第2章淀粉生产与淀粉制糖

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,2,章 淀粉及淀粉制品,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,淀粉的物理结构与性质,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,1,小麦,2,大麦,3,黑麦,4,高粱,5,玉米,6,大米,1.1.1,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,常见植物淀粉颗粒的大小,淀粉粒,来源,粒径极限,范围（,m,）,平均值（,m,）,淀粉粒,来源,粒径极限,范围（,m,）,平均值（,m,）,玉米,4,26,15,大麦,6,35,18,马铃薯,15,120,33,高粱,3,27,13,木薯,15,50,25,芭蕉芋,10,55,28,小麦,3,38,20,藕粉,9,40,22,大米,2,9,5,葛根粉,8,42,24,薯类淀粉颗粒微观形态,偏光显微形态,普通光学形态,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,1.1.2,偏光十字,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,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,板栗,1.1.3,轮纹结构,1,单粒,2,半复粒,3,复粒,形成原因, 各部分密度不同，折射率大小不同而造成。, 淀粉粒在形成过程中，受昼夜光照的差别，造成葡萄糖供应数量不同，致使淀粉合成速度有快有慢而引起的。, 白天供应葡萄糖多，形成淀粉的密度大，而夜间供应葡萄糖少，形成淀粉的密度小，从而出现层状结构。,1.1.4,晶体结构,淀粉颗粒,X-,射线衍射分析图谱,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,1.2,吸附,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。,淀粉的结构与组成,直 链 淀 粉,支 链 淀 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。,对一些极性化合物的吸附,对碘的吸附,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,!,？,1.3.1,糊化,糊化温度,淀粉乳,淀粉糊,加热,这个过程就是糊化。,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,1.3.1.1,影响糊化的因素,水分,碱,盐类,极性高分子有机化合物,脂类,直链淀粉含量的影响,其它因素,化合物对淀粉糊化温度的影响,1.3.2,凝沉,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。,影响凝沉的因素,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,1.3.3,糊化过程中，温度变化引起的变化,1.3.3,糊化过程中，温度变化引起的变化,在测定开始阶段，因为淀粉颗粒不能溶于冷水，粘度不变,(a),。,1.3.3,糊化过程中，温度变化引起的变化,当温度开始升高时，淀粉颗粒开始吸水溶胀,(b),。,1.3.3,糊化过程中，温度变化引起的变化,因为淀粉颗粒体积增大， 互相碰撞、摩擦加剧，导致粘度增加,(b),。,1.3.3,糊化过程中，温度变化引起的变化,除此之外，越来越多的微粒从淀粉颗粒上被溶解下来， 导致液体的粘度升高,。,1.3.3,糊化过程中，温度变化引起的变化,淀粉颗粒在液体中忽降粘联。于是，粘度进一步升高,(d),。,1.3.3,糊化过程中，温度变化引起的变化,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,1.3.3,糊化过程中，温度变化引起的变化,因为温度升高分子间化学键被破坏。溶解的淀粉和周围的凝胶在机械搅拌作用下被打断,(e),。于是，粘度升高和降低再次达到平衡。 粘度曲线表现为最大值。,1.3.3,糊化过程中，温度变化引起的变化,在测定的最后阶段,(,冷却,),，被溶解的松散的分子重新规则排列 回生,),，,粘度再次升高,(g),。,1.3.4,粘度曲线评价,粘度,温度,升温,保温,降温,糊化起始,糊化起始,（粘度开始增加的温度）,粘度,温度,升温,保温,降温,糊化起始,最大糊化,1.3.4,粘度曲线评价,最大糊化 （曲线第一次达到最高点时的粘度和对应的温度）。这一点指产品在蒸煮过程中所达到的粘度。,粘度,温度,升温,恒温,降温,糊化起始,最大糊化,1.3.4,粘度曲线评价,糊化温度越低，淀粉完全糊化需要的能量越小。,粘度,温度,升温,恒温,降温,糊化起始,最大糊化,升温终点粘度,1.3.4,粘度曲线评价,粘度,温度,升温,恒温,降温,糊化起始,最大糊化,升温终点粘度,降温起点粘度,1.3.4,粘度曲线评价,粘度,温度,升温,恒温,降温,糊化起始,最大粘度,升温终点粘度,降温起点粘度,1.3.4,粘度曲线评价,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,温度,升温,恒温,降温,糊化起始,最大糊化,升温终点粘度,降温起点粘度,1.3.4,粘度曲线评价,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,温度,升温,保温,降温,糊化起始,最大糊化,升温终点粘度,降温起点粘度,降温终点粘度,1.3.4,粘度曲线评价,粘度,温度,升温,恒温,降温,糊化起始,最大糊化,升温终点粘度,降温起点粘度,降温终点粘度,1.3.4,粘度曲线评价,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。