淀粉制品变性淀粉14节课件

第七章 变性淀粉第一节第一节 绪论绪论l一、基础知识一、基础知识l1、淀粉变性的目的、淀粉变性的目的l原淀粉的许多固有性质限制了淀粉在工业中的应用：如冷水不溶性，糊液在热酸、剪切作用下不稳定，淀粉颗粒的流动性，淀粉糊透明性差、易凝沉、冷却成凝胶等，因此有必要根据淀粉的结构和理化性质进行处理，使之符合应用的要求。基础知识l人们根据淀粉的结构和理化性质开发了淀粉的变性技术，即运用物理的、化学的或生物学的手段进行处理，使其具有更适合某种特殊用途的性质，这一过程称为淀粉的变性，其产品称为变性淀粉变性淀粉。l通过分子切断、重排、氧化或在淀粉分子中引入取代基制得性质发生变化、加强或具有新的性质的淀粉衍生物。2、淀粉变性的可能性l淀粉分子中具有许多醇羟基，它们反应活性高，能与许多化学试剂起反应可能引进多种基团生成酯或醚，或与具有多元官能基的化合物起反应得交联淀粉，或与人工合成的高分子单体经接枝共聚反应得共聚物。淀粉是高分子聚合物，易被外界因素(物理、化学、酶)的作用发生结构断裂，最后生成降解物，而导致性质的改变。3、淀粉变性的内容（或途径）l(1)破坏淀粉分子的部分或者全部结构、松动颗粒组织、降低分子量;l(2)赋予淀粉冷水成糊性，提高或降低糊化温度和水溶解度，改善其疏水性、保水性、增稠性、黏度及其稳定性、弹性和抗剪切性;l(3)引进化学基团，使淀粉具有阴、阳或两性离子的特性，改变其对别的物质的亲和性，强化其反应活性;淀粉变性的内容l(4)通过交联技术加强淀粉糊的稳定性，尤其强化抗机械剪切力;l(5)通过物理或化学诱发，与其他单体进行接枝共聚，明显加大了淀粉的吸水性;l(6)通过遗传育种或分离方法，改变直链与支链淀粉的含量比例;l(7)通过各种方法降低水分，改善物理外观，控制降解程度;l(8)重新排列分子结构。二、变性淀粉的产品分类l按原料来源分类：来自谷物的玉米、小麦或高粱等；来自薯类的马铃薯、木薯或甘薯；或来自豆类的豌豆、绿豆等。l按生产方法分类：化学方法、物理方法，酶法等l按产品用途分类：造纸、食品、纺织、制药或发酵等行业应用的淀粉。按变性淀粉反应类型分类三、淀粉变性的物理化学原理l1、反应部位、反应部位 l淀粉活性部位体现在羟基和糖苷键(C-O-C)上面l这两部分分别是发生置换反应(-OH基的功能)和断链(C-O-C链)的反应区域。醇羟基的活性淀粉分子中存在着三个醇类功能基，最活泼的功能基在第6碳位上，两个次要的功能基在第2、3碳位上。淀粉内的三个醇类基的相对活性虽然6碳位上表现得较为活泼，但是也不能够忽视其他两个次要醇基的活性，通过乙酰化、黄原酸化和甲基化的研究证明第2碳位上的醇基也是比较活泼的。2、特性分析、特性分析 一般分物理分析和化学分析两大类。(1)物理分析物理分析。主要分析变性淀粉的白度、颗粒度、糊化温度、黏度、pH、斑点、水分等指标。(2)化学分析化学分析。主要测试所引入化学基团的含量。平均每个脱水葡萄糖单元中羟基被取代的数量称为取代度，由于淀粉中大多数葡萄糖基有3个可被取代的羟基，所以DS(取代度)的最大值为3。2、特性分析 l(1)物理分析物理分析。主要分析变性淀粉的白度、颗粒度、糊化温度、黏度、pH、斑点、水分等指标。