāo)準(zhǔn)。同一類粉隨著濃度的增大，其最低黏度、峰值黏度與最終黏度之間的差值也增大，即衰減值和回生值分別增大，說(shuō)明漿糊的穩(wěn)定性差，濃度越大，冷卻后凝膠性越強(qiáng)。這是因?yàn)闈舛仍酱螅瑔挝惑w積內(nèi)淀粉分子數(shù)目增多，在停止加熱時(shí)淀粉分子間的作用力要大于氫鍵和分子之間的作用力，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密，所以濃度越大凝膠性越強(qiáng)。糊化溫度（Pasting Temp）隨濃度升高依次遞減，增加幅度逐漸降低，因?yàn)榈矸酆堑矸垲w粒在加熱過(guò)程中吸水溶脹的過(guò)程，濃度越大，顆粒越多，分子間摩擦力急劇增大，在較低溫度下更易糊化。在相同條件下，淀粉和面粉在糊化過(guò)程中沒(méi)有表現(xiàn)出大的差別，在糊化的初始階段3～5 min，面粉的糊化曲線出現(xiàn)一個(gè)肩峰，這是由于2者組成有所區(qū)別造成的，小麥粉由蛋白質(zhì)、淀粉、類脂、礦物質(zhì)和維生素組成，小麥淀粉主要由淀粉顆粒組成。

表1 種類和濃度對(duì)糊化性質(zhì)的影響Tab.1 Effect of concentration on gelatinization properties of wheat starch and flour

表2 種類和溫度對(duì)糊化性質(zhì)的影響Tab.2 Effect of temperature on gelatinization properties of wheat starch and flour

表3 種類、速率和時(shí)間對(duì)糊化性質(zhì)的影響Tab.3 Effect of different Stirring speed and time on gelatinization properties of wheat starch and flour

最高溫度對(duì)2種粉糊化曲線的特征影響較大。對(duì)2種粉來(lái)說(shuō)，隨著最高溫度的上升，峰值時(shí)間依次降低，溫度越高越易糊化，到達(dá)峰值的時(shí)間越短，隨著最高溫度的升高，峰值黏度顯著增大，是因?yàn)闇囟容^低淀粉受熱少，糊化過(guò)程持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，糊化不充分，黏度較低，所以導(dǎo)致糊化曲線變形。但對(duì)峰值黏度影響不大。隨著最高溫度的升高，淀粉的崩解值增高，熱穩(wěn)定性減弱，其原因是受熱的溫度越高，分子處于活躍態(tài)的能量越高，最終溫度降低，分子趨于穩(wěn)定要回到基態(tài)，穩(wěn)定性就越差。在相同條件下，2種粉子之間的差別不大。

攪拌速率和時(shí)間對(duì)糊化曲線的影響：在國(guó)標(biāo)為糊化溫度95 ℃、濃度0.6 g/mL、攪拌時(shí)間4 min的情況下，改變攪拌速度和時(shí)間，轉(zhuǎn)速由120 r/min增大到200 r/min，時(shí)間從4 min到10 min，曲線特征未發(fā)生變化，峰值時(shí)間和黏度值隨轉(zhuǎn)速增加呈下降趨勢(shì)，隨著轉(zhuǎn)速的增大，顆粒破碎程度也增大，流動(dòng)阻力下降，最終導(dǎo)致其黏度下降。面粉的峰值時(shí)間、衰減值和回升值都分別比對(duì)應(yīng)的淀粉小，說(shuō)明面粉更易糊化，這可能是因?yàn)槎叩幕瘜W(xué)成分不同引起的。

2.2 陳化時(shí)間對(duì)剝離強(qiáng)度的影響

將相同條件下制作的漿糊陳化不同時(shí)間后做成裱件，在物性儀上做剝離試驗(yàn)，測(cè)試漿糊的剝離強(qiáng)度即黏附性。不同陳化時(shí)間對(duì)應(yīng)的黏附性曲線見(jiàn)圖5。由圖5可看，放置時(shí)間越長(zhǎng)，剝離強(qiáng)度值越低，黏附性也下降，其原因是糊化淀粉隨著時(shí)間增長(zhǎng)會(huì)發(fā)生分子降解，化學(xué)鍵斷裂，鏈條變短，與糊化現(xiàn)象相反，由無(wú)序向有序轉(zhuǎn)化，部分恢復(fù)結(jié)晶狀態(tài)。面粉糊放置3～5 d后就會(huì)發(fā)臭，顏色呈淺黃，放置相同時(shí)間，淀粉基本不會(huì)散發(fā)異味，而且不會(huì)變色。淀粉糊和面粉糊陳化相同時(shí)間，分別改變它們的濃度、攪拌時(shí)間、攪拌速率、糊化溫度，淀粉糊的剝離強(qiáng)度始終要大于面粉糊的。除此之外，在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)小麥面粉做成的裱件在空中抖動(dòng)時(shí)相對(duì)較厚硬、聲音也脆，而小麥淀粉的則相對(duì)比較薄且柔軟。這和2者組成有關(guān)，小麥面粉中含有蛋白質(zhì)，自身作用使得裱件易起皺，干燥后漿膜發(fā)硬變脆[4]。

