第一章淀粉的结构与性质

1、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吉林工商学院生物工程学院生物工程学院20132013年年2 2月月淀粉制品工艺学 绪论绪论 第一章第一章 淀粉结构与性质淀粉结构与性质 第二章第二章 湿法玉米淀粉提取工艺湿法玉米淀粉提取工艺 第三章第三章 玉米淀粉副产品综合利用玉米淀粉副产品综合利用 第四章第四章 薯类淀粉提取工艺薯类淀粉提取工艺 第五章第五章 其他谷类淀粉提取工艺其他谷类淀粉提取工艺 第六章第六章 低脂玉米粉生产技术低脂玉米粉生产技术 第七章第七章 淀淀粉糖生产工艺基本粉糖生产工艺基本 第八章第八章 淀粉糖品生产工艺淀粉糖品生产工艺 第九章第九章 变性淀粉生产工

2、艺变性淀粉生产工艺 优秀课程电子教案优秀课程电子教案 目录目录第一章 淀粉的结构与性质绪绪 论论l淀粉：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）l淀粉制品种类与应用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、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）

3、、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绪 论论 一、淀粉资源一、淀粉资源l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（书1、2、3、4标题，自学）标题，自学）第一章 淀粉的结构与性质绪绪 论论淀粉资源：玉米淀粉资源：玉米淀粉颗粒：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绪 论论 淀粉资源：薯类淀粉资源

4、：薯类甘薯甘薯马铃薯马铃薯木薯木薯第一章 淀粉的结构与性质绪绪 论论二、世界淀粉深加工产业现状与发展趋势二、世界淀粉深加工产业现状与发展趋势l 美国：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三、国内淀粉工业现状与发展趋势l 国内淀粉工业发展历程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：特点：加工规模化、产品多元化。第一章 淀粉的结构与性质绪绪 论论l国内淀粉工业发展趋势国内淀粉工业发展趋势加快产业结

5、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。注：发酵技术参看其它专著。第一章第一章淀粉结构与性质第一章 淀粉的结构与性质第一节第一节 淀粉的分子结构淀粉的分子结构 一、淀粉分子的基本构成单位一、淀粉分子的基本构成单位1-D-吡喃葡萄糖。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： C

6、1上的-OH在右边的为型，反之为型。 第一章 淀粉的结构与性质l六角平面环状结构：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糖苷键第一章 淀粉的结构与性质几个概念：几个概念：n还原末端还原末端：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1-2n非还原末端非还原末端：不含有游离-羟基的末端不具有还原性，称为 。n淀粉分子式：淀粉分子式：(C6Hl005)nn聚合度：聚合度：组成淀粉分子葡萄糖残基的数量，用DP表示。 直链淀粉直链淀粉 平均聚合度约在70

7、05 000之间（表1-1）； 支链淀粉支链淀粉 平均DP值为4 00040 000（表1-2）。第一章 淀粉的结构与性质表表1-1 直链淀粉平均聚合度直链淀粉平均聚合度淀粉淀粉DPn大米大米sasanishiki1 100 hokkaido1 100IR321 000IR36900IR421 000玉米玉米930高直链淀粉玉米高直链淀粉玉米710小麦小麦1 300栗子栗子1 700西米西米low viscosity2 500 high viscosity5 100葛葛1 500木薯木薯2 600甘薯甘薯4 100山药山药1 200百合百合3 300马铃薯马铃薯4 900表表1-2 支链淀粉平

8、均聚合度支链淀粉平均聚合度淀粉淀粉DPn 糯米糯米18 500大米大米Koshihikari8 200 sasanishiki12 800 hokkaido11 000IR324 700IR365 400IR425 800玉米玉米8 200小麦小麦4 800菱菱12 600栗子栗子11 000西米（西米（LV）11 800 （HV）40 000山药山药6 100马铃薯马铃薯9 800第一章 淀粉的结构与性质二、直链淀粉的分子结构二、直链淀粉的分子结构1.直链淀粉分子的直链淀粉分子的分支分支结构结构直链淀粉分子组成：直链淀粉分子组成：u线状分子，占线状分子，占64%。u轻度分支线状分子，占轻度分

9、支线状分子，占36%（含（含420个短链）个短链）注意：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。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。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：掌握：直链淀粉分子以螺旋存在，每一螺旋周期包含直链淀粉分子以螺旋存在，每一螺旋周期包含6个个-D-吡喃葡萄吡喃葡萄糖残基。糖残基。在稀溶液中有三种形式空间构象，如图在稀溶液中有三种形式空间构象，如图1-6。第一章 淀粉的结构与性质三、支链淀粉的分子结构三、支链淀粉的分子结构结构

10、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：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表1-3 直链淀粉和支链淀粉结构、性质比较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1006 0001 0003 000 000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19201凝沉性质凝沉

11、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第二节 淀粉颗粒淀粉颗粒 一、淀粉颗粒的形状一、淀粉颗粒的形状l淀粉颗粒：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。l特点：特点：植物种类不同，淀粉颗粒的形状和大小也不同。l形状：形状：如表1-4，用于判断品种l大小：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

