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

2、糖、糖醇等 甜味剂、保湿剂等。 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

3、 论,淀粉资源：玉米,淀粉颗粒：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

4、品的开发不断进行技术创新 四、本教材重点内容 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

5、-1.6糖苷键,几个概念： 还原末端：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

6、质不同。,2.直链淀粉分子的螺旋结构 直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

7、，呈白色固体状。是淀粉在植物中的存在形势。 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

8、偏光显微镜下观察，淀粉颗粒表面上呈现黑色的十字，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

9、淀粉：在溶液中分子伸展性好，易通过氢键与极性有机化合物缔合。 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

10、。 晶体结构没有破坏，偏光十字存在。,四、淀粉的糊化 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。

11、 设备：kofler热台显微镜。 操作：将淀粉乳，置于设备上。（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

12、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

13、侧链间进行 。 图1-16、 图1-17 3.各种淀粉的回生速（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,