圖5 陳化時(shí)間對(duì)粉糊剝離強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of standing time on peeling strength of gelatinized wheat starch and flour

2.3 裱件老化后的剝離強(qiáng)度、色差和pH值

測(cè)試?yán)匣篑鸭膭冸x強(qiáng)度、色差△E和pH值，△E是以熱老化淀粉樣品為標(biāo)準(zhǔn)，與其他相比較得出的數(shù)值，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 裱件老化后的分析結(jié)果Tab.4 Analysis results of aged mounting samples

由表4可以看出，2種粘接劑對(duì)裱件引起的色差影響很小。樣品老化后的pH值都呈弱堿性，符合古書(shū)畫(huà)裝裱要求。通過(guò)剝離強(qiáng)度值可以看出，2種老化條件對(duì)裱件中粘接劑的老化分解速度影響不大。

3 結(jié)論

（1）2種粉的糊化曲線基本相同。隨著2種粉濃度的增加，它們的最低黏度、峰值黏度與最終黏度之間的差值越大，即衰減值和回生值分別增大，同時(shí)，隨著濃度的增大，二者的糊化溫度降低；攪拌時(shí)間和攪拌速率對(duì)糊化特性的影響基本相同，隨著攪拌時(shí)間和速率的增加，二者的最終黏度都下降，但面粉的峰值時(shí)間、衰減值和回升值都分別比對(duì)應(yīng)的淀粉小，這說(shuō)明面粉更易糊化；最高溫度影響淀粉糊化特性曲線形狀，最高溫度越高，糊化溫度越低，最終黏度越大。

（2）糊化淀粉放置時(shí)間越長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生大分子鏈降解或重結(jié)晶等不同程度的老化，表現(xiàn)為剝離強(qiáng)度減小，黏附性下降。面粉糊放置3～5 d后就會(huì)發(fā)臭，顏色呈淺黃，淀粉基本不會(huì)散發(fā)異味，顏色白潤(rùn)。2種粉在相同濃度下、放置相同時(shí)間，淀粉糊的剝離強(qiáng)度始終要大于面粉糊。

（3）裱件經(jīng)過(guò)老化后，2種粘接劑對(duì)裱件引起的色差影響很小。老化后pH值呈弱堿性。2種老化對(duì)裱件中間部位粘接劑的老化分解速度影響不大。

（4）綜合來(lái)看，小麥淀粉制成漿糊的性能要優(yōu)于面粉，在存放過(guò)程中不易發(fā)臭，不變色，且在相同條件下粘接力更大，制成的裱件薄且柔軟，更符合書(shū)畫(huà)裝裱要求。

[1]曹楓,劉舜強(qiáng),鄭蓮香,等．淀粉膠粘劑在傳統(tǒng)書(shū)畫(huà)裝裱工藝中的應(yīng)用[J]．粘接,2008,29(5):47-50．

[2]王敏英．傳統(tǒng)書(shū)畫(huà)裝裱修復(fù)粘合劑的測(cè)定與分析[N]．中國(guó)文物報(bào),2010-01-15(7)．

[3]范勝利．"裱以糊就"——淺談書(shū)畫(huà)裝裱中的漿糊[J]．中國(guó)文物科學(xué)研究,2010(2):85-88．

[4]武望婷,劉樹(shù)林,樓朋竹,等．書(shū)畫(huà)裝裱粘接劑糊化及剝離強(qiáng)度研究[J]．文物保護(hù)與考古科學(xué),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，副研究員，主要從事文物保護(hù)工作。E-mail：wangtingwu@126.com。

國(guó)家文物局課題資助（2013-YB-HF036）；北京科委項(xiàng)目資助（Z21100000312025）；北京市青年拔尖人才資助計(jì)劃。