12、玉米玉米350马铃薯马铃薯350小麦350玉米玉米1500玉米玉米5000马铃薯马铃薯1500小麦5000木薯木薯1500芭蕉芋芭蕉芋3000高粱5000稻米5000高直链玉米高直链玉米1500第一章 淀粉的结构与性质表表1-4 淀粉颗粒的形态特性淀粉颗粒的形态特性主要性质主要性质玉米淀粉玉米淀粉马铃薯淀粉马铃薯淀粉小麦淀粉小麦淀粉木薯淀粉木薯淀粉蜡质玉米淀粉蜡质玉米淀粉淀粉的类型淀粉的类型谷物种子谷物种子块茎块茎谷物种子谷物种子根根谷物种子谷物种子颗粒形状颗粒形状圆形、多角形圆形、多角形椭圆形、球形椭圆形、球形圆形、扁豆形圆形、扁豆形圆形、截头圆圆形、截头圆形形圆形、多角形圆形、多角形直径范

13、围（直径范围（m)3265100235435326直径平均值（直径平均值（m)1533152015比表面积（比表面积（m2/kg)300110500200300密度（密度（g/cm3)1.51.51.51.51.5每克淀粉颗粒数目每克淀粉颗粒数目（106）1 3001002 6005001 300第一章 淀粉的结构与性质二、淀粉颗粒的轮纹结构二、淀粉颗粒的轮纹结构定义：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：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三、淀粉颗粒的偏光十字

14、定义：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：产生原因：晶体结构。应用：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 淀粉的结构与性质偏光十字偏光十字第一章 淀粉的结构与性质四、淀粉颗粒的微结晶结构四、淀粉颗粒的微结晶结构1.淀粉颗粒的微结晶结构淀粉颗粒的微结晶结构 要点：要点：n淀粉颗粒由结晶区和无定形区组成，图1-9 。n淀粉形成微晶束，如图1-10。第一章 淀粉的结构与性质n微晶束呈放射状排列，图1-11。n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-

15、12第一章 淀粉的结构与性质2.淀粉颗粒的结晶化度淀粉颗粒的结晶化度 结晶化度定义：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第三节 淀粉的理化性质淀粉的理化性质一、淀粉的吸附性质一、淀粉的吸附性质1.对极性有机溶剂的吸附对极性有机溶剂的吸附 u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。u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。p与脂肪酸结合：不利影响润

16、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）第一章 淀粉的结构与性质2.对碘的吸附对碘的吸附 u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。u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。表表1-7 每每100g淀粉结合碘量（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、淀粉的溶解度二、淀粉的溶解度n定义：在一定温度下，在水中加热3

17、0min后，淀粉分子的溶解质量百分比。表表1-8 不同温度下淀粉颗粒的溶解度（）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、淀粉的润胀三、淀粉的润胀定义：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：特点：u润胀可逆，干燥可复原。u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、淀粉的糊化四、淀粉的糊化1.糊化概念糊化概念n糊化：糊化：在湿热作用下淀粉颗粒膨胀、溶解的现象。在湿热作用下淀粉颗粒膨胀、溶解的现象。n糊化开始温度：

18、糊化开始温度：淀粉颗粒开始出现糊化的温度；淀粉颗粒开始出现糊化的温度；n糊化完成温度：糊化完成温度：所有颗粒被糊化的温度。所有颗粒被糊化的温度。p注意：注意：糊化温度是一个温度范围。糊化温度是一个温度范围。表表1-8 几种淀粉的糊化温度几种淀粉的糊化温度淀粉淀粉糊化温度（糊化温度（）玉米淀粉6272马铃薯淀粉5666小麦淀粉5864木薯淀粉5969蜡质玉米淀粉6272第一章 淀粉的结构与性质2.糊化过程和糊化实质糊化过程和糊化实质l 过程：过程：分润胀、有形溶胀、颗粒支解成离散分子三个分润胀、有形溶胀、颗粒支解成离散分子三个阶段阶段 l 实质：实质：在湿、热作用下，破坏淀粉颗粒内分子链间的在湿

19、、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。氢键，晶体被破坏，分子链变成无序甚至离散的状态。p 热的作用：热的作用：增加分子振动的能量，以拆散氢键增加分子振动的能量，以拆散氢键p 湿的作用：湿的作用：水分子代替另一条淀粉链形成氢键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淀粉糊化的测定方法 偏光十字法偏光十字法u目的：目的：测定糊化温度。u原理：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。u设备：设备：kofler热台显微镜。u操作：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

20、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 黏度测定法黏度测定法 l目的：目的：获得多项淀粉糊化参数l原理：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。l设备：设备：布拉班德黏度仪l方法：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p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 淀粉的结构与性质第一章 淀粉的结构与性质各点意义及查取参数如书第一章 淀粉的结构与性质4.影响淀粉糊化的因

21、素影响淀粉糊化的因素 晶体结构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） 糖类糖类D-葡萄糖、D-果糖和蔗糖能抑制小麦淀粉颗粒溶胀。第一章 淀粉的结构与性质五、淀粉的回生五、淀粉的回生1.回生的概念与本质回生的概念与本质u概念：糊化的淀粉放置一定时间后出现凝沉的现象。u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.回生机理回生机理u直链淀粉：便于平行取向，易结晶，是分子间氢键。u 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1-173.各种淀粉的回生速各种淀粉的回生速（图（图1-18）4.影响淀粉回生的因素影响淀粉回生的因素（P23）第一章 淀粉的结构与性质六、淀粉颗粒的膨胀能力和临界浓度六、淀粉颗粒的膨胀能力和临界浓度概念