第一章--淀粉的结构与性质

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1、吉林工商学院优秀课程电子教案,吉林工商学院 生物工程学院 2013年2月,淀粉制品工艺学,绪论第一章 淀粉结构与性质第二章 湿法玉米淀粉提取工艺第三章 玉米淀粉副产品综合利用第四章 薯类淀粉提取工艺第五章 其他谷类淀粉提取工艺第六章 低脂玉米粉生产技术第七章 淀粉糖生产工艺基本第八章 淀粉糖品生产工艺第九章 变性淀粉生产工艺,优秀课程电子教案 目录,绪 论,淀粉：植物能量贮存的形式之一，存在于植物的果实、种子、块根、块茎中。（仅次于纤维储量的再生资源） 淀粉制品种类与应用 原淀粉用于表面涂敷粉、充填剂、疏松剂和稳定剂等。 淀粉糖品及其衍生物：葡萄糖、淀粉糖浆、果葡糖浆、异构糖、糖醇等甜味剂、保

2、湿剂等。 变性淀粉：酸解、氧化、酯化、醚化、交联、预糊化、焙炒糊精、接枝共聚淀粉等造纸、食品、纺织、石油、医药等 淀粉发酵产品：酒精、味精、甘油、维生素、各种有机酸(柠檬酸、乳酸)、各种氨基酸等。食品添加剂、饲料添加剂、衣粉原料（柠檬酸）、降解塑料原料、汽油代用燃料。,绪 论,一、淀粉资源 商品淀粉分四类： 普通谷类淀粉(玉米、小麦、高粱和大米)； 块茎(马铃薯)、块根(木薯、葛根和甘薯)和髓(西米)淀粉； 蜡质淀粉 (蜡质玉米、蜡质高梁和蜡质大米)； 豆类淀粉(绿豆、豌豆和蚕豆)。注：我国主要品种有玉米、马铃薯、小麦和木薯淀粉。 （书1、2、3、4标题，自学）,绪 论,淀粉资源：玉米,淀粉颗

3、粒：多个淀粉分子的集聚体，呈白色固体状。是淀粉在植物中的存在形势。,绪 论 淀粉资源：薯类,甘薯,马铃薯,木薯,绪 论,二、世界淀粉深加工产业现状与发展趋势美国：玉米总产量、加工量等世界第一；淀粉资源开发利用世界上最先进。 三、国内淀粉工业现状与发展趋势国内淀粉工业发展历程 我国玉米产量世界第二，吉林省国内第一,山东。 20世纪： 50年代仅有几家淀粉作坊，80年代开始发展。 21世纪：国内淀粉及制品加工发展迅速，年平均增长25%。特点：加工规模化、产品多元化。,绪 论,国内淀粉工业发展趋势 加快产业结构调整和战略布局 加强对副产品综合利用的研究 积极开展新产品的开发不断进行技术创新 四、本教

4、材重点内容 淀粉提取技术 淀粉糖生产（水解）技术 变性淀粉生产技术 注：发酵技术参看其它专著。,第一章,淀粉结构与性质,第一节 淀粉的分子结构,一、淀粉分子的基本构成单位 1-D-吡喃葡萄糖。 葡萄糖：分子式C6H12O6。 D型：与L型相对应。C5上的羟基在碳原子右边者（天然产物都为D型）。 吡喃： C1、C5成的六元环，称为吡喃环；C1与C4成的五元环，称为呋喃环。（淀粉以吡喃环存在）。 型： C1上的-OH在右边的为型，反之为型。,六角平面环状结构： P8 更清晰表示出各碳原子和基团之间的相对位置。,2淀粉分子的构成,直链淀粉 -1.4糖苷键,支链淀粉 -1.6糖苷键,几个概念： 还原末

