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1、变性淀粉基础知识神洲淀粉科技公司一、淀粉分子结构一、淀粉分子结构直链淀粉与支链淀粉的性质比较直链淀粉与支链淀粉的性质比较1、直链淀粉直链淀粉经熬煮不易成糊，冷却后呈凝胶体，易回生，热可逆性差。其大分子结构上， 葡萄糖分子排列整齐。工业上直链淀粉的用途较多，如可制成强度很高的纤维和透明薄膜， 它无味、无臭、无毒，具有抗水和抗油性能，是一种良好的食品包装材料。直链淀粉具有抗润胀性，水溶性较差，不溶于脂肪；直链淀粉不产生胰岛素抗性；直链淀粉糊化温度较高，糯淀粉为73，而直链淀粉为81.35；直链淀粉的成膜性和强度很好，粘附性和稳定性较支链淀粉差；直链淀粉具有近似纤维的性能，用直链淀粉制成的薄膜，具有
2、好的透明度、柔韧性、抗直链淀粉的性质支链淀粉的性质能溶于热水在加热加压下才溶于水水溶液不很黏稠水溶液极黏稠溶液易聚沉，并结成半固体的凝胶体溶液不易聚沉，不形成凝胶体遇碘变蓝色遇碘变成红紫色有光泽无光泽能被淀粉酶完全分解只能被淀粉酶分解一部分，最高为60%乙酰衍生物薄膜坚韧而有弹性乙酰衍生物薄膜发脆、无弹性张强度和水不溶性，可应用于密封材料、包装材料和耐水耐压材料的生产。直链淀粉是由葡萄糖以-1,4-糖苷键结合而成的链状化合物，能被淀粉酶水解为麦芽糖。在淀粉中的含量约为1030%。能溶于热水而不成糊状。遇碘显蓝色。 2、支链淀粉 支链淀粉易成糊其粘性较大， 但冷却后不能呈凝胶体， 不易回生， 热
3、可逆性好。 结构上 ， 葡萄糖分子排列不整齐，也能制成透明薄膜，但强度很差，遏水立即溶解。二、淀粉糊化二、淀粉糊化(一)物化的概念和本质 将淀粉乳加热，则颗粒可逆地吸水膨胀，而后加热至某一温度时，颗粒突然膨胀，晶体 结构消失，最后变成粘稠的糊，虽停止搅拌，也不会很快下沉，这种现象称为淀粉的糊化。 发生糊化所需的温度称为糊化温度。糊化后的淀粉颗粒称为糊化淀粉(又称为 o化淀粉)。糊 化的本质是水分子进入淀粉粒中， 结晶相和无定形相的淀粉分子之间的氢键断裂， 破坏了淀 粉分子间的缔合状态，分散在水中成为亲水性的肢体溶液。 (二)影响糊化的各种因素 1颗粒大小与直链淀粉含量 破坏分子间的氢键需要外能
4、，分子问结合力大，排列紧密者，拆开微晶束所需的外能就 大，因此糊化温度就高。由此可见，不同种类的淀粉，其糊化温度不会相同(如表 219 所 示)。一般来说，小颗粒淀粉内部结构紧密，糊化温度比大颗粒高；直链淀粉分子间结合力 较强。 因此直链淀粉含量高的淀粉比直链淀粉含量低的淀粉难糊化， 因此可从糊化温度上初 步鉴别淀粉的种类。 2使糊化温度下降的外界因素 (1)电解质电解质可破坏分子间氢键因而促进淀粉的糊化。 (2)非质子有机溶剂二甲基亚矾、盐酸肥、腮等在室温或低温下可破坏分子氢键促进 淀粉物化。 (3)物理因素如强烈研磨、挤压蒸煮、7 射线等物理因素也能使淀粉的糊化温度下降。 (4)化学因素淀
5、粉经酯化、醚化等化学变性处理，在淀粉分子上引入亲水性基团，使 淀粉糊化温度下降。 3使物化温度升高的外界因素(1)糖类、盐类糖类和盐类能破坏淀粉粒表面的水化膜，降低水分活度，使物化温度 升高。 (2)脂类直链淀粉与硬脂酸形成复合物，加热至 100不会被破坏，所以谷类淀粉(含 有脂质多)不如马铃著易糊化，如果脱脂，则彻化温度降低 34。 (3)亲水性高分子(胶体)亲水性高分子如明胶、下酪素和 cMc 等与淀粉竞争吸附水， 使淀粉糊化温度升高。 (4)物理、化学因素淀粉经酸解及交联等处理，使淀粉糊化温度升高。这是因为酸解 使淀粉分子变小，增加了分子间相互形成氢键的能力。 (5)生长的环境因素生长在
