【正文】 第二章 淀粉和淀粉深加工 天然高分子改性與應(yīng)用 淀粉是自然界植物體內(nèi)存在的一種高分子化合物。在自然界中的產(chǎn)量僅次于纖維素。植物以葉綠素為催化劑。通過光合作用將二氧化碳和水合成葡萄糖。 全世界淀粉年產(chǎn)量，在 20世紀(jì) 70年代中期為 700余萬噸，到 80年代已發(fā)展到 1800余萬噸， 90年代初突破 2022萬噸，目前已超過 3600萬噸。 日光 葉綠素 天然高分子改性與應(yīng)用 玉米淀粉 薯類淀粉 谷物淀粉 總產(chǎn)量 木薯 馬鈴薯 甘薯 小麥等 33262 表 21 1999年中國淀粉生產(chǎn)量匯總／ t 天然高分子改性與應(yīng)用 天然淀粉的來源 淀粉的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 淀粉的化學(xué)法變性加工 天然高分子改性與應(yīng)用 天然淀粉的來源 天然淀粉又稱原淀粉，其來源是依賴于植物體內(nèi)的天然合成。分布于根、塊莖、符粒、髓、果實、葉子等。 ? 1. 玉米淀粉 玉米的種植而積和總產(chǎn)量僅次于小麥和水稻而居第三位 成分 范圍 平均值 成分 范圍 平均值 水分 723 灰分 淀粉 6478 纖維 蛋白質(zhì) 814 糖 脂肪 表 22 玉米的化學(xué)成分范圍及平均值％ (質(zhì)量 ) 天然高分子改性與應(yīng)用 天然高分子改性與應(yīng)用 ? 2. 其他谷類淀粉 小麥淀粉、大米淀粉及高粱淀粉等。 ?小麥?zhǔn)鞘澜缰饕Z食作物之一，出粉率約 25%，但谷朊粉中含有 72％ 85％的蛋白質(zhì)。 ?大米，一般含淀粉 70％ 80％。 ?高梁籽粒的化學(xué)組成接近玉米，淀粉含量為 ％ ％。 天然高分子改性與應(yīng)用 ? 3. 薯類淀粉 馬鈴薯、木薯、甘薯 天然高分子改性與應(yīng)用 天然高分子改性與應(yīng)用 淀粉的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) ? 1. 淀粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)與性質(zhì) ?直鏈淀粉的聚合度約在 1006000之間。 圖 21 直鏈淀粉的結(jié)構(gòu) 例如．玉米直鏈淀粉的聚合度在 200一 1200之間，平均約 800， 馬鈴薯魚鏈淀粉的聚合度杯 1000—6000之間，平均約 3000。 天然高分子改性與應(yīng)用 直鏈淀粉 ： 葡萄糖分子以 α（ 14） 糖苷鍵縮合而成的多糖鏈。 天然高分子改性與應(yīng)用 天然高分子改性與應(yīng)用 圖 22 直鏈淀粉的螺旋形結(jié)構(gòu) 淀粉 含量 /% 玉米 27 糯玉米 0 高直鏈淀粉玉米 70以上 高粱 27 黏高粱 0 稻米 19 糯米 0 小麥 27 馬鈴薯 20 木薯 17 甘薯 18 表 23 不同品種淀粉的直鏈淀粉含量 在天然淀粉中．支鏈淀粉約占 70％一 80％ 天然高分子改性與應(yīng)用 直 鏈 淀 粉 一級結(jié)構(gòu) α（ 1→ 4） 葡萄糖 苷鍵 ?可溶于熱水 ?250~300個糖分子 ?遇碘呈 紫藍(lán)色 空間結(jié)構(gòu) 玉米淀粉顆粒 天然高分子改性與應(yīng)用 糖苷鍵的形式有多種 天然高分子改性與應(yīng)用 ?支鏈淀粉 是指在其直鏈部分仍是由 α1， 4糖苷鍵聯(lián)接的，而在其分支位置則是由 α1， 6糖苷鍵聯(lián)接。 圖 23 支鏈淀粉的結(jié)構(gòu) 天然高分子改性與應(yīng)用 ?碘的顯色反應(yīng)可用于鑒別 直鏈淀粉 和 支鏈淀粉 。 