第2章淀粉生产与淀粉制糖

1、1 淀粉的理化性质 2 淀粉提取工艺 3 淀粉糖及其加工 4 变性淀粉 1.1 颗粒性质 1.2 吸附 1.3 糊化与凝沉 1.4 化学性质 1.1 淀粉的颗粒性质 1.1.1 淀粉颗粒的形貌 第2章淀粉生产与淀粉制糖 1.1.1 淀粉颗粒的形貌淀粉颗粒的形貌 大小： 用范围来描述 以m来计量 形状： 用描述性语言来表述 淀粉颗粒的大小和形状 是判断淀粉种类的依据之一 第2章淀粉生产与淀粉制糖 淀粉粒淀粉粒 来源来源 粒径极限粒径极限 范围（范围（m） 平均值平均值 （m） 淀粉粒淀粉粒 来源来源 粒径极限粒径极限 范围（范围（m） 平均值平均值 （m） 玉米42615大麦63518 马铃薯1

2、512033高粱32713 木薯155025芭蕉芋105528 小麦33820藕粉94022 大米295葛根粉84224 薯类淀粉颗粒微观形态 偏光显微形态 普通光学形态 第2章淀粉生产与淀粉制糖 偏光显微形态 普通光学显微形态 玉米淀粉颗粒的微观形态 第2章淀粉生产与淀粉制糖 淀粉粒在偏光显微镜下观察,具有双折射性,在 淀粉颗粒表面可以看到以粒心为中心的黑色十字, 称为偏光十字。 可用来判断淀粉粒内部的晶体结构方向。 加热淀粉粒，偏光十字消失。 1.1.3 轮纹结构轮纹结构 在淀粉颗粒表面具有的类似贝壳状的辉纹的结构。 是淀粉颗粒晶体结构的又一特征是淀粉颗粒晶体结构的又一特征 板栗 第2章淀

3、粉生产与淀粉制糖 1.1.3 轮纹结构轮纹结构 1 单粒 2 半复粒 3 复粒 第2章淀粉生产与淀粉制糖 淀粉颗粒在形成 过程中,由于生长速 度和时期的不同,晶 体结构表现出不同 的致密程度,可通过 X-射线衍射手段来 分析晶体结构的特点 吸附现象产生的本质 直链淀粉分子和支链 淀粉分子空间结构不 同。 直直 链链 淀淀 粉粉支支 链链 淀淀 粉粉 化学键 -1,4-1,4與-1,6 分子数数百至上千上千至数千 溶解度佳较差 粘性不强强 碘蓝紫色红褐色 胶体形成性大 ；水溶性強小 分布內部外围 含量1520%8085% 直链淀粉 分子在高温溶液中分子伸展，极性集团暴露， 很容易与一些极性有机化

4、合物通过氢键缔合，形 成螺旋状结晶复合体。 支链淀粉 分子结构呈树枝状，存在空间障碍，不易与 其他化合物形成复合体沉淀。 直链淀粉: 蓝色 支链淀粉: 紫色红色 淀粉分子结构不同,形成螺旋程 度不同,结合碘分子的量不同! 糊化温度 淀粉乳 淀粉糊 加热 淀粉颗粒溶解 到冷水中形成 的悬浮液 淀粉颗粒在热水中 形成的胶体溶液 几种常见淀粉的糊化温度几种常见淀粉的糊化温度 第2章淀粉生产与淀粉制糖 化合物对淀粉糊化温度的影响化合物对淀粉糊化温度的影响 第2章淀粉生产与淀粉制糖 淀粉胶体在长时间放置或突然降温的 条件下,溶解度降低，形成沉淀或者浑 浊的现象。 淀粉的凝沉作用在固态下也会发生， 表现在

5、淀粉制品失去原有的柔软性。 淀粉凝沉的化学本质 淀粉颗粒再 次形成晶体 的过程 在温度逐渐降低的情况下，溶液中的淀粉分子运动减弱，分子链趋 向于平行排列，相互靠拢，彼此以氢键结合形成大于胶体的质点而沉淀。 因淀粉分子有很多羟基，分子间结合得特别牢固，以至不再溶于水中， 也不能被淀粉酶水解。 第2章淀粉生产与淀粉制糖 分子构造 分子大小 直链淀粉分子与支链淀粉分子的比例 溶液浓度 溶液pH及无机盐类 冷却速度 在测定开始阶段，因为淀粉颗粒不能溶在测定开始阶段，因为淀粉颗粒不能溶 于冷水，粘度不变于冷水，粘度不变 (a)。 当温度开始升高时，淀粉颗粒开始吸水当温度开始升高时，淀粉颗粒开始吸水 溶胀