6、高温环境下的淀粉糊化温度高。三、淀粉的回生三、淀粉的回生( ( ( (或称老化、凝沉或称老化、凝沉) ) ) ) 1回生的概念与本质 淀粉稀溶液或淀粉糊在低温下静置一定的时间，混浊度增加，溶解度减少，在稀溶液中 会有沉淀析出，如果冷却速度快，特别是高浓度的淀粉糊，就会变成凝胶体(凝胶长时间保 持时，即出现回生)，好像冷凝的果胶或动物胶溶液，这种现象称为淀粉的回生或老化这 种淀粉称为回生淀粉(或称淀粉)。回生本质是彻化的淀粉分子在温度降低时由于分子运动 减慢，此时直链淀粉分子和支链淀粉分子的分支都回头趋向于平行排列，互相靠拢，彼此以 氢键结合，重新组成混合微晶束。其结构与原来的生淀粉粒的结构很相
7、似， 但不成放射状，而是零乱地组合。由于其所得的淀粉糊中分子中氢键很多，分子间缔合很牢 固，水溶解性下降，如果淀粉糊的冷却速度很快，特别是较高浓度的淀粉糊，直链淀粉分子 来不及重新排列结成束状结构，便形成凝胶体。 回生后的直链淀粉非常稳定加热加压也难溶解，如有文链淀粉分子混存，仍有加热成 糊的可能。 回生是造成面包硬化， 淀粉凝胶收缩的主要原因。 当淀粉制品长时间保存时(如爆玉米)， 常常变成咬不动， 这是因为淀粉从大气中吸收水分， 并且回生成不溶的物质。 回生后的米饭 、 向包等不容易被酶消化吸收。 当淀粉凝胶被冷冻和融化时，淀粉凝胶的回生是非常大的，冷冻与融化淀粉凝胶，破坏 了它的海绵状的
8、性质，且放出的水容易挤压出来，这种现象是不受欢迎的。 2影响回生的因素 (1)分子组成(直链淀粉的含量)直链淀粉的链状结构在溶液中空间障碍小，易于取向， 故易于回生；支链淀粉呈树状结构，在溶液中空间障碍大，不易于取向，故难于回生，但若 支链淀粉分支长，浓度高，也可回生。糯性淀粉围几乎不合直链淀粉，故不易回生；而玉米 、 小麦等谷类淀粉回生程度较大。 (2)分子的大小(链长)直链淀粉若链太长，取向困难，也不易回生；相反，若链太短， 易于扩散(不易聚集，布朗运动阻止分子相互吸引)不易定向排列，也不易回生(溶解度大)， 所以只有中等长度的直链淀粉才易回生。例如，马铃薯淀粉中直链淀粉的链较长，聚合度约
9、 1000 一 6000，故回生慢；玉米淀粉中直链淀粉的聚合度约为 2001200，平均 800，故容易 回生，加上还含有 06的脂类物质，对回生有促进作用。 (3)淀粉溶液的浓度水分淀粉溶液浓度大，分子碰撞机会高，易于回生；浓度小 则相反。一般水加 0一 60的淀粉溶液易回生。水训、于 10的干燥状态则难于回生。 (4)温度接近 0 一 4时贮存可加速淀粉的回生。 (5)冷却速度缓慢冷却，可使淀粉分子有充分时间取向平行排列，因而有利于回生。 迅速冷却，可减少回生(如速冻)。 (6)PH 值pH 值中性易回生，在更高或更低的 pH 值，不易回生。(7)各种无机离子及添加剂等一些无机离子能阻止淀
10、粉回生，其作用的顺序是 CNS PO43-CO32-I-NO3-Br-Cl-Ba2+Sr2+Ca2+K+Na+。如 CaCl2、ZnCl2、NaCNS 促进糊化，阻止老化；MgSO4、NaF 促进老化，阻止糊化；甘油与蔗糖、葡萄糖 等形成的单甘酯易与宣链淀粉形成复合物，延缓老化(乳化剂)。 因此，防止回生的方法有快速冷却干燥，这是因为迅速干燥，急剧降低其中所含水分， 这样淀粉分子联结而固定下来，保持住。型，仍可复水。另外可考虑加字毗剂，如面包中 加乳化剂，保持住面包中的水分，防止面包老化。四、变性淀粉常见变性方式特性变性的主要作用是改变糊化和蒸煮特性，主要是改变如下性质。 (1)糊化温度解聚使
11、糊化温度GT)下降；非解聚中 GT 有升高也有下降，一般在淀粉 结构中引进亲水团如0H、删 oH、cH2 凹 OH，可增加淀粉分子与水的作用，使 GT 下糊化温度粘度透明度糊丝长短凝胶性抗酸性抗剪切性抗冻性酸变性交联变性酯化变性醚化变性降。交联起阻挡作用，不利水分子进入，使 GT 增加。高直链淀粉结合紧密，品格能高，较 难糊化。 (2)淀粉糊的热稳定性一般谷类的热稳定性大子薯类；通过接枝或衍生某些基团，从 而改变基团大小或架桥，可使淀粉的热稳定性增加。 (3)淀粉糊的冷稳定性淀粉结构中接些亲水化学基团，造成空间障碍，分子不易重排。 另外亲水基团的引入使亲水作用增强，强化了与水的结合力，使淀粉脱