5、端：末端葡萄糖单位的C1有游离-羟基的末端，具有还原性，称为。图1-1，图1-2 非还原末端：不含有游离-羟基的末端不具有还原性，称为 。 淀粉分子式：(C6Hl005)n 聚合度：组成淀粉分子葡萄糖残基的数量，用DP表示。直链淀粉 平均聚合度约在7005 000之间（表1-1）；支链淀粉 平均DP值为4 00040 000（表1-2）。,二、直链淀粉的分子结构,1.直链淀粉分子的分支结构 直链淀粉分子组成： 线状分子，占64%。 轻度分支线状分子，占36%（含420个短链）注意：不能把轻度分支直链淀粉视为支链淀粉，支链淀粉分子平均链数可达数百个，两者性质不同。,2.直链淀粉分子的螺旋结构 直

6、链淀粉分子空间结构尚未定论，但有两种代表性结论。 掌握： 直链淀粉分子以螺旋存在，每一螺旋周期包含6个-D-吡喃葡萄糖残基。 在稀溶液中有三种形式空间构象，如图1-6。,三、支链淀粉的分子结构结构模型有多种说法，适用的代表性的有：树支状和“束簇”状结构模型（图1-7） 两个术语： 外链从非还原末端到最近支叉位置的一段链； 内链任意两个相邻的-1，6糖苷键之间的一段链。 注意：“束簇”状结构中， A链和B链相互平行靠拢，借氢键结合成紧密结构结晶。,四、直链淀粉和支链淀粉结构、性质比较,第二节 淀粉颗粒,一、淀粉颗粒的形状 淀粉颗粒：是多个淀粉分子的集聚体，呈白色固体状。是淀粉在植物中的存在形势。

7、 特点：植物种类不同，淀粉颗粒的形状和大小也不同。 形状：如表1-4，用于判断品种 大小：用淀粉颗粒大小的极限范围，或平均值来表示，如表1-4,玉米350,马铃薯350,小麦350,玉米1500,玉米5000,马铃薯1500,小麦5000,木薯1500,芭蕉芋3000,高粱5000,稻米5000,高直链玉米1500,二、淀粉颗粒的轮纹结构 定义： 在显微镜下观察，可以看到有些淀粉颗粒表面呈若干环状细纹，称为轮纹结构。 (图l-8)。 起因：颗粒内部折射率或密度之差。差别原因可能是昼夜光照的差别造成葡萄糖供应数量不同。 三、淀粉颗粒的偏光十字 定义：在偏光显微镜下观察，淀粉颗粒表面上呈现黑色的十

8、字，称为偏光十字。 产生原因：晶体结构。 应用：不同品种淀粉颗粒的偏光十字不同，根据这些差别鉴别淀粉的种类;判断糊化终点。,偏光十字,四、淀粉颗粒的微结晶结构1.淀粉颗粒的微结晶结构 要点： 淀粉颗粒由结晶区和无定形区组成，图1-9 。 淀粉形成微晶束，如图1-10。,微晶束呈放射状排列，图1-11。 颗粒外层结晶度高，主要由支链淀粉簇状末端构成，抗酸、酶作用能力强，有保护淀粉颗粒完整的作用。图1-12,2.淀粉颗粒的结晶化度 结晶化度定义：结晶态部分占整个颗粒的百分比。,第三节 淀粉的理化性质,一、淀粉的吸附性质 1.对极性有机溶剂的吸附 直链淀粉：在溶液中分子伸展性好，易通过氢键与极性有机

9、化合物缔合。 支链淀粉：分子呈树状，存在空间障碍，不易与这些化合物形成复合体沉淀。 与脂肪酸结合：不利影响润胀能力差、糊化温度增高。（谷物脂类含量高，糊化温度偏高，薯类则否）,2.对碘的吸附 直链淀粉：每6个葡萄糖残基形成一个螺旋结构，容纳1个碘分子。 意义：纯直链每克吸附碘200mg，占重量20。而支链不到1。据此测定样品中直链淀粉的含量。,二、淀粉的溶解度定义：在一定温度下，在水中加热30min后，淀粉分子的溶解质量百分比。,三、淀粉的润胀定义：在冷水中，水分子简单进入淀粉颗粒的非结晶部分，产生有限的膨胀。 特点： 润胀可逆，干燥可复原。 晶体结构没有破坏，偏光十字存在。,四、淀粉的糊化