項目 直鏈淀粉 支鏈淀粉 分子形狀 直鏈分子 支鏈分子 聚合度 1006000 10003000000 尾端基 分子的一端為非還原尾端基其另一端為還原端基 分子具有一個還原尾端基和許多非還原尾端基 碘著色反映 深藍(lán)色 紅紫色 吸附碘 量 /% 1920 1 凝沉性質(zhì) 溶液不穩(wěn)定，凝沉性強(qiáng) 易溶于水，溶液穩(wěn)定，凝沉性很弱 絡(luò)合結(jié)構(gòu) 能與酸性有機(jī)物和碘生成絡(luò)合結(jié)構(gòu) 不能與極性有機(jī)物和碘生成絡(luò)合結(jié)構(gòu) X光衍射分析 高度結(jié)晶 無定型 乙酰衍生物 能制成強(qiáng)度很高的纖維如薄膜 制成的薄膜很脆弱 表 25 直鏈淀粉和支鏈淀粉的比較 天然高分子改性與應(yīng)用 天然高分子改性與應(yīng)用 ? 2. 淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)及物理性狀 圖 24 玉米淀粉顆粒 (光學(xué)顯微鏡 ) 圖 25 玉米淀粉顆粒 (掃描電子顯微鏡 ) 天然高分子改性與應(yīng)用 玉米淀粉顆粒經(jīng)過 α –淀粉酶水解后的電鏡照片： (a, c, e) 掃描電鏡 , (b, d, f) 透射電鏡。 (a) 和 (b) 示出高直鏈淀粉被水解 50％以后的顯微照片； (c) 和 (d) 示出普通玉米淀粉水解程度達(dá)到 15％的照片； (e) 和 (f) 示出蠟質(zhì)玉米淀粉水解 22％后的顯微照片。 短橫表示 1 mm 淀粉大分子顆粒模型示意圖 天然高分子改性與應(yīng)用 圖 26 天然淀粉的 X射線衍射圖樣 (線的粗細(xì)表示相對強(qiáng)度 ) 結(jié)晶結(jié)構(gòu)占顆粒體積的 25%50%，其余為無定形 淀粉的化學(xué)反應(yīng)主要發(fā)生在無定形結(jié)構(gòu)區(qū) 天然高分子改性與應(yīng)用 天然高分子改性與應(yīng)用 淀粉的玻璃化轉(zhuǎn)變 玻璃化溫度 (Tg)是非品態(tài)高聚物的重要特征，它反映分子 鏈段開始運動的溫度。一般高聚物難以形成 100％的結(jié)晶，因此總有非品區(qū)的存在，即存在對應(yīng)的玻璃化轉(zhuǎn)變。在高聚物發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時，許多物理性質(zhì)發(fā)生急劇變化，例如比容、折射率、形變、熱容等。在只有兒度范圍的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間前后，高聚物的模量將改變 3—4數(shù)量級，使材料從堅硬的固體轉(zhuǎn)變成柔軟的彈性體，完全改變了材料的使用性能。 天然高分子改性與應(yīng)用 量熱法和差示掃描量熱分析 是表征玻璃化轉(zhuǎn)變的非常有效的方法。 淀粉受熱時的物理化學(xué)變化包括物化、熔融、坡確化轉(zhuǎn)變、結(jié)晶、晶型的轉(zhuǎn)變、體積膨脹、分子降解等，比一般的高聚物要復(fù)雜得多，因而會導(dǎo)致測試結(jié)果小 —致。例如， 當(dāng)小麥淀粉的含水量在 13％一 18． 7％時，玻璃化溫度 (Tg)在 30一90℃ 的范圍內(nèi)； 同時推測當(dāng)含水量超過 20％時，淀粉的 Tg將低于室溫。 然而，也發(fā)現(xiàn)當(dāng)含水量為 55％時，淀粉的 Tg在； o一 85的范圍 。 天然高分子改性與應(yīng)用 ? 3. 淀粉的膠體化學(xué)性質(zhì) ? 淀粉的密度約為 (含水分 10％ 20％ )； ?將其倒人冷水中，經(jīng)攪拌可以得到乳白色、不透明的懸浮液，停止攪拌淀粉就慢慢沉淀； ?而將淀粉倒入熱水中，淀粉顆粒受熱膨脹，若繼續(xù)加熱，淀粉顆粒高度膨脹，當(dāng)加熱到一定溫度時