l(2)化学分析化学分析。主要测试所引入化学基团的含量。取代度与分子取代度l平均每个脱水葡萄糖单元中羟基被取代的数量称为取代度取代度l由于淀粉中大多数葡萄糖基有3个可被取代的羟基，所以DS(取代度)的最大值为3。l分子取代度分子取代度(MS)：平均每个脱水葡萄糖：平均每个脱水葡萄糖单位结合的试剂分子数单位结合的试剂分子数l分子取代度可大于3。取代度与分子取代度3、变性淀粉的特性 l变性作用能够改变天然淀粉的糊化和蒸煮特性，减轻直链淀粉的凝沉和胶凝倾向，降低淀粉的糊化温度l另一方面，通过引进其他的高分子取代基可授予疏水特性等。变性淀粉的性质取决因素l植物来源l物理形态(颗粒化、预糊化)l直、支链淀粉的比例或含量l分子量分布的范围或聚合度分布范围l缔合成分(蛋白、脂肪酸、磷化合物)或天然取代基l预处理(酸解、酶降解或糊精化等)l变性的类型(酯化、醚化、氧化、接枝共聚等)l取代基的性质(乙酰基、，羟丙基、胺基等)l取代度(DS)或分子取代度(MS)大小。4、淀粉变性工艺反应相 l淀粉变性反应主要依靠淀粉颗粒的特殊性质。因为淀粉在冷水中不溶解，温度升高或者碱存在时颗粒膨胀，所以反应过程存在着两种工艺可能性。l(1)匀质反应相匀质反应相l(2)非匀质相非匀质相5、影响淀粉变性的因素l(1)淀粉原料淀粉原料 淀粉的来源不同，有来自薯类的(马铃薯、木薯、甘薯等)，有来自谷类的(玉米、小麦、高粱等)，这些淀粉的理化性质不同、颗粒结构都有差别，因而在淀粉的变性过程中的表现也不尽相同。l(2)温度温度 变性反应是根据反应媒介和有关的原料与产品来选定温度的。在单一固态媒介中，生产糊精类产品需要温度100(白糊精)至180(黄糊精)。在非匀质相中，变性反应温度一般不超过50。影响淀粉变性的因素l(3)机械剪切机械剪切 淀粉糊被搅拌、管路和泵输送时发生剪切作用，当剪切力超过一定范围时，会影响到变性淀粉生成物的性质，黏度明显下降。l(4)酸媒介酸媒介 pH越低，(1，4)糖苷键水解速度越快l(5)催化剂催化剂 在酯化和醚化的置换反应中，采用碱试剂(NaOH和KOH)减弱或者削除分子间的氢键，碱用量应该是淀粉的1%左右。钠盐(硫酸钠或氯化钠)对于磷酸化反应有促进作用，它们能明显抑制颗粒膨胀，使糊化温度提高到较高温度。四、变性淀粉的生产工艺与设备第二节 预糊化淀粉生产与应用一、生产方法l1、工艺原理、工艺原理 l末变性淀粉具有微结晶胶束构造，冷水中不溶解膨胀，对淀粉酶不敏感，这种状态的淀粉称为-淀粉淀粉。将-淀粉在一定量的水存在下进行加热，使之糊化，规律排列地胶束结构被破坏，分子间氢键断开，水分子进入其间。这时在偏光显微镜下观察失去双折射现象，结晶构造消失，并且易接受酶的作用，这种结构称-结构结构。1、工艺原理生产-化淀粉的原理就是在热滚筒表面使淀粉乳充分糊化后，迅速干燥或在挤压设备内淀粉受到高温高压作用，从微细的喷嘴喷出，压力骤降，淀粉颗粒瞬间膨化，由原-结构转为-结构。2、生产方法l热滚法(又称滚筒干燥法)l喷雾干燥法l挤压膨化法l微波法l目前应用于生产的是热滚法和挤压膨化法。