爽身粉用玉米淀粉的性質(zhì)研究

安鴻雁，劉馨遠(yuǎn)，吳延?xùn)|，趙國興，唐宏閣

(1 玉米深加工國家工程研究中心，吉林 長春 130033；2 吉林中糧生化能源銷售有限公司，吉林 長春 130033)

?

爽身粉用玉米淀粉的性質(zhì)研究

安鴻雁，劉馨遠(yuǎn)，吳延?xùn)|，趙國興，唐宏閣

(1 玉米深加工國家工程研究中心，吉林 長春 130033；2 吉林中糧生化能源銷售有限公司，吉林 長春 130033)

玉米淀粉替代滑石粉用于爽身粉。因玉米淀粉流動性較差，影響爽身粉感官指標(biāo)。對玉米淀粉進(jìn)行改性，通過改性前、后淀粉流動性指標(biāo)對比，證明改性后淀粉的流動性有較大幅度提高。探討流動性淀粉在爽身粉中的應(yīng)用效果。流動性淀粉較玉米淀粉顆粒度小，完全可以滿足爽身粉對粒度要求。確定爽身粉基料，復(fù)配爽身粉樣品，對其感官指標(biāo)進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)，結(jié)合生產(chǎn)成本考慮，流動性淀粉可替代比例40%效果最佳。

爽身粉；玉米淀粉；疏水性；流動性；流動性淀粉；天然聚合物

爽身粉是人體護(hù)膚品之一，廣泛用于嬰幼兒群體。舊生產(chǎn)工藝添加滑石粉，滑石粉來源于天然礦石，含有石棉雜質(zhì)，有致癌[1-2]作用，且容易進(jìn)入呼吸道，引起呼吸系統(tǒng)疾病。此外，滑石粉中還含有不可分離的鉛，鉛進(jìn)入嬰兒體內(nèi)不易排泄，長期積于人體就會危害神經(jīng)、造血及消化系統(tǒng)。玉米淀粉是天然聚合物，惰性強(qiáng)，綠色無危害。如用玉米淀粉替代滑石粉，則完全可以避免滑石粉帶來的危害。

1 爽身粉用玉米原淀粉的性質(zhì)研究

玉米原淀粉用于爽身粉，要保證具有一定吸水性，涂抹均勻，膚感爽滑細(xì)膩無顆粒感，這對淀粉的水分和細(xì)度指標(biāo)提出了更高的要求。在實驗室制備不同水分、細(xì)度的玉米淀粉，根據(jù)《中華人民共和國輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-爽身粉感官評價標(biāo)準(zhǔn)》制定“評定標(biāo)準(zhǔn)”，由具有一定評定能力的實驗評定人員進(jìn)行評定，評定標(biāo)準(zhǔn)見表1，評定結(jié)果見表2和表3。

從評定結(jié)果可以看出：淀粉水分為8%～10%效果相對較好。水分過低，膚感較差，且揚塵嚴(yán)重；淀粉細(xì)度越高分散性越好，同時揚塵也越嚴(yán)重；不同水分和細(xì)度的淀粉感官評定效果都欠佳，說明僅從水分和細(xì)度兩個指標(biāo)上調(diào)整，還達(dá)不到爽身粉的特性要求。

表1 評定標(biāo)準(zhǔn)

表2 不同水分淀粉的評定結(jié)果

表3 不同細(xì)度淀粉的評定結(jié)果

2 流動性淀粉的制備

2.1 實驗試劑及儀器設(shè)備

實驗原料及儀器：玉米淀粉，中糧生化能源(榆樹)有限公司；辛烯基琥珀酸酐(OSA)，南京古田化工有限公司；Al2(SO4)3，北京化工廠；NaOH，北京化工廠；NaCl，北京化工廠；HCl，北京化工廠。

實驗設(shè)備：FE20 pH計，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；DKB-501A電熱恒溫水浴槽，上海森信實驗儀器有限公司；置頂式攪拌器，廣州儀科實驗技術(shù)有限公司；C400真空泵，德國優(yōu)萊博技術(shù)(北京)有限公司；DHG-9140A恒溫干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；CX31型生物顯微鏡，日本奧林巴斯株式會社。

