第二章 谷物淀粉PPT课件

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1、第二章谷物淀粉 第一节谷物淀粉概述 光 叶绿素 植物中的叶绿素利用太阳能把二氧化碳和水合成葡萄糖 反应式如下 6H2O 6CO2C6H12O6 3O2 葡萄糖是植物生长和代谢的要素 但其中有一部分被用作下一代生长发育的养料贮备起来 在植物体内葡萄糖是以多糖的形式贮藏的 其中最主要的多糖形式是淀粉 植物体内由葡萄糖缩合形成淀粉的途径 首先 由磷酸化酶把2个葡萄糖分子缩合为麦芽糖 第二步由麦芽糖淀粉缩合的方法有多种 随着氧连在1 4 1 3或1 6位而定 形成了不同结构的淀粉 由1 4键连接构成的淀粉为直链淀粉 由1 3或1 6键连接构成的淀粉为支链淀粉 在谷物中贮藏的淀粉主要由这两种成分构成 D

2、 葡萄糖麦芽糖 谷物籽粒以淀粉的形式贮藏能量 不同谷物中淀粉的含量是不同的 一般可以占到总量的60 75 因此 人们消耗的食品大都是淀粉 它是人体所需要热能的主要来源 同时 淀粉也是食品工业的重要原料 表2 1各种谷物籽粒中的淀粉含量 干基 第二节淀粉粒的结构 淀粉分子在谷物中是以白色固体淀粉粒 starchgranule 的形式存在的 淀粉粒是淀粉分子的集聚体 不同谷物由于遗传及环境条件的影响 形成不同结构及性质的淀粉粒 各种谷物淀粉粒的结构1 小麦7 燕麦淀粉粒2 大麦8 粟3 黑麦9 小麦4 高粱10 玉米淀粉粒5 玉米6 大米 淀粉粒的形态可分为圆形 椭圆形和多角形三种 一般高水分作物

3、其淀粉粒比较大 形状也比较整齐 多呈圆形或椭圆形 如马铃薯 木薯的淀粉粒 禾谷类淀粉粒一般粒小 常呈多角形 如稻米的淀粉粒是不规则的多角形 同种谷物的淀粉粒不是整齐一致的 如小麦淀粉粒就有大粒及小粒两种 无中间类型 玉米淀粉粒在胚的附近 由于受到压力的关系 呈多角形 而在顶部则呈圆形 淀粉粒的大小是以长轴的长度来表示的 最小的为2 m 最大的可达170 m 通常用大小极限范围和平均值来表示淀粉粒的大小 在400 600 显微镜下仔细观察淀粉粒 常常可以看到淀粉粒表面有轮纹结构 样式与树木的年轮相似 又称层状结构 各轮纹层围绕的一点叫做 粒心 又叫做 脐 禾谷类淀粉粒的粒心常在中央 称为 中心轮

4、纹 马铃薯淀粉粒的粒心常偏于一侧 称 偏心轮纹 粒心的大小和显著程度随谷物品种而有所不同 由于粒心部分含水分较多 比较柔软 所以在加热干燥时 常常造成星状裂纹 根据这种裂纹的形状 可以辩别淀粉粒的来源特点 如玉米淀粉粒心呈星状裂纹 另外 不同谷物的淀粉粒 根据粒心及轮纹情况可分为所谓的 单粒 复粒 及 半复粒 如小麦淀粉粒主要是单粒 大米的淀粉粒以复粒为主 淀粉粒的层状结构 轮纹 淀粉粒的层状结构不是人为的 而是客观存在的事实 有人认为是因为淀粉粒各部分密度不同 折射率大小不同而造成 淀粉粒在形成过程中 受昼夜光照的差别 造成葡萄糖供应数量不同 致使淀粉合成速度有快有慢而引起的 白天供应葡萄糖

5、多 形成淀粉的密度大 而夜间供应葡萄糖少 形成淀粉的密度小 从而出现层状结构 用 淀粉酶处理过的高粱籽粒横切面扫描电子显微镜图 结晶性 表2 2用X射线衍射法测定的淀粉粒的结晶化度 用十字棱镜拍摄的小麦淀粉粒的光学显微镜图显出马耳他十字 淀粉粒在偏光显微镜下具有双折射性 在淀粉粒粒面上可看到以粒心为中心的黑色十字形 称为偏光十字 说明淀粉粒是一种球晶 但同时又具有一般球晶没有的弹性变形的现象 据此可以分析淀粉粒内部晶体结构的方向 用酸处理淀粉粒得到的Nageli淀粉糊精的模式图 淀粉粒由直链淀粉分子和支链淀粉分子有序集合而成 淀粉粒的形态和大小可因遗传因素及环境条件不同而有差异 但所有粮种的淀