二、生产工艺与设备l1、热滚筒干燥法、热滚筒干燥法l(1)-淀粉生产工艺流程淀粉生产工艺流程(2)滚筒干燥机(2)滚筒干燥机多辊型 啮合型 非啮合型(3)滚筒干燥法生产设备流程 2、挤压法 l将含水20%以下的干淀粉，加入螺旋挤压机。原料首先进入的是特种金属材料制成的圆腔内，在120160的温度下，用螺杆高温挤压，淀粉颗粒在挤压腔内由低压区挤向高压区，逐渐承受高温高压，借助于挤压过程中物料与螺旋摩擦产生的热量和对淀粉分子的巨大剪切力，使淀粉分子断裂而糊化。l最后由13mm的终端微孔喷爆出来，淀粉颗粒瞬间膨胀，其-结构转成-结构，即由生淀粉转成熟淀粉，-化产物经干燥、粉碎和过筛即得成品。2、挤压法l该法生产的-化淀粉由于受到高强度剪切力作用，黏度低、弹性几乎没有，比滚筒法产品的溶解度大，产品收率高，几乎达99%，制造过程中基本不需加水，干燥不需热源，被认为是最经济方法之一。l 挤压机分成单螺杆和双螺杆两种类型。螺杆使用寿命是挤压机最重要的性能指标，也是国产挤压机与国外产品主要差距所在。挤压法虽有很多优点，但产品黏度不够，设备材质要求高且价格昂贵，在一定程度上使该法的应用受到限制。三、原材料规格l 1、对淀粉的要求：、对淀粉的要求：要求原料淀粉的纯度要高，蛋白质、纤维素和铁、磷等灰分含量要低，杂质越少越可显著提高-化淀粉的黏弹性。l 2、对水质的要求、对水质的要求：生产-化淀粉的水质应该纯净，含铁、钙、镁、铅等离子越少越好，否则影响终产品的黏弹性和色泽。pH应为中性，因为产品和饲料中的-化淀粉多为中性，生产食用-化淀粉时，水质应达到国家卫生标准。l3、助剂：、助剂：加入少量化学助剂，目的是充分糊化淀粉，加快干燥速度，增强终产品的分散性。四、产品的特性与用途l1、产品性能、产品性能l能够在冷水中溶解溶胀，形成具有一定黏度的糊液，黏结力强，黏韧性高，且其凝沉性比原淀粉小是-化淀粉的基本特性l可用-化度、黏度、粒度等指标来衡量l-化度化度是指一定数目的产品中预糊化淀粉所占比例l黏度：黏度：黏度与加工方法有关l粒度粒度直接影响产品黏度、溶解能力及成糊表面的光洁度2、应用l-化淀粉在食用时省去蒸煮加热，起到增稠、改进口感的作用，而被用于各种方便食品中。l在鳗鱼和虾颗粒饲料中用-化淀粉为黏合剂。l在石油钻井过程中，利用-化淀粉在冷水溶胀时的保水性用于油井钻泥中l铸造工业用-化淀粉作型砂黏合剂l纺织工业应用-化淀粉于织物整理l造纸工业用-化淀粉为施胶料l医药工业用-化淀粉作为药片黏合剂。第三节 糊精的生产与应用一、糊精的分类l淀粉受酸、酶、加热或其他作用引起降解所产生的多种中间产物的混合物称为糊精糊精，但不包括单糖和低聚糖l所有糊精产物都是脱水葡萄糖聚合物，分子结构有直链状、支链状和环状l工业上生产的糊精有麦芽糊精、环状糊精和热解糊精三大类。l利用干热法使淀粉降解所得产物称为热解糊精，有白糊精、黄糊精和英国胶(不列颠胶)三种。二、糊精的制备二、糊精的制备l1、生产原材料、生产原材料l(1)淀粉淀粉：各种谷物淀粉和薯类淀粉都可以作为生产糊精的原料，并在转化成糊精过程中工艺条件基本相同，但转化的难易度随淀粉的种类和质量而变化l(2)催化剂：催化剂：理论上各种酸都有催化效果。