第一章淀粉的结构与性质.ppt

44,单击此处编辑母版标题样式,32,28,第二级,24,第三级,20,第四级,第五级,*,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,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、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 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,C,6,H,12,O,6,。,D,型：与,L,型相对应。,C,5,上的羟基在碳原子右边者（天然产物都为,D,型）。,吡喃：,C,1,、,C,5,成的六元环，称为吡喃环；,C,1,与,C,4,成的五元环，称为呋喃环。（淀粉以吡喃环存在）。,型：,C,1,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,-1.6,糖苷键,几个概念：,还原末端,：,末端葡萄糖单位的,C,1,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：,(C,6,H,l0,0,5,),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,700,5 000,之间（表,1-1,）；,支链淀粉,平均,DP,值为,4 000,40 000,（表,1-2,）。,表,1-1,直链淀粉平均聚合度,淀粉,DPn,大米,sasanishiki,1 100,hokkaido,1 100,IR32,1 000,IR36,900,IR42,1 000,玉米,930,高直链淀粉玉米,710,小麦,1 300,栗子,1 700,西米,low viscosity,2 500,high viscosity,5 100,葛,1 500,木薯,2 600,甘薯,4 100,山药,1 200,百合,3 300,马铃薯,4 900,表,1-2,支链淀粉平均聚合度,淀粉,DPn,糯米,18 500,大米,Koshihikari,8 200,sasanishiki,12 800,hokkaido,11 000,IR32,4 700,IR36,5 400,IR42,5 800,玉米,8 200,小麦,4 800,菱,12 600,栗子,11 000,西米（,LV,）,11 800,（,HV,）,40 000,山药,6 100,马铃薯,9 800,二、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。,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。,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,100,6 000,1 000,3 000 000,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,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,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,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（,m,),3,26,5,100,2,35,4,35,3,26,直径平均值（,m,),15,33,15,20,15,比表面积（,m,2,/kg),300,110,500,200,300,密度（,g/cm,3,),1.5,1.5,1.5,1.5,1.5,每克淀粉颗粒数目（,10,6,）,1 300,100,2 600,500,1 300,二、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。,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。,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）,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,5.08,20.3,1.62,高,直链玉米,9.31,19.4,3.6,玉 米,5.18,20.1,1.1,小 麦,4.86,19.5,0.98,木 薯,-,20,-,马铃薯,-,20.5,-,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,1.5,3.08,3.5,4.07,马铃薯淀粉,7.03,12.32,65.28,95.06,三、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。,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,6272,马铃薯淀粉,5666,小麦淀粉,5864,木薯淀粉,5969,蜡质玉米淀粉,6272,2.,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。,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,1.5,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。,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,20,30,，,根类：,直链淀粉,17,20,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,表,1-11,常见淀粉直、支链淀粉的含量（）,淀粉种类,直链淀粉含量,支链淀粉含量,玉米,26,74,蜡质玉米,1,99,马铃薯,20,80,木薯,17,83,高直链玉米,50,80,20,50,小麦,25,75,大米,19,81,大麦,22,78,高粱,27,73,甘薯,18,82,糯米,0,100,豌豆（光滑）,35,65,豌豆（皱皮）,66,34,二、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,