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1、食品化学 第二章 碳水化合物 2,淀粉的结构和淀粉粒 淀粉的物理化学性质 淀粉的糊化和老化及其影响因素 淀粉和纤维素的改性,2 低聚糖,命名法 -D-吡喃半乳糖基-(1-4)-D-吡喃葡糖苷 褐变性：较单糖小。 粘度：比单糖高。 抗氧化性：减少溶氧而保护Vc。 发酵性：低于单糖。 吸湿性：低于单糖。,功能性低聚糖,棉子糖 水苏糖 低聚果糖：双歧因子，整肠，抗龋齿 低聚木糖：甜度约0.5，双歧因子，整肠 帕拉金糖：甜度0.42，抗龋齿 环糊精：可保护芳香物质和小分子物质。P68图,表：功能性低聚糖的有效摄入量,大豆低聚糖可能引起胀气，最大用量男性为0.64g/kgBW，女性为0.96g/kgBW
2、,单位：克/日,环状糊精,环状糊精是一种特殊的低聚糖，它是由6，7或8个葡萄糖以-1,4键首尾相连构成的环状低聚糖。 环内具有疏水环境，环外伸展亲水基团。环内可以包容一些亲脂性小分子，改善其在水中的分散性，并减少它们在水相体系中的损失。也可以产生缓释效应。,淀粉（Starch）,淀粉是植物所储藏的主要能量物质，除纤维素之外产量最大的高分子碳水化合物。 淀粉分为两类： 直链淀粉，以-1，4糖苷键相连的直线大分子； 支链淀粉，以-1，4糖苷键相连，以-1，6糖苷键分支的高度分支大分子； 在谷粒当中同时含有直链淀粉和支链淀粉，其中支链淀粉含量高于直链淀粉。“蜡”“糯”“粘”品种中几乎100%为支链淀
3、粉。,直链淀粉和支链淀粉的性质区别,1 淀粉和淀粉粒,植物的淀粉粒由质体产生，呈大小、形状不同的颗粒，具有片层结构。其中充满淀粉分子。 加热前，淀粉粒为生淀粉粒。其中部分区域淀粉分子整齐排列呈晶体状态；部分区域分子松散排列为“无定形区域”。 加热后，淀粉粒松散破裂，可放出淀粉分子。,淀粉粒的基本结构模式,淀粉粒起源于质粒，由脐点开始向外生长，淀粉分子向径向分支延伸，呈现环状结构。,淀粉粒结构示意图,图：淀粉粒的层状结构,右图为一个用酶侵蚀的小麦淀粉粒，注意其层状结构。 大多数淀粉颗粒在脐点周围都有生长环或层次。,淀粉粒的偏振光性质,淀粉粒在偏振光照射下表现出双折射性，称为“偏光十字纹”。这种光
4、学现象说明淀粉具有晶体性质。 十字的亮度、位置和形状都可表明淀粉的种属特征。,淀粉粒具有种属特征性,不同来源淀粉的淀粉粒具有特征性，其大小、性状、双光十字等方面具有特征性，可以用来鉴别淀粉的种属来源。 马铃薯淀粉粒最大，大米淀粉颗粒最小。 常用的商业淀粉制品主要是马铃薯淀粉、玉米淀粉和甘薯淀粉。,表：不同来源淀粉的性质差异,资料来源：Chemical and functional properties of food components. Edited by zdzislaw E. Sikorski, Technomic Publication, 1997,2 淀粉的化学性质,淀粉的水解 淀
5、粉与碘的呈色反应 淀粉与小分子有机化合物的作用 淀粉与脂类的作用,淀粉的水解,淀粉可以被酶水解生成多种淀粉糖产物，包括糊精、麦芽糖、葡萄糖、不同DE值的淀粉糖浆、葡萄糖浆、氢化葡萄糖浆、果葡糖浆、环状糊精、山梨糖醇等。 DE值：dextrose equivalence，即葡萄糖当量，表示淀粉水解的程度。DE值越高，则淀粉水解程度越高。,表：不同DE的玉米糖浆之性质差异,淀粉与碘的作用,直链淀粉分子的一个单螺旋链将淀粉自包围，形成淀粉-碘有色复合物。 淀粉和碘反应之后的颜色与淀粉螺旋长度有关： 直链淀粉棕蓝色 支链淀粉蓝紫色 糊精（40个糖基以上）蓝色 糊精（20-40个糖基）紫红 糊精（8-2