2、工艺流程、工艺流程l焙烧法，即加热或焙烧淀粉转化成糊精。l湿法，用酸或酶处理淀粉悬浮液而制成糊精。l工业生产一般用焙烧法，工艺流程包括酸化，预干燥，糊精转化，冷却和中和等工序。3、生产各种糊精的具体实例、生产各种糊精的具体实例l(1)白糊精白糊精l取100kg玉米淀粉投入装有搅拌器的金属容器内。将工业盐酸280300ml稀释于400ml水中，开动搅拌器在l0min内将全部盐酸喷入淀粉内。连续搅拌30min，使淀粉与酸均匀混合，放置室温24h。移入转化釜内，在34h内物料温度升到150，在最初lh内急速升温至110120，蒸发淀粉中的水分，维持约lh，再加热使温度每分钟升高0.30.5。达到150时，开始检查终产品，合格后迅速将糊精放入夹层冷却桶中冷却，调整水分，通过80目筛，成品包装。(2)黄糊精黄糊精取100kg玉米淀粉投入装有搅拌器的金属容器内。将工业盐酸200ml稀释于400ml水中。开动容器的搅拌，用喷雾器把盐酸溶液在10min内喷入淀粉中，继续搅拌30min，室温放置24h后，移入转化器中加热1.5h，使温度升到180200。8h后开始检查产品，合格后放入水泥池中继续反应4050min，最后在冷却桶内冷却，成品包装。生产各种糊精的具体实例生产各种糊精的具体实例l(2)黄糊精黄糊精l取100kg玉米淀粉投入装有搅拌器的金属容器内。将工业盐酸200ml稀释于400ml水中。开动容器的搅拌，用喷雾器把盐酸溶液在10min内喷入淀粉中，继续搅拌30min，室温放置24h后，移入转化器中加热1.5h，使温度升到180200。8h后开始检查产品，合格后放入水泥池中继续反应4050min，最后在冷却桶内冷却，成品包装。生产各种糊精的具体实例生产各种糊精的具体实例l(3)不列颠胶不列颠胶(焙烧糊精焙烧糊精)l先将淀粉的水分降至5%以下，在平底加盖的铁锅内直接用火加热焙烧，并连续搅拌，温度很快升到120130，然后放慢加热速度，使淀粉中的水分缓慢蒸发。水分降低以后升温至175200进行降解，10h后开始检查产品，反应达终点，冷却桶内冷却，干品有吸湿性，待吸收水分达平衡时包装。三、转化过程的化学反应三、转化过程的化学反应淀粉经干燥转化成糊精，发生的化学反应很复杂，主要的化学反应为水解反应、复合反应和葡萄糖基转移反应，这三种反应发生的相对程度因转化条件不同而有一定差异。在转化初期，水解反应是主要的，虽然也可能发生复合反应;当温度升高，复合反应增加;温度更高，则葡萄糖转移反应是主要的。三、转化过程的化学反应三、转化过程的化学反应l水解反应：水解反应：水解反应主要发生在预干燥工序和糊精化工序初水解反应主要发生在预干燥工序和糊精化工序初阶段。阶段。l复合反应：复合反应：复合反应引起分子增大，还原性降低，黏度稍有增高。l葡萄糖基转移反应：葡萄糖基转移反应：水解反应产生的葡萄糖、麦芽糖在酸性或碱性条件下，高温时还具有焦糖化作用。糖在强热下发生脱水、裂解、缩合等复杂反应，形成浅棕色至深褐色的有色物质。这就是黄糊精和英国胶具有米黄色至棕色的原因。四、热解糊精的性质l1、颗粒结构、颗粒结构 糊精的结构与原淀粉基本相似，表面有破裂和脱皮现象。l2、糊的黏度、糊的黏度 淀粉转化成糊精后，其黏度明显低于淀粉糊。