,1.4,化学性质,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,淀粉提取工艺,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,2.2,提取工艺,(,水提取法,),玉 米,清 理,浸 泡,粗 磨,胚芽分离,精 制,细 磨,纤维素分离,蛋白质分离,干 燥,玉米淀粉,2.2.1,浸泡,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,2.2.1,浸泡,浸泡液,：,0.20,0.25%,亚硫酸溶液,浸泡方法,：,逆流浸泡法,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：,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,2.2,提取工艺,(,水提取法,),玉,清 理,浸 泡,粗 磨,胚芽分离,精 制,细 磨,纤维素分离,蛋白质分离,干 燥,玉米淀粉,2.2.2,胚芽分离,胚芽中含有,50,55%,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,2.2,提取工艺,(,水提取法,),玉 米,清理,浸 泡,粗 磨,胚芽分离,精 制,细 磨,纤维素分离,蛋白质分离,干 燥,玉米淀粉,2.2.3,纤维素分离,筛分：曲面筛 六角筛,2.2.4,蛋白质分离,离心 沉降 流槽,2.2,提取工艺,(,水提取法,),玉 米,清 理,浸 泡,粗 磨,胚芽分离,精 制,细 磨,纤维素离,蛋白质离,干 燥,玉米淀粉,浸泡液,纤维素,胚 芽,蛋白质,3,淀粉糖制品,含义,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。,3.1 DE,值（葡萄糖值）,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。,3.2,淀粉糖分类,按照,转化程度,的高低，淀粉糖分为：,低转化糖浆,DE,20,中转化糖浆,38,DE,42,高转化糖浆,60,DE,70,3.2,淀粉糖的分类,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 ）,3.3,淀粉糖的性质,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,3.3.1,甜度,品 种,相对甜度,蔗糖,1.0,果糖,1.5,葡萄糖,0.7,麦芽糖,0.5,乳糖,0.4,木糖醇,1.0,麦芽糖醇,0.9,果葡糖浆（,42%,转化率）,1.0,淀粉糖浆（,42DE,）,0.5,淀粉糖浆（,52DE,）,0.6,淀粉糖浆（,62DE,）,0.7,淀粉糖浆（,70DE,）,0.8,3.3,淀粉糖的性质,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,3.4,淀粉糖生产工艺,常用工艺：,酸糖化工艺,酶液化和酶糖化工艺,3.4.1,酸糖化工艺,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，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。,酸糖化工艺的影响因素,酸的种类和浓度,淀粉乳浓度,温度、压力、时间,3.4.2,酶液化和酶糖化工艺,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。,淀粉酶（,amylase,）的分类及各自特点,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,，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,),3,、根据作用方式和水解产物分类：,淀粉酶,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：,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,性质：,淀粉酶广泛存在于植物和微生物中。, 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,用途：,淀粉糖工业，啤酒工业（糖化阶段）。,葡萄糖淀粉酶,性质：, 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。,不同淀粉酶的水解方式,淀粉酶,淀粉酶,葡萄糖淀粉酶,1,，,4,糖苷键,1,，,6,糖苷键,（跨越）,水解方式,内,外,外,产物构型,型,型,型,跨越磷酸酯键,+,（）看来源,粘度变化,快,慢,慢,与碘的显色消失程度,快,慢,慢,各种不同的淀粉水解糖化产品的生产过程示意图,液化的机理,-,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。,糖化,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。,常见淀粉酶的特点比较,淀粉酶,淀粉酶,葡萄糖淀粉酶,1,，,4,糖苷键,1,，,6,糖苷键,（跨越）,水解方式,内,外,外,产物构型,型,型,型,跨越磷酸酯键,+,（）看来源,粘度变化,快,慢,慢,与碘的显色消失程度,快,慢,慢,4,变性淀粉,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变，从而出现特定性能和用途的淀粉产品叫做变性淀粉。,天然淀粉的属性和性能界限,冷冰不溶性、老化易脱水、耐药性和机械性差、缺乏乳化力、被膜性差和缺乏耐水性等缺陷。,制造变性淀粉的原理和方法,用某些化合物取代淀粉中的葡萄糖单位，减少和增加葡萄糖单位的聚合度；添加化学试剂使葡萄糖分子上的,2,、,3,、,6,碳上的,OH,与其他化合物作用，生成醚、酯及其他衍生物，改变淀粉的物理特性使之符合工业用途的要求。,4.1,变性淀粉的分类,按用途分类,食品类，医药用类，工业用类，其他类,按产品性质分类,淀粉分离物，淀粉分解产物，化学衍生物，其他制品,按处理方法分类,化学变性，物理变性，酶法变性,4.2,几种常见变性淀粉,4.2.1,预糊化淀粉,可分散于冷水中成为淀粉糊，并且有增粘、保型、速溶等特点, 用于快餐布丁、糕点、蛋奶酥等食品，效果好于天然淀粉, 在铸造砂型、磨石、造纸和石油钻探方面也有应用。,4.2.2,酸变性淀粉,淀粉外观与原淀粉一致，但在热水中糊化时颗粒膨胀较小，热粘度降低，能制成高浓度的热糊，流动性高，冷却后却能形成很强的凝胶。此外，酸变性淀粉粘度低而凝聚性强，可用于造纸和纺织工业。,4.2.3,氧化淀粉,色泽洁白、糊化温度低、粘度下降、不溶于冷水，薄膜强度高。, 可广泛用于造纸、棉线、人造丝及纺织品的上胶剂，在食品上可作为粘度较低的增稠剂使用。,4.2.4,接枝淀粉,与丙烯腈等高分子单体进行接枝共聚反应，然后皂化处理，形成的一种化合物。,具有超吸水性能，可广泛应用于医药、纺织和农林业,4.2.5,交联淀粉,形成立体网络极大的分子构象，具有良好的粘度稳定性、耐酸、耐碱、耐剪切。,食品增稠剂、造纸、石油钻井,4.2.6,磷酸酯淀粉,可溶于冷水，粘度高、耐老化，还具有乳化性和保护胶质作用。膜强度大，粘结力强。,食品，化工，造纸、纺织,