6、粉粒都具有共同的性质 即具有结晶性 其根据主要有以下几点 用X射线衍射法证明淀粉粒是有一定形态的晶体构造 用X射线衍射法 测得各种淀粉粒都有一定的结晶化度 淀粉粒在偏光显微镜下观察 具有双折射性 在淀粉粒粒面上可看到以粒心为中心的黑色十字形 称为偏光十字 这种偏光十字是球晶所具有的特性 因而淀粉粒也是一种球晶 但它具有一般球晶没有的弹性变形的现象 在偏光显微镜下不仅可以观察到淀粉粒的偏光十字 而且根据双折射圈 可以分析淀粉粒内部晶体结构的方向 用酸及酶处理淀粉粒的结果 说明淀粉粒中具有耐酸 耐酶作用的结晶性部分及易被酸 酶作用的非晶质部分 淀粉粒的结晶性主要由支链淀粉分子非还原端葡萄糖链相互靠

7、拢 呈近乎平行位置以氢键彼此缔合 形成微晶束而构成的 直键淀粉也参与微晶束结构之中 第三节谷物淀粉的物理化学性质 一 淀粉的分子结构直链淀粉 amylose 与支链淀粉 amylopectin 一 直链淀粉的结构 Meyer等人用温水法从淀粉粒中首先分离出来的成分 称为直链淀粉 其结构经实验证明 是由葡萄糖通过 1 4 糖苷键连接起来的直链状的高分子化合物 直链淀粉的螺旋结构 直链淀粉的分子结构 DP degreeofpolymerization 聚合度 二 支链淀粉的结构 支链淀粉的分子结构 支链淀粉的几种分子模型 A B C表示A链 B链和C链 O表示非还原末端 表示还原末端 A B C表

8、示A链 B链和C链 O表示非还原末端 表示还原末端 聚合度 DP DegreeofPolymerization 衡量聚合物分子大小的指标 以重复单元数为基准 即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值 以n表示 聚合度是统一计平均值 重复单元 repeatingunit 聚合物中化学组成相同的最小单位称为重复单元 支链淀粉的分子量比直链淀粉大得多 一般称在200 000以上 相当于由1300个以上的葡萄糖残基组成 分子中有50个以上的支链 每一支链由24 30个葡萄糖残基组成 表2 3常见均一多糖的性质比较 表2 4谷物籽粒直链淀粉含量 占纯淀粉 表2 5常见谷物支链淀粉的分子结构数据 单位

9、葡萄糖残基数 下表 应用甲基化法 高碘酸氧化法以及酶解法测出支链淀粉的结构数据 二 淀粉的物理性质 1 比重淀粉粒的比重约为1 5 不溶于冷水 这是淀粉制造工业的理论基础 所谓水磨法 就是利用这一性质 先将原料打碎成糊 若原料为玉米一类籽粒粮则必须先行浸泡 然后湿磨破坏组织 使其成糊 除去蛋白质及其它杂质 再使淀粉在水中沉淀析出 2 淀粉粒的糊化作用 淀粉粒不溶于冷水 若在冷水中 淀粉粒因其比重大而沉淀 但若把淀粉的悬浮液加热 到达一定温度时 一般在55 以上 淀粉粒突然膨胀 因膨胀后的体积达到原来体积的数百倍之大 所以悬浮液就变成粘稠的胶体溶液 这一现象 称为 淀粉的糊化 也有人称之为 化

10、淀粉粒突然膨胀的温度称为 糊化温度 又称糊化开始温度 淀粉糊化的三个阶段 第一阶段 淀粉粒在水中 水温未达糊化温度 水分子由淀粉粒的孔隙进入淀粉粒内 与许多无定形部分的极性基团结合 或被吸附 这一阶段 淀粉粒内层虽有膨胀 但悬浮液粘度变化不大 淀粉粒外形未变 在偏光显微镜下观察 仍可看到偏光十字 这说明淀粉粒内部晶体结构没有变化 此时取出淀粉粒干燥脱水 仍可恢复成原来的淀粉粒 所以这一阶段的变化是可逆的 第二阶段 水温达到开始糊化温度时 淀粉粒突然膨胀 大量吸水 淀粉粒的悬浮液迅速变成为粘稠的胶体溶液 这时若用偏光显微镜进行观察 则偏光十字全部消失 若将溶液迅速冷却 也不可能恢复成原来的淀粉粒

11、了 这一变化过程是不可逆的 偏光十字的消失 就意味着晶体崩解 微晶束结构破坏 所以淀粉粒糊化的本质 是水分子进入微晶束结构 拆散淀粉分子间的缔合状态 淀粉分子或其集聚体经高度水化形成胶体体系 由于糊化 晶体结构解体 变成混乱无章的排列 所以糊化后的淀粉无法恢复成原有的晶体状态 第三阶段 淀粉糊化后 如果继续加热 温度进一步升高 则会使膨胀的淀粉粒继续分离支解 淀粉粒成为无定形的袋状 溶液的粘度继续增高 几种谷物淀粉粒的糊化温度 水分子进入微晶束结构 拆散淀粉分子间的缔合状态 淀粉分子或其集聚体经高度水化形成胶体体系 淀粉糊化的本质 淀粉糊化过程中粘度的变化 水分水分的影响 为了使淀粉充分糊化