糊精胶体在冷却或凝沉时黏度增加不明显。l3、溶解性、溶解性 淀粉转化成糊精以后水溶解度明显增加，在室温下能够部分，甚至全部溶解在水中。l4、颜色、颜色 淀粉转化成糊精以后颜色发生变化。l5、蒸煮变化、蒸煮变化 高转化度糊精的胶凝性很差，但流动性好，黏度稳定性高。五、热解糊精的应用l常与其他成分预混合制成各种黏合剂：用于各种黏合，如纸箱和厚纸的封贴、瓶子标签、平面涂胶、信封粘合、纸壁粘合、卷烟接嘴粘合、铸造型砂黏合剂等。l可作医药片剂用的黏合剂、赋型科和崩解剂l黄糊精是l糊精在纺织工业上，可作为经纱上浆剂、印染黏合剂。l食品工业中，白糊精可用作面团改良剂，也有把糊精用于干果表面挂浆，作为调味剂和着色剂的载体使用，它还是块状巧克力食品的良好赋型剂和增稠剂。第四节第四节 酸变性淀粉生产与应用酸变性淀粉生产与应用概述l用酸在糊化温度以下处理淀粉改变其性质的产品称为酸变性淀粉酸变性淀粉。l在糊化温度以上酸水解产品和更高温度酸热解糊精产品，都不属于酸变性淀粉。l酸变性淀粉不改变淀粉颗粒的结构，而糊精和酸氧化淀粉的颗粒结构却遭到破坏。酸变性淀粉己有很久的历史，早在1886年就开始用盐酸处理淀粉。一、制备的工艺各件和方法l1、生产工艺流程2、工艺条件l由于酸变性作用的主要目的是降低淀粉浆黏度，因此转化过程中常用测定热浆流度的方法来控制。流度是黏度的倒数，黏度越低，流度越高。l(1)酸的种类及用量。酸的种类及用量。酸的催化作用与酸用量有关，酸处理过度时，淀粉将水解成糊精和葡萄糖。l(2)淀粉乳浓度。淀粉乳浓度。酸变性淀粉原料主要是玉米淀粉，也有少数用木薯、小麦及马铃薯淀粉，淀粉乳浓度应控制在40%左右。l(3)温度。温度。温度要求在糊化温度以下，温度升高到70时己经糊化，一般保持在2555，尤以4055者居多二、性质和产品质量标准l颗粒特性颗粒特性：颗粒结构仍保持着双折射现象。l热糊的黏度和流度热糊的黏度和流度：酸变性淀粉的热糊黏度远低于原淀粉，淀粉糊的热黏度随流度增高而降低，流度越高，降低越多。l凝胶性凝胶性：具有较强的凝胶力和很强的亲水性。l碱值：碱值：酸变性淀粉碱值增加，分子变小，黏度下降。性质和产品质量标准l相对分子质量与碘亲和力：相对分子质量与碘亲和力：酸变性作用对碘亲和力影响较小，酸变性后只有较轻微的下降l溶解度溶解度：酸解时，随流度增加，热水中可溶解的淀粉量也增加l薄膜强度薄膜强度：可配制高浓度糊液，因含水分少，故易干燥，快速成膜。酸变性淀粉的薄膜比原淀粉厚，薄膜强度较高，特别适合于需要成膜性及黏附性的工业，如经纱上浆、纸袋粘合等三、酸变性淀粉的应用l食品工业：食品工业：糖果厂应用酸变性淀粉，在高压蒸煮下制备淀粉软糖。还可以利用酸变性淀粉作食品黏合剂与稳定剂，制作各种果子冻或儿童胶冻食品。l造纸工业：造纸工业：用作纸张的施胶料施胶料，主要应用于特等纸生产中的压光机施胶，以改善纸的耐磨性、耐油墨性、印刷性等。用于纸板制造纸板制造中，可以提高固形物含量，而且快速凝结。l纺织工业：纺织工业：酸变性淀粉作为经纱上浆剂经纱上浆剂，增强纱布强度和降低纺织过程的摩擦阻力。用于精整工段精整工段的目的是提高终产品的挺度。