6、溶胀 (b)。 因为淀粉颗粒体积增大，因为淀粉颗粒体积增大， 互相碰撞、互相碰撞、 摩擦加剧，导致粘度增加摩擦加剧，导致粘度增加 (b)。 除此之外，越来越多的微粒从淀粉颗粒上除此之外，越来越多的微粒从淀粉颗粒上 被溶解下来，被溶解下来， 导致液体的粘度升高导致液体的粘度升高 。 淀粉颗粒在液体中忽降粘联。于是，粘淀粉颗粒在液体中忽降粘联。于是，粘 度进一步升高度进一步升高 (d)。 当大部分被溶解，而分子仍然保持完整当大部分被溶解，而分子仍然保持完整 没有被破坏时，此时的粘度为最大粘度没有被破坏时，此时的粘度为最大粘度 因为温度升高分子间化学键被破坏。溶解的淀粉和周因为温度升高分子间化学键被

7、破坏。溶解的淀粉和周 围的凝胶在机械搅拌作用下被打断围的凝胶在机械搅拌作用下被打断 (e)。于是，粘度升。于是，粘度升 高和降低再次达到平衡。高和降低再次达到平衡。 粘度曲线表现为最大值。粘度曲线表现为最大值。 在测定的最后阶段在测定的最后阶段 (冷却冷却)，被溶解的松散的分，被溶解的松散的分 子重新规则排列子重新规则排列 回生回生)， 粘度再次升高粘度再次升高 (g)。 粘度粘度温度温度 升温升温 保温保温 降温降温 糊化起始糊化起始 糊化起始糊化起始 （粘度开始增加的温度）（粘度开始增加的温度） 粘度粘度温度温度 升温升温保温保温降温降温 糊化起始糊化起始 最大糊化最大糊化 最大糊化最大糊

8、化 （曲线第一次达到最高点时的（曲线第一次达到最高点时的 粘度和对应的温度）。这一点指产品在粘度和对应的温度）。这一点指产品在 蒸煮过程中所达到的粘度。蒸煮过程中所达到的粘度。 粘度粘度 温度温度 升温升温恒温恒温降温降温 糊化起始糊化起始 最大糊化最大糊化 糊化温度越低，淀粉完全糊化需要的能量越小。糊化温度越低，淀粉完全糊化需要的能量越小。 粘度粘度 温度温度 升温升温恒温恒温降温降温 糊化起始糊化起始 最大糊化最大糊化 升温终点粘度升温终点粘度 粘度粘度 温度温度 升温升温恒温恒温降温降温 糊化起始糊化起始 最大糊化最大糊化 升温终点粘度升温终点粘度 降温起点粘度降温起点粘度 粘度粘度 温

9、度温度 升温升温恒温恒温降温降温 糊化起始糊化起始 最大粘度最大粘度 升温终点粘度升温终点粘度 降温起点粘度降温起点粘度 在这一段持续高温作用下粘度的变化能 反应糊化淀粉在温度和剪切作用下的耐 受能力。 粘度粘度 温度温度 升温升温恒温恒温降温降温 糊化起始糊化起始 最大糊最大糊 化化 升温终点粘度升温终点粘度 降温起点粘度降温起点粘度 淀粉种类不同，粘度降低的程度也不同。 稳定性好和糊化温度高的淀粉在这一阶 段能够保持粘度甚至粘度增加。 粘度粘度 温度温度 升温升温保温保温降温降温 糊化起始糊化起始 最大糊化最大糊化 升温终点粘度升温终点粘度 降温起点粘度降温起点粘度 降温终点粘度降温终点粘

10、度 粘度粘度 温度温度 升温升温恒温恒温降温降温 糊化起始糊化起始 最大糊化最大糊化 升温终点粘度升温终点粘度 降温起点粘度降温起点粘度 降温终点粘度降温终点粘度 回生值回生值 淀粉在降温终点粘度的增加能反应淀 粉的浓度增加能力。 水解 氧化 成酯 烷基化 淀粉化学性质是制作淀粉糖和变性淀 粉的理论依据。 2.1 原理 淀粉颗粒不溶解于冷水 淀粉颗粒比重大于水 淀粉与其他成分比重不同 玉玉 米米清清 理理浸浸 泡泡 粗粗 磨磨胚芽分离胚芽分离 精精 制制 细细 磨磨 纤维素分离纤维素分离 蛋白质分离蛋白质分离干干 燥燥 玉米淀粉玉米淀粉 目的 改变胚乳的结构和物理化学性质 削弱淀粉的粘着力 降