12、水分必须在30 以上 水分低于30 糊化就不完全或者不均一 碱淀粉在强碱作用下 室温下可以糊化 碱达到一定量 淀粉就糊化 碱有促使淀粉糊化的性质 盐类硫氰酸钾 碘化钾 硝酸铵 氯化钙等浓溶液 在室温下促使淀粉粒糊化 阴离子促进糊化的顺序是 OH 水杨酸 SCN Br Cl SO42 而阳离子促进糊化的顺序是 Li Na K R2 极性高分子有机化合物盐酸胍 4M 脲素 4M 二甲基亚砜等在室温下或低温下 即可促进糊化 影响淀粉糊化的因素 脂类脂类与直链淀粉能形成包合化合物或复合体 complex 它可抑制糊化及膨润 这种复合体对热稳定 有人利用直链淀粉与脂类形成的复合体放在100 水中进行实验

13、 发现这种复合体不会被破坏 所以难以膨润及糊化 直链淀粉含量的影响直链淀粉含量高的比含量低的糊化更困难 如玉米淀粉 其它因素如界面活性剂 淀粉粒形成时的环境温度 以及其它物理的及化学的处理都可以影响淀粉的糊化 3 淀粉的凝沉作用 淀粉的稀溶液 在低温下静置一定时间后 溶液变混浊 溶解度降低 而沉淀析出 如果淀粉溶液浓度比较大 则沉淀物可以形成硬块而不再溶解 这种现象称为淀粉的凝沉作用 也叫淀粉的老化作用 淀粉的凝沉作用的化学本质 在温度逐渐降低的情况下 溶液中的淀粉分子运动减弱 分子链趋向于平行排列 相互靠拢 彼此以氢键结合形成大于胶体的质点而沉淀 因淀粉分子有很多羟基 分子间结合得特别牢固

14、以至不再溶于水中 也不能被淀粉酶水解 直 支链淀粉的比例 分子构造的影响 直链淀粉分子呈直链构造 在溶液在空间障碍小 易于取向 易于凝沉 支链淀粉分子呈树枝状构造 在溶液中空间障碍大 不易凝沉 分子的大小 分子大小的影响 直链淀粉分子中分子量大的 取向困难 分子量小的 易于扩散 只有分子量适中的直链淀粉分子才易于凝沉 pH和无机盐类的影响 pH及无机盐类的影响 无机盐离子阻止淀粉凝沉有下列顺序 CNS PO43 CO32 I NO3 Br Cl Ba2 Sr Ca2 K Na 溶液的pH对淀粉的凝沉也有影响 有报道pH为2时最易引起凝沉 pH为9也易凝沉 还有人则认为pH在13以上淀粉不容易凝

15、沉 凝沉作用的影响因素及防止的方法淀粉的凝沉与淀粉的种类及直 支链淀粉的比例 分子的大小 溶液的pH及温度等因素都有关系 其一般规律如下 冷却速度 冷却速度的影响 淀粉溶液温度下降速度对其凝沉作用有很大的影响 缓慢冷却 可以使淀粉分子有时间取向排列 故可加速凝沉 迅速冷却 淀粉分子来不及取向排列 可减少凝沉 化学添加剂 淀粉凝沉可以给食品带来不良影响 如面包老化 生产上为了防止面包的老化 常常采用化学添加剂的方法 如添加表面活性剂等 如在小麦粉中加入一定量的单甘油酯 一方面可以抑制淀粉粒的膨润作用 同时使直链淀粉与它形成复合体 complex 防止淀粉的凝沉作用 凝沉作用的有利一面淀粉发生凝沉

16、作用 使食品的品质下降 但有时也可利用淀粉的凝沉作用制造各类制品 如我国粉丝的制造 就是利用含直链淀粉高的淀粉 如绿豆 豌豆等 通过糊化 凝沉 干燥等步骤制成的 对极性有机化合物的吸附正丁醇 百里酚 脂肪酸等直链淀粉分子由于在高温溶液中分子伸展 极性基团暴露 容易与一些极性有机化合物形成 复合物 对碘的吸附 淀粉的吸附性质 直链淀粉分子由于在高温溶液中分子伸展 极性基团暴露 很容易与一些极性有机化合物 如正丁醇 百里酚 脂肪酸等通过氢键相互缔合 形成结晶性复合体 complexmolecule 而沉淀 这种结晶性复合体 呈螺旋状 相当于每六个葡萄糖残基为一节距 支链淀粉分子因其不成线状 而呈树枝状 存在空间障碍 故不易与这些化合物形成复合体沉淀 目前用来分离直链淀粉和支链淀粉的方法 复合体形成分离法 就是利用直链淀粉分子这一吸附性质 直链淀粉分子与碘分子的吸附作用 不论是淀粉溶液或固体淀粉和碘作用 都生成有色复合体 直链淀粉与支链淀粉对碘吸附作用是不同的 支链淀粉分子与碘作用产生紫色至红色的复合体 根据支链淀粉分子的分枝长短而定 直链淀粉分子与碘作用则形成兰色的复合体 应用x光衍射分析