10、1.糊化概念 糊化：在湿热作用下淀粉颗粒膨胀、溶解的现象。 糊化开始温度：淀粉颗粒开始出现糊化的温度； 糊化完成温度：所有颗粒被糊化的温度。 注意：糊化温度是一个温度范围。,2.糊化过程和糊化实质过程：分润胀、有形溶胀、颗粒支解成离散分子三个阶段 实质：在湿、热作用下，破坏淀粉颗粒内分子链间的氢键，晶体被破坏，分子链变成无序甚至离散的状态。热的作用：增加分子振动的能量，以拆散氢键湿的作用：水分子代替另一条淀粉链形成氢键,3.淀粉糊化的测定方法 偏光十字法 目的：测定糊化温度。 原理：淀粉糊化后偏光十字消失，据此判断糊化开始与结束温度。 设备：kofler热台显微镜。 操作：将淀粉乳，置于设备上

11、。（淀粉颗粒偏光十字开始消失时，对应的温度是糊化开始温度。98颗粒偏光十字消失时的温度既为糊化完成温度。 （表1-9）, 黏度测定法 目的：获得多项淀粉糊化参数 原理：根据淀粉糊化程度与黏度一一对应关系，通过测定黏度，推测糊化参数。 设备：布拉班德黏度仪 方法：淀粉悬浮液，从室温以1.5min的速率加热至95，95保持30min，同样速率降温至50，再保持30min。以时间（温度）为横坐标，黏度为纵坐标，绘制黏度曲线图 说明：每种淀粉有独特布氏曲线，依此查取淀粉糊化参数。,各点意义及查取参数如书,4.影响淀粉糊化的因素 晶体结构 微晶束的大小及密度越大，淀粉颗粒就不易糊化。 水分含量 水分低于

12、30时加热韧化 韧化淀粉：使糊化温度增高，温程缩短。 烘干过热的玉米糊化特性不如自然晾晒的玉米。 脂质 脂质有抑制润胀的作用 卵磷脂促进小麦淀粉的糊化。 碱和盐类 强碱能使淀粉颗粒在常温下就发生糊化（如书） 糖类 D-葡萄糖、D-果糖和蔗糖能抑制小麦淀粉颗粒溶胀。,五、淀粉的回生 1.回生的概念与本质 概念：糊化的淀粉放置一定时间后出现凝沉的现象。 实质：糊化的淀粉分子链重新平行取向，靠氢键结合在一起，形成不溶于水的晶体结构。 2.回生机理 直链淀粉：便于平行取向，易结晶，是分子间氢键。支链淀粉：支叉结构取向障碍，不易回生，是分子内侧链间进行 。 图1-16、 图1-17 3.各种淀粉的回生速

13、（图1-18） 4.影响淀粉回生的因素（P23）,六、淀粉颗粒的膨胀能力和临界浓度 概念 膨胀能力：淀粉在一定温度水浴中加热30min，沉淀颗粒的重量与原来干淀粉重量之比。 临界浓度：淀粉在95膨胀后正好将100ml水全部吸收，的干基重量。 P25 表1-10 七、淀粉的化学性质 水解性质在淀粉糖中讲授 变性性质在变性淀粉中讲授。,第四节 直连淀粉与支链淀粉分离,一、原淀粉中直、支链淀粉含量 意义：了解资源 普通谷类：直链淀粉2030， 根类：直链淀粉1720 糯性谷物（玉米、高梁、大米）：全部是支链 说明：天然淀粉少有含直链高的品种，(皱皮豌豆66，人工培育的高直链玉米80) 表1-11,二、直链淀粉和支链淀粉的分离 意义：研究、应用需要直、支淀粉 方法：有多种，书介绍三种。 1.水浸法 原理：利用直链淀粉易溶于水的性质，将直链淀粉用水浸出。（纯度和提取率低） 工艺：淀粉糊化离心收清液乙醇沉淀直链淀粉 2.醇络合结晶法 原理：直链淀粉与丁醇、戊醇等生成络合结晶（图1-20）。 （实验室制备少量样品方法） 3.硫酸镁分步沉淀法 工业上常用的方法,