11、低籽粒的机械强度 浸泡出部分可溶解的物质 抑制微生物的有害活动 浸泡液浸泡液： 0.200.25%亚硫酸溶液 浸泡方法浸泡方法：逆流浸泡法 浸泡参数浸泡参数： 时间：10 12h （60%），30 40h（10%） 温度：48 50（原料佳），50 55（原料劣） 浸泡效果：浸泡效果： 含水分：40 45%（湿基） 可溶性物质含量2.5% 酸度70mL（0.1N NaOH滴定100克干物质消耗的数量） 籽粒可以用两手挤裂，胚芽完整脱出，不粘附胚乳或果皮 玉玉 清清 理理浸浸 泡泡 粗粗 磨磨 胚芽分离胚芽分离 精精 制制 细细 磨磨 纤维素分离纤维素分离 蛋白质分离蛋白质分离干干 燥燥 玉米淀

12、粉玉米淀粉 胚芽中含有5055%的脂肪。 胚芽磨碎会导致生产过程中，淀粉中的脂 肪含量增加，使机器和筛子的工作表面粘附油 脂，淀粉乳的品质劣变。 胚芽分离设备：胚芽旋液分离器 玉玉 米米 清理清理浸浸 泡泡 粗粗 磨磨胚芽分离胚芽分离 精精 制制 细细 磨磨 纤维素分离纤维素分离 蛋白质分离蛋白质分离干干 燥燥 玉米淀粉玉米淀粉 筛分：曲面筛 六角筛 2.2.4 蛋白质分离 离心 沉降 流槽 玉玉 米米清清 理理浸浸 泡泡粗粗 磨磨胚芽分离胚芽分离 精精 制制 细细 磨磨 纤维素离纤维素离 蛋白质离蛋白质离 干干 燥燥玉米淀粉玉米淀粉 浸泡液浸泡液 纤维素纤维素 胚胚 芽芽 蛋白质蛋白质 含义

13、 淀粉糖是以淀粉为原料，在催化 剂作用下经水解反应生成的葡萄糖、 果葡糖、麦芽糖及其混合物的总称。 种类 淀粉糖的成分大致有糊精、麦芽糖、 葡萄糖三种。 淀粉转化产物中，直接还原糖（通常以葡萄 糖计）占总固形物含量的百分比。通常用来表 示淀粉的分解程度。 按照转化程度的高低，淀粉糖分为： 低转化糖浆 DE20 中转化糖浆 38 DE42 高转化糖浆 60 DE70 结晶葡萄糖 全糖 高转化糖浆 中转化糖浆 低转化糖浆（麦芽糊精） 果葡糖浆 麦芽糖浆（饴糖 ） 甜度 粘度 溶解度 结晶性 吸湿性和保湿性 渗透压 发酵性 化学稳定性 风味 品品 种种相对甜度相对甜度 蔗糖蔗糖1.01.0 果糖果糖

14、1.51.5 葡萄糖葡萄糖0.70.7 麦芽糖麦芽糖0.50.5 乳糖乳糖0.40.4 木糖醇木糖醇1.01.0 麦芽糖醇麦芽糖醇0.90.9 果葡糖浆（果葡糖浆（42%42%转化率）转化率）1.01.0 淀粉糖浆（淀粉糖浆（42DE42DE）0.50.5 淀粉糖浆（淀粉糖浆（52DE52DE）0.60.6 淀粉糖浆（淀粉糖浆（62DE62DE）0.70.7 淀粉糖浆（淀粉糖浆（70DE70DE）0.80.8 甜度 粘度 溶解度 结晶性 吸湿性和保湿性 渗透压 发酵性 化学稳定性 风味 常用工艺： 酸糖化工艺 酶液化和酶糖化工艺 机理 淀粉乳加入稀酸后加热，经糊化、溶 解，进而葡萄糖苷链裂解，

