淀粉结构对食品品质的影响详解

几乎不吸水，而是被包埋
在面筋吸水膨润形成的网 络中，使面条具有弹性， 能被延压成形。
天然淀粉结构对面条品质的影响
•在面条的蒸煮过程中，淀 粉通过糊化吸水赋予面条 粘弹性和柔软的口感。
•而在贮存和烹调后，淀粉
构成的凝胶则会随着时间 不断老化，使面条口感变 硬，品质下降
天然淀粉结构对面条品质的影响
研究表明，直链淀粉含量对面条品质有负效应。 Toyokawa H等人用组分分离、重组法研究发现，制作优 质面条的小麦品种应具有一个合适的直链淀粉与支链淀粉比率，
各种天然淀粉的结构与糊化、老化特性关系表：
淀粉结构对特性的影响——玻璃化转变
水分含量 淀粉是一种可与水共混的生物高聚物，Ruan R 和Chen P L研究发现（1991年）：水的增塑作用会增强处于玻璃态淀
粉无定形区链段活动性，故而降低玻璃化转变温度；另一方
面，水使聚合链间氢键被破坏，减弱分子间相互作用力，使 分子链获得更大活动性，从而使分子和分子链全部冻结所需 温度（即Tg）降低 。
长，只发生缓慢的热力学可逆的老化，在此过程中，淀粉结构重排以
达到一个合适的能量平衡（V R Harwalkar, C Y Ma .Thermal analysis of
foods .1990）。
淀粉结构对特性的影响——糊化
•糊化与淀粉粒分子间的缔合程度、分子排列紧密程度、微
晶束的大小及密度有关。分子间缔合程度大，分子排列紧密， 拆开分子间的聚合和微晶束就要消耗更多的能量，淀粉粒就 不易糊化； •较小的淀粉粒内部结构比较紧密，糊化温度相对较高。 •直链淀粉分子间的结合力比较强，含直链淀粉较高的淀粉
粒糊化温度高，糊化较难。
淀粉结构对特性的影响——老化
•直链淀粉分子是线性分子，呈直链状构造，在糊液中空间障碍
小，易于取向有序排列，容易老化。
•支链淀粉分子呈树枝状构造，在溶液中空间障碍大，不易凝沉。
•但是，直链淀粉分子量大的，取向困难；分子量小的易于扩散，
均不容易老化，只有分子量适中的才易于老化。直链淀粉构成 比例越大越易老化。支链淀粉含量高的较难凝沉。
•淀粉的玻璃化转变
淀粉是部分结晶聚合物，由高度分支，部分结晶支链淀粉分子和线形
无定形直链淀粉分子所组成，含有无定形区、过渡区和结晶区。淀粉与水
共热时，长链中分子开始运动，当能量足够大时，分子间发生相对滑动， 使聚合物变得粘性、柔韧，呈橡胶态，这一变化过程被称之玻璃化相变。
较低温度下发生无定形区玻璃化转变，热力学上称为二级相转变； 较高温度下发生结晶区熔融转变（转变温度为Tm），热力学称为一级相 转变。下图表示淀粉同时存在两种相转变，Tg ，Tm 为相应的相转变温 度，淀粉的许多性质都是围绕Tg 和Tm 展开的。
淀粉结构对食品品质的影响
绪 论
淀粉是食品加工和生产的重要原料，存在于多种食 物中，如米饭、米粉、粉丝、面包、面条等。
淀粉的理化性质如润胀、糊化等为其在食品中的应
用提供了理论基础，淀粉的结构则决定了淀粉的理化特 性，不同原料来源的淀粉分子因其结构的差异而具有各 自不同的特性，从而对食品的品质造成各种有利或不利 的影响。
面条柔软，咀嚼性好。
天然淀粉结构对面条品质的影响
鲁战会等人还发现作为纯支
链淀粉的蜡质玉米淀粉，吸水膨
胀速度快，以其制成的面条煮制 时间短、柔软有弹性、口感滑爽， 贮存后硬化较慢，但蒸煮溶出率 大。 王显伦等人研究发现添加玉米淀粉的面条颜色白、筋 力强，放置后很少产生断条发黏，但谷物口味重。
天然淀粉结构对米粉品质的影响
分子聚合度（DP）在100~6000之间，一般不超过1000。
直链淀粉分子是线性分子，呈直链状结构，如
图：
淀粉的结构——支链淀粉的分子结构
• 支链淀粉相对分子质量很大，分子中除含有以α -1,4糖苷 键连接的直链外，还有α -（1，6）糖苷键连接的分支链。 •主链中每隔6－9个葡萄糖残基就有一个分支，每一个支链 平均含有约15－18个葡萄糖残基，平均每24－30个葡萄
2. 支链淀粉的分子结构
3. 淀粉颗粒的晶体结构
淀粉的结构——直链淀粉的分子结构
