第一章 淀粉的结构与性质

第一章淀粉的结构与性质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第一章淀粉的结构与性质绪论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Ｃ、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。第一章淀粉的结构与性质第一章淀粉的结构与性质绪论一、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）第一章淀粉的结构与性质绪论淀粉资源：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。第一章淀粉的结构与性质绪论淀粉资源：薯类甘薯马铃薯木薯第一章淀粉的结构与性质绪论二、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。第一章淀粉的结构与性质绪论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章淀粉的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．α-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）。α型：C1上的-OH在右边的为α型，反之为β型。第一章淀粉的结构与性质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。第一章淀粉的结构与性质2．淀粉分子的构成直链淀粉α-1.4糖苷键支链淀粉α-1.6糖苷键第一章淀粉的结构与性质几个概念：还原末端：末端葡萄糖单位的C1有游离α-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α-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700～5000之间（表1-1）；支链淀粉平均DP值为4000～40000（表1-2）。第一章淀粉的结构与性质表1-1直链淀粉平均聚合度淀粉DPn大米sasanishiki1100hokkaido1100IR321000IR36900IR421000玉米930高直链淀粉玉米710小麦1300栗子1700西米lowviscosity2500highviscosity5100葛1500木薯2600甘薯4100山药1200百合3300马铃薯4900表1-2支链淀粉平均聚合度淀粉DPn糯米18500大米Koshihikari8200sasanishiki12800hokkaido11000IR324700IR365400IR425800玉米8200小麦4800菱12600栗子11000西米（LV）11800（HV）40000山药6100马铃薯9800第一章淀粉的结构与性质二、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4～20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。图1-3水稻直链淀粉的分支分子和线状分子0.360.64线状(800)DPn第一章淀粉的结构与性质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：⑴直链淀粉分子以螺旋存在，每一螺旋周期包含6个α-D-吡喃葡萄糖残基。⑵在稀溶液中有三种形式空间构象，如图1-6。图1-6直链淀粉在稀溶液中的构象螺旋形间断螺旋形无规则线团第一章淀粉的结构与性质三、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α-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。第一章淀粉的结构与性质表1-3直链淀粉和支链淀粉结构、性质比较结构、性质直链淀粉支链淀粉分子形状直链分子支叉分子聚合度100~60001000~3000000末端基分子的一端为非还原末端基，另一端为还原末端基分子具有一个还原末端基和许多非还原末端基碘着色反映深蓝色紫红色吸收碘量19％～20％＜1％凝沉性质凝沉性强，溶液不稳定凝沉性很弱，溶液稳定络合结构能与极性有机物和碘生成络合物不能X-光衍射分析高度结晶结构无定形结构乙酰衍生物能制成强度很高的纤维和薄膜制成的薄膜很脆弱四、直链淀粉和支链淀粉结构、性质比较第一章淀粉的结构与性质第二节淀粉颗粒一、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。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第一章淀粉的结构与性质玉米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第一章淀粉的结构与性质表1-4淀粉颗粒的形态特性主要性质玉米淀粉马铃薯淀粉小麦淀粉木薯淀粉蜡质玉米淀粉淀粉的类型谷物种子块茎谷物种子根谷物种子颗粒形状圆形、多角形椭圆形、球形圆形、扁豆形圆形、截头圆形圆形、多角形直径范围（μm)3~265~1002~354~353~26直径平均值（μm)1533152015比表面积（m2/kg)300110500200300密度（g/cm3)1.51.51.51.51.5每克淀粉颗粒数目（×106）130010026005001300第一章淀粉的结构与性质二、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。第一章淀粉的结构与性质单粒复粒半复粒假复粒图1-8淀粉粒轮纹示意图偏光十字第一章淀粉的结构与性质四、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。图1-9球状微晶中淀粉链的排列结晶区域非结晶区域湿润状态（水分45%）100-110。A图1-10淀粉微粒晶束结构。A第一章淀粉的结构与性质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图1-12酸水解无定形区模型图1231胶体相2空间3微晶体酸第一章淀粉的结构与性质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。表1-6不同植物淀粉的结晶化度淀粉种类结晶化度（％）淀粉种类结晶化度（％）小麦36高直链淀粉玉米24稻米38马铃薯28玉米39木薯38糯玉米39甘薯37第一章淀粉的结构与性质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）直链淀粉螺旋图1-13直链淀粉分子与脂肪酸生成络合物脂肪酸链C-O-CH2CHOH--O-CHOH-2第一章淀粉的结构与性质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。表1-7每100g淀粉结合碘量（g）淀粉品种全淀粉直链淀粉支链淀粉大米5.0820.31.62高直链玉米9.3119.43.6玉米5.1820.11.1小麦4.8619.50.98木薯-20-马铃薯-20.5-第一章淀粉的结构与性质二、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。表1-8不同温度下淀粉颗粒的溶解度（％）淀粉品种70℃80℃85℃90℃玉米淀粉1.53.083.54.07马铃薯淀粉7.0312.3265.2895.06第一章淀粉的结构与性质三、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。第一章淀粉的结构与性质四、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。表1-8几种淀粉的糊化温度淀粉糊化温度（℃）玉米淀粉62~72马铃薯淀粉56~66小麦淀粉58~64木薯淀粉59~69蜡质玉米淀粉62~72第一章淀粉的结构与性质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第一章淀粉的结构与性质3.淀粉糊化的测定方法⑴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。（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）第一章淀粉的结构与性质⑵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1.5℃／min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。第一章淀粉的结构与性质min时间()306090120150180050010001500200025003000BU黏度()温度()℃5070959550马铃薯淀粉图1-14几种淀粉的黏度曲线淀粉乳浓度8%木薯淀粉玉米淀粉小麦淀粉第一章淀粉的结构与性质ABCDEFG01002003