2.2 實驗方法及步驟

先將淀粉配成35%的淀粉乳，置于30 ℃恒溫水浴槽內(nèi)，在攪拌狀態(tài)下，利用3%濃度堿液調(diào)pH值至8.0左右，在1 h內(nèi)滴完2%辛烯基琥珀酸酐(OSA)。反應(yīng)過程中維持pH值8.0左右。反應(yīng)結(jié)束后，用6%鹽酸調(diào)pH值至中性，抽濾、水洗、烘干制成淀粉酯。再將淀粉酯配成35%的淀粉乳，用3%濃度堿液調(diào)pH值至5.0左右，加入1%的硫酸鋁，維持反應(yīng)時間0.5 h，抽濾、水洗、醇洗、烘干制成流動性淀粉。

2.3 流動性評價指標(biāo)

2.3.1 活化指數(shù)

活化指數(shù)越高表明粉體疏水性越強(qiáng)[3]，淀粉反應(yīng)越均勻。測試方法：取10 g淀粉樣品，置于盛有100 mL蒸餾水的燒杯中，用玻璃棒攪拌5 min后靜止1 h，刮去上層漂浮淀粉，將沉入燒杯底的物料過濾烘干稱重。

活化指數(shù)H計算公式如下：

H=(樣品總重量-沉底樣品重量)/樣品總重量×100%

2.3.2 潤濕接觸角

潤濕接觸角越大，表明粉體的疏水性越強(qiáng)。測試方法：將淀粉樣品壓成片狀，將水滴在樣品表面，通過JY-82型接觸角測定儀測量，取相同條件下測試3次的平均結(jié)果。

2.3.3 休止角、平板角

休止角、平板角大小反映粉體顆粒之間相對運動的自由程度，角度越小，流動性越好。測試方法：利用BT-1001粉體測試儀，儀器自動進(jìn)料、處理并計算角度。

2.3.4 流動時間

流動時間是一種評價粉體流動性的指標(biāo)。流速越快粉體的流動性越強(qiáng)。測試方法：依據(jù)GB15060-2002標(biāo)準(zhǔn)。

3 流動性淀粉用于爽身粉的性質(zhì)研究

3.1 疏水性分析

依據(jù)活化指數(shù)測試方法，測得玉米原淀粉的活化指數(shù)為0，改性后淀粉的活化指數(shù)為96.89%，其圖片如圖1所示。從圖1可以看出，活化后的淀粉顆粒幾乎全部漂浮在水上面，玉米原淀粉顆粒則幾乎全部沉入水底。依據(jù)潤濕接觸角測試方法，測得玉米原淀粉的潤濕接觸角為36°，改性后淀粉的潤濕接觸角為116°。這與活化指數(shù)評價依據(jù)的測試結(jié)果完全相符，說明改性后的淀粉疏水性大幅提高。

圖1 玉米淀粉(a)與改性后淀粉(b)在水中的照片

3.2 流動性分析

分別對玉米原淀粉及改性淀粉的休止角、平板角、流動時間進(jìn)行測試，其結(jié)果(3次平均)如表4所示。

表4 玉米淀粉與改性淀粉的測試比較

從表4可以看出，改性后淀粉的休止角、平板角都有大幅降低，說明淀粉的流動性有明顯改善，流動時間也從247 s降到98 s，這與休止角、平板角的評價結(jié)果相符。

3.3 顆粒粒度分析

在爽身粉應(yīng)用中，顆粒的粒度是影響爽身粉性能的一個重要因素，它對爽身粉的涂抹感有影響。粒度過大會產(chǎn)生顆粒感，顆粒過小會導(dǎo)致粉體在使用過程中產(chǎn)生揚塵現(xiàn)象，對使用者，特別是嬰兒呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生不良后果。因此，爽身粉所用基料要求有一個合適的粒度分布范圍，這樣可以保證使用的安全性和穩(wěn)定性。

圖2 BT-2001(Dry)結(jié)果比較報告

樣品名稱01-玉米原淀粉/μm02-品牌爽身粉/μm03-流動性淀粉/μmD37．1466．2086．132D109．6298．2168．107D2512．3810．2610．03D5016．0512．8112．39D7520．5115．6814．90D9025．1918．3217．24D9831．4521．7520．11