15、形成各种聚合 度的糖类混合溶液。在稀溶液的情况下， 最终将全部变成葡萄糖。在此反应中，酸 仅起催化作用。 酸的种类和浓度 淀粉乳浓度 温度、压力、时间 液化 液化是使糊化后的淀粉发生部分水解，暴 露出更多可被糖化酶作用的非还原性末端。 是利用液化酶使糊化淀粉水解到糊精和低聚 糖程度，使粘度降低，流动性增高。 1、根据来源分： 麦芽（淀粉酶，植物） 唾液淀粉酶，胰液淀粉酶（人、动物） 细菌（枯草杆菌、芽孢杆菌）、霉菌淀粉酶（微生物） 2、根据作用形式分： 内部作用：淀粉酶 外部作用（末端作用）：淀粉酶，葡萄糖淀粉酶 淀粉酶(水解-1,4糖苷键,产物为型) 淀粉酶(水解-1,4，-1,3，-1,6

16、，产物为型) 葡萄糖淀粉酶(水解-1,4,产物为型，从非还原端开始) 切枝酶(水解-1,6糖苷键，异淀粉酶、普鲁兰酶等) 环状糊精酶(可以用作乳化剂，具有保香的效果，但是亲 水性不是很好) 麦芽四糖和麦芽六糖生成酶 葡萄糖基转移酶(葡萄糖-1,6糖苷键异麦芽糖, 异麦芽三糖等) 淀粉酶 性质：性质： 最佳作用温度80左右（耐中温90-100，耐高温110）， 最佳作用pH56。 金属酶类，Ca+可以维持酶分子的构象，保持最大活力和 稳定性。 MW：50000，PI4.0，-SH含量少，耐热性好 用途：用途： 淀粉糖工业，制造葡萄糖、高浓度麦芽糖、果葡糖浆等的生成。 淀粉酶广泛存在于植物和微生物

17、中。 最佳作用温度60左右，最佳作用pH56。 目前工业上应用的主要来源于植物，植物来源 的淀粉酶对淀粉的水解率一般在60-65左右。 MW：58000左右（514个AA组成），PI5-6 淀粉糖工业，啤酒工业（糖化阶段）。 最佳作用温度5060左右，最佳作用pH45。 葡萄糖淀粉酶主要来源于黑霉菌、根霉等微生物， MW：5万6万，是一种糖蛋白，含糖1423% 葡萄糖淀粉酶作用时，产物构型受到底物浓度和温度的 影响较大，当底物浓度和反应温度提高的话，产物的异构 化程度提高，葡萄糖含量下降。 用途 淀粉糖工业，在酸酶法、双酶法生成工艺中，用于生成高 纯度的葡萄糖。 淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶葡萄糖

18、淀粉酶葡萄糖淀粉酶 1，4糖苷键糖苷键 1，6糖苷键糖苷键（跨越）（跨越） 水解方式水解方式内内外外外外 产物构型产物构型型型型型型型 跨越磷酸酯键跨越磷酸酯键+（）看来源（）看来源 粘度变化粘度变化快快慢慢慢慢 与碘的显色消失程度与碘的显色消失程度快快慢慢慢慢 结晶含水-葡萄糖 淀粉 结晶无水-葡萄糖 高度水解 控制水解 结晶无水-葡萄糖 葡萄糖液 氢化 淀粉糖 全糖 异构化 山梨醇 中转化糖浆（DE3842） 高转化糖浆（DE6070） 麦芽糖浆 果葡糖浆（果糖 42%） 氢化 色谱分离 氢化糖浆 结晶 结晶果糖 果糖液 氢化 混合 果葡糖浆（果糖 90%） 麦芽糖醇 各种不同的淀粉水解糖

19、化产品的生产过程示意图 -淀粉酶 属于内切酶。可水解-1，4糖苷键，不能水 解-1，6糖苷键，但是能越过-1，6糖苷键，继 续水解-1，4糖苷键。 水解产物： 异麦芽糖、 含有-1，6糖苷键、聚合度为 34的低聚糖和糊精。 葡萄糖淀粉酶 从非还原性末端开始水解-1，4糖苷键最终 水解产物为葡萄糖也可水解淀粉的初级水解 物产生-葡萄糖。 淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶 1，4糖苷键糖苷键 1，6糖苷键糖苷键（跨越）（跨越） 水解方式水解方式内内外外外外 产物构型产物构型型型型型型型 跨越磷酸酯键跨越磷酸酯键+（）看来（）看来 源源 粘度变化粘度变化快快慢慢慢慢 与碘的显色消失程度与碘的显色消失程度 快快慢慢慢慢 采用物理方法、化学方法以及生物化学方 法，使原淀粉的结构、物理性质和化学性质改