12、水作用下降。 (4)抗酸的稳定性尽可能使淀粉改变结构成为网状结构粉能耐 pH 值 335的酸性。 (5)抗剪切力一般抗酸的淀粉也抗剪切。 (6)复合改性具有多功能性。 变性淀粉舶性质取决于下列一些因素。淀粉的来源(玉米、薯类、小麦、大米等)、预处 理(酸催化水解或糊精化等)、 直链淀粉与支链淀粉的比例或含量、 分子量分布的范围(粘度或 流动性)、衍生物的类型(酯化、醚化等)、取代基的性质(乙酰基、逐丙基等)、取代度(D5)或 摩尔取代度的大小、物理形状(颗粒状、预物化)、缔合成分(蛋白质、脂肪酸、磷化合物)或 天然取代基。也就是说，不同来源的淀粉，采取的不同的变性方法、不同的变性程度，相应 可
13、得到不同性质的变性淀粉产品。 因此我们必须了解每一种变性淀粉产品的性质， 以便在实 际生产中加以选择利用。变性淀粉的性质主要考察以下几个方面：糊的透明度，溶解性、溶 胀能力，冻融稳定性，粘度及稳定性，耐酸、耐剪切性，粘合性，老化性，乳化性。下面将 讨论各种常见的变性淀粉的性质，以供读者选用时参考。 一、酸变性淀粉 用酸在韧化温度以下处理淀粉改变其性质的产品称为酸变性淀粉。 在糊化温度以上的酸 水解淀粉产品和更高温度酸热解淀粉产品都不属于酸变性淀粉。 在酸催化水解过程中，盲链淀粉和支链淀粉分子变小，聚合度降低，产品流度增高。 破变性淀粉仍基本保持了原淀粉颗粒形状， 但在水中受热发生的变化与原淀粉
14、有很大差 别。原淀粉颗粒受热膨胀时体积增大几倍，而政变性淀粉颗粒因酸的作用具有辐射形裂纹， 受热沿裂纹裂解而不是膨胀。随流度的增加，裂解越容易。酸变性淀粉易被水分散，流度越 高越易分散。 酸变性淀粉具有较低的热糊粘度和较高的冷糊粘度。 常用热粘度和冷粘度的比 表示其胶凝性质。比值大，胶凝性强，冷却易于形成强度高的凝胶。改变酸变性条件能得到流度相同而胶凝性不同的产品。 例如：D1 咖 1儿硫酸， 在40t处理玉米淀粉 12h 得流度 60mL 产品；提高酸的浓度缩短反应时间，得到相同流度的产品，但其凝胶性能强于前者；而降低 酸的浓度延长反应时间则得到相反的结果，即凝胶强度降低。 不同品种淀粉经酸
15、处理所得的变性淀粉产品的性质存在差别。玉米、小麦、高粱等谷类 酸变性淀粉，热糊相当透明，凝沉性较强，冷却后透明度降低，生成不透明、强度高的凝胶 。 粘玉米淀粉是由支链淀粉组成，不含直链淀粉，经酸变性后，凝沉性很弱，热糊透明度和 流动性都高，冷却不形成凝胶。80 一 90mL 流度酸变性淀粉由于产生较多链状分子水解物， 凝沉性增强，稳定性有所降低。酸变性木兽淀粉糊，在o 一 40mL 流度范围内稳定性和透明 度与粘玉米粉相同；约 50mL 流度以上的产品的热糊透明度都高，但冷却后透明度降低。酸 变性马铃兽淀粉热糊的流动性和透度都高，且胶凝性强，冷却后很快形成不透明的凝胶。 酸变性淀粉粘度低，能配
16、制高浓度糊液，含水分较少，干燥快，粘合快，胶粘力强，适 合子成膜性及粘附性的工业。例如经纱上浆、纸袋粘合、纸板制造等。酸变性淀粉的薄膜强 度暗低于原淀粉，酸变性玉米淀粉对其薄膜性质的影响如表 44 所示。 二、氧化淀粉 氧化淀粉的颗粒与原淀粉相似，仍保持原有的偏光性和 X 射线衍射图像，表明氧化反 应发生在颗粒的无定形区，仍保持与碘的显色反应。 由于次氯酸盐的漂白作用，所以氧化淀粉比原淀粉色泽要白些。氧化淀粉一般对热敏感高温下变成黄色或褐色。干燥过程、贮存以及氧化淀粉的悬浮液糊化或加碱变黄，这与 醛基的含量有关。 与原淀粉相比，氧化淀粉糊化容易，糊化温度低，最高热糊粘度降低，热糊粘度稳定性 提高，凝沉性减弱，冷粘皮降低，溶解性增加，糊液的透明度增加(如表 45 所示)，渗透 性及成膜性提高。与酸变性淀粉相比，薄膜更均匀，收缩及断裂的可能性更少，薄膜也更 易溶于水。 氧化淀粉颗粒具有羧基，带有负电荷，能吸收带正电荷的颗粒，如亚