圖2為玉米原淀粉、流動性淀粉、某品牌爽身粉的粒度分布圖。從圖2可以看出，流動性淀粉粒度分布區(qū)間同品牌爽身粉粒度分布區(qū)間相似，達(dá)到了爽身粉對粒度要求。而玉米原淀粉粒度分布區(qū)間明顯大于爽身粉粒度分布區(qū)間，涂抹時勢必會有產(chǎn)生顆粒感，爽膚效果不理想。

通過顯微鏡觀察，玉米原淀粉的平均粒徑15.35 μm，流動性淀粉平均粒徑13.20 μm，與表5的顆粒分布評價結(jié)果相符。改性后的淀粉粒度縮小，是因為與Al3+離子交聯(lián)后，破壞了淀粉顆粒表面羥基與水分子形成的氫鍵，使得淀粉的平衡水減少，引起淀粉顆粒的收縮[4]。

3.4 用于爽身粉中的感官評價

以流動性淀粉和玉米原淀粉為主要基料，實驗室復(fù)配爽身粉樣品做感官評價。復(fù)配方法：常溫條件下，稱取定量的各粉體基料，充分混合并攪拌均勻，過180目標(biāo)準(zhǔn)篩，得到流動性淀粉添加比例不同的五個樣品，詳見表6。

表6 爽身粉配方

爽身粉的評價需要皮膚的直觀感覺，因此，從粉體、色澤、分散性、皮膚白感、膚感等五個方面對樣品的品質(zhì)進(jìn)行評定，評定標(biāo)準(zhǔn)[5]見表7。

表7 爽身粉的感官評價標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表7

皮膚白感20無明顯泛白稍微泛白泛白嚴(yán)重8～105～71～4分散性30均勻細(xì)膩，無團(tuán)聚稍均勻，少許顆粒存在不均勻，粉體團(tuán)聚嚴(yán)重8～105～71～4膚感30粗糙，無干爽感干爽油膩1～56～101～5

樣品由具有一定評分能力和經(jīng)驗的人員按照“評分標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行評分，得到的結(jié)果取加權(quán)平均值，最終分?jǐn)?shù)折合成十分制，具體評價結(jié)果見表8。

表8 五種樣品的感官評定結(jié)果

從表8可以看出，五種樣品在粉體、色澤上差別不大；而在皮膚白感、分散性及膚感上呈現(xiàn)出較大差別。沒有加入流動性淀粉的樣品，其皮膚白感、分散性和膚感普遍較低。因為玉米原淀粉本身的親水性、不易分散性，使得在涂抹時容易聚團(tuán)，產(chǎn)生較強(qiáng)白感，使人感覺體驗值下降。隨著流動性淀粉的加入量增加，其分散性呈上升趨勢，3號和4號兩者差別主要在膚感上有較大提升，當(dāng)流動性淀粉繼續(xù)增加時，膚感反而下降。這是因為涂抹之后的干燥感覺加重。從評價結(jié)果看，3和4號樣品總體效果較好，但從生產(chǎn)成本考慮，3號樣品即能達(dá)到爽身粉的要求，也能降低生產(chǎn)成本。綜上所述，在爽身粉復(fù)配過程中流動性淀粉添加量在40%時效果最佳。

3.5 研究結(jié)果討論

從淀粉分子結(jié)構(gòu)上分析，淀粉分子是由多個葡萄糖分子脫水聚合而成。分子中含有大量羥基，親水性較強(qiáng)，遇濕易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)、結(jié)塊現(xiàn)象。尤其分子間存在的范德華引力、氫鍵作用力，使單一淀粉顆粒傾向于互相凝聚成較大顆粒，從而阻礙了淀粉顆粒的自由流動。故原淀粉用于爽身粉涂抹不均勻，爽滑度差，影響膚感。