6、0个糖基）橙红,淀粉与其他小分子物质作用,直链淀粉和支链淀粉的长分枝在水中呈现螺旋状结构。在螺旋的孔隙当中具有非极性环境，可以结合小分子物质，如低级醇等，形成“包合物”。,淀粉与脂类形成复合物,淀粉和脂肪酸、甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯可以形成稳定的复合物，这种复合物在100以上才能发生分解。 这种复合物可以防止淀粉螺旋在水中分散成为无规则线团状。,3 淀粉的糊化、老化和凝胶,淀粉的糊化 淀粉糊化的影响因素 淀粉的老化 淀粉老化的影响因素 淀粉的凝胶 淀粉凝胶的影响因素,淀粉的糊化(gelatinazation),淀粉在有充足水分的情况下受热，在温度上升到某一温度范围以上之后，淀粉大量吸水膨胀
7、，晶体结构解体，失去双折光性，淀粉分子逸散，粘度急剧增加。这个过程称为淀粉的糊化。 淀粉糊化的测定方法： 偏振光显微镜记录5%，50%和95%淀粉粒失去双折光性的温度。 粘度计测定不同温度下的粘度曲线。 差异扫描量热计测定糊化的热吸收。,糊化过程的微观实质,生淀粉分子之间由于氢键的结合，排列成十分紧密的束状，称为-淀粉，水分很难进入其中。淀粉粒中的束状结构松散，淀粉分子逸出，与水分子充分相互作用，这种状态的淀粉称为-淀粉。 淀粉的糊化就是淀粉从-淀粉向-淀粉转化的过程。这个过程需要克服氢键力，因此是一个吸热过程。 每一种淀粉的糊化温度不同。由于淀粉粒大小不同，糊化速度也不同，因此糊化温度是一个
8、温度范围。,不同植物来源的淀粉支链直链比,数据来源：常用食品数据手册，1989以及食品化学，1986,淀粉糊化的微观过程,淀粉粒吸水膨胀过程(1),右图为油炸馅饼中心部分淀粉的淀粉粒显微照片。可见淀粉粒膨胀增大，但并未扭曲崩溃。,淀粉粒吸水膨胀过程(2),右图为因极度膨胀而扭曲的小麦淀粉粒，其中可能还没有大量淀粉逸出。,淀粉粒吸水膨胀过程(3),右图为安琪儿蛋糕中的小麦淀粉粒，淀粉粒高度膨胀扭曲，有的已经破碎，淀粉部分逸出。,淀粉粒吸水膨胀过程(4),右图为一个因长期加热崩溃的小麦淀粉粒，淀粉已经逸出，只留下一个破碎的外壳。,淀粉糊化与粘度变化,淀粉浆糊化之前粘度很低。温度达到糊化温度范围之后
9、，粘度急剧上升，达到峰值之后缓慢下降。各种淀粉的粘度曲线不同。 粘度峰值与淀粉粒极大膨胀而淀粉分子没有大量逸出的时刻相当；淀粉粒破碎之后，分子摩擦力减小，因而粘度下降。,图：淀粉的一般粘度曲线,淀粉的粘度达到最高值之后下降。其高峰与淀粉粒膨胀的最大值相对应。随着淀粉粒破碎，粘度下降。,淀粉糊化性质的影响因素,水分：水分减少则糊化温度升高。 糖：糖浓度增加则糊化温度提高，可能是因为影响了水分活度和淀粉分子的伸展空间。糖分子越大则影响越大。蔗糖麦芽糖葡萄糖果糖 脂类和乳化剂：甘油酯和脂肪酸均可与直链淀粉形成复合物而推迟糊化过程，升高糊化温度。乳化剂可与淀粉螺旋形成包合物，阻止水分子进入淀粉颗粒，因
10、而干扰糊化。 pH值：4-7之间影响小。低pH值使淀粉水解而降低糊化高峰的粘度。,图：淀粉糊化温度与含水量关系,淀粉糊化温度随着含水量降低而升高。 横坐标为含水量，纵坐标为绝对温度K。,淀粉的老化回生和凝胶,经过糊化的淀粉冷却至室温之后，会失去原有的柔软透明状态，发生沉淀或变得干硬，或形成胶冻状结构。前者称为老化回生retrogradation or staling)，后者称为凝胶(gelatinization)。 老化回生是糊化的逆反过程，但不能完全恢复到糊化之前的状态。 老化回生后的淀粉不易被淀粉酶分解，因而不易消化吸收。,淀粉老化和凝胶的机制,淀粉的凝胶和老化,淀粉老化和凝胶的影响因素,直链淀粉的含量：不含直链淀粉者不发生凝胶，也不易老化。 温度：最佳老化温度为24，60 以上或 0以下不易发生老化。 含水量：含水量3040%时最容易老化。含水低于10%或高于 乳化剂： 酸碱性：pH4以下不易发生老化。,