流動性淀粉是在淀粉顆粒表面引入辛烯基疏水性基團(tuán)，再通過與鋁離子交聯(lián)，最大限度屏蔽掉淀粉分子上的羥基，使其親水性迅速減弱，淀粉顆粒間的氫鍵、范德華等分子間作用力大幅降低，宏觀上就表現(xiàn)出良好的流動性。同時，由于辛烯基的存在，淀粉分子還具有一定的疏水性。流動性淀粉獨特的流動性和疏水性，使其在干燥狀態(tài)下淀粉顆粒能自由流動，其流動形態(tài)與液體形態(tài)非常相似，與水混合很難形成懸浮液，而是浮在水面，保持干燥狀態(tài)。用于爽身粉中可減少油膩感，分散均勻，使皮膚更柔軟、干爽。

美國Caldwell和Wurzburg于1953年就研制成功流動性淀粉(辛烯基琥珀酸淀粉酯)，并申請了專利[6]。中國浙江省何國慶、陳啟和等也于2006年，申請了制備辛烯基琥珀酸淀粉酯的專利[7]。流動性淀粉是疏水改性的天然聚合物，綠色安全，制備工藝成熟，在化妝品、紡織、醫(yī)藥行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

4 結(jié) 論

(1)玉米淀粉分子上的羥基與辛烯基琥珀酸酐水解后產(chǎn)生的羧基發(fā)生反應(yīng)，生成淀粉酯，再利用金屬鋁離子取代淀粉表面上的羧基氫原子，生成流動性淀粉。其流動性具備爽身粉的指標(biāo)要求。

(2)流動性淀粉替代滑石粉用于爽身粉，其粒度分布符合爽身粉對粒度的要求。在感官評價中，對粉體、色澤影響不大；對皮膚白感、分散性和膚感影響較大。在確定其基料配方和流動性淀粉情況下，流動性淀粉添加量為40%時，其成品的使用效果及生產(chǎn)成本最佳。

5 展 望

改性淀粉具有功效穩(wěn)定、適應(yīng)面廣和綠色、無副作用等特點，用于化妝品行業(yè)有很大發(fā)展?jié)摿?。但目前對其開發(fā)利用尚未成熟，市場上關(guān)于變性淀粉原料的化妝品種類也較少，淀粉改性后用于化妝品的技術(shù)有待深入開發(fā)。

[1] 馮惠敏,楊怡華.化妝品中石棉含量檢測方法[J].中國非金屬礦業(yè)導(dǎo)刊,2009(3):26-30.

[2] 李德輝,陳永康.利用TEM鑒定爽身粉中石棉方法的研究[J].化學(xué)工程師,2011(4):4-6.

[3] 鄭水林.粉體表面改性.2版[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003:258-259.

[4] 仇耀芳,何小維,黃強(qiáng).高流動性淀粉的制備及其性質(zhì)研究[J].糧食與飼料工作,2013(1):30-33.

[5] QB/T1859-2004 中華人民共和國輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-香粉、爽身粉、痱子粉[S].

[6] Caldwell C G, Wurzburg O B. Polysaccharides derivative of substituted dicarboxylic acids [P].US.Pat.2661349.1953.

[7] 何國慶,陳啟和,宋曉燕.辛烯基琥珀酸淀粉酯的生產(chǎn)方法[P].中國專利:CN.200610154618.9, 2007.5.16.

Investigation on Properties of Corn Starch Used in Baby Powder

ANHong-yan1,LIUXin-yuan2,WUYan-dong1,ZHAOGuo-xing1,TANGHong-ge1

(1 National Engineering Research Center of Corn Deep Processing, Jilin Changchun 130033;2 COFCO Bio-chemical Division, Jilin Changchun 130033, China)

Corn starch is used to substitute for talcum powder in toilet powder. The poor flowability of corn starch affects baby powder’s sensory indexes. Corn starch was modified by modified starch before and after the liquidity index comparison, result proved that modified starch liquidity was improved to a great extent. The effect of the modified starch used in baby powder was discussed. The granule size of flowability starch was smaller than that of corn starch, which could completely meet the requirement to particle size of baby powder. After determining the talcum powder binders, compounding with talcum powder samples, evaluating the sensory index and combination with the production cost, it was found that liquidity starch 40% was the best alternative ratio.

toilet powder; corn starch; hydrophobicity; flowability; flowability starch; natural polymer

TQ920.4

A

1001-9677(2016)022-0062-04