• 在天然淀粉中有20%~30%的淀粉为直链淀粉分子。直 链淀粉是D-葡萄糖基以α-1,4糖苷键连接而成的多糖链， 分子中有200个左右葡萄糖基，分子量1～2×105。 • 直链淀粉分子的立体结构呈螺旋状，遇碘形成蓝色的络 合物，若将其加热至70 ℃ ，蓝色消失，冷后蓝色重现。
淀粉的糊化过程：
淀粉的理化特性——淀粉的老化
• 老化概念：淀粉糊在低温下放置一定时间后透明度降低并发 生沉淀的现象，这种现象即为淀粉的老化，也称回生或凝沉
现象。
• 老化实质：糊化后的淀粉分子和水分子都处于运动状态，分 子间结合趋势较小，微晶束呈散乱状态；然而随着温度降低，
淀粉分子和水分子的活化能力也减弱，散乱的微晶束又趋向
淀粉的组分含量与颗粒大小关系：
淀粉种类 玉米淀 粉 马铃薯淀 粉 小麦淀 粉 木薯淀粉
组分 含量
水分(20℃， RH65%)
蛋白质（%，干 基） 直径范围（μ m） 直径平均值 （μ m）
13
0.35 3~26 15
19
0.1 5~100 33
13
0.4 2~35 15
13
0.1 4~35 20
颗粒 大小
于平行排列，淀粉分子重新结晶而凝沉。
淀粉的理化特性——淀粉的玻璃化转变
• 魏长庆等人在《淀粉玻璃化转变及其对食品品质影响》一 文中提到，研究人员发现淀粉的玻璃态和玻璃化转变会影 响食品贮藏质量控制，如表皮发干发硬、掉渣、萎缩开裂， 内部出现结晶、凝结成团、甚至冷却变性等，最终导致产 品品质下降。 •美国Levince 和Slade认为，食品在玻璃态下一切受扩散控制 的反应速率均十分缓慢，甚至不发生反应；因此食品采用玻 璃化保藏，可最大限度保存其原有色、香、味、形及营养成 分，从而延长食品保存期，并能提高保存过程中质量。
糖残基中就有一个非还原尾基。
• 分子中含300～400个葡萄糖基，分子量>2×107，平均聚 合度约为1000一30000，一般在6000以上，难与碘呈络合
物，所以遇碘仅呈红紫色。
因此支链淀粉的结构为高支化聚合物，十分复
杂，呈树枝状构造 ：
淀粉的结构——淀粉颗粒的晶体结构
•淀粉的组成：直链淀粉和支链淀粉（主要成分）、10%~20% （W/W）的水分和少量蛋白质、脂肪类物质、磷和微量无 机物。 •晶体结构：淀粉颗粒由许多微晶束构成，存在着结晶区 和无定形区，结晶区构成了淀粉颗粒的紧密层，非结晶区
米粉又叫米线、河粉，是以 大米为原料，经过浸泡、粉碎或 磨桨、糊化、挤丝（或切条）等 一系列工序制成的细条状或扁宽 状的米制品。 大米原料中淀粉含量占其干 重的85%以上。淀粉的糊化、凝 胶的形成和老化是米粉制作的理
构成了淀粉颗粒的稀疏层，紧密层与稀疏层交替排列 。
•一般而言，支链淀粉分子构成结晶区域，它们以葡萄糖链 先端为骨架相互平行靠拢，
并靠氢键彼此结合成簇状结构，而直链淀粉同样以氢键相互
连接构成无定形区。如图所示，左下图为淀粉粒微晶束结
构，右下图为淀粉颗粒的结构模型：
非结晶区域 结晶区域
100A -110A
淀粉的理化特性——淀粉的糊化
• 糊化概念：淀粉不溶于冷水，通过不断搅拌可形成均一悬浮 液，如果将淀粉悬浮液加热到一定温度，淀粉乳液的黏度会 逐渐增大，形成具有很大黏性的淀粉糊，这种现象就是淀粉 的糊化。黏度开始增加时的温度叫做糊化温度。 • 糊化实质：在加热的作用下结晶或非结晶的淀粉分子间的氢 键缔合被破坏，淀粉分子由紧密的有序排列变成散乱的无序 排列，这时的淀粉称糊化淀粉（即α-淀粉），是晶体结构完全 被破坏、易溶于冷水的无定形粉末。
不同种类淀粉的颗粒形状和大小：
马铃薯1500 玉米1500
高直链玉米1500
木薯1500
淀粉的理化特性
淀粉最基本的理化特性是糊化和老化，这两种性
对食品的品质特别是质构有显著影响。近年来，人们又 发现淀粉的另一特性玻璃态和玻璃化转变也会影响到食 品的品质，尤其是贮藏品质，玻璃化转变温度(Tg)更是 食品贮藏的一项关键指标。
目 录
•淀粉的结构 •淀粉的理化特性 •淀粉结构对特性的影响
•天然淀粉结构对食品品质的影响
•变性淀粉结构对食品品质的影响
淀粉的结构
谷物籽粒和薯类根茎等植物中的淀粉属天然高分 子碳水化合物，是以α-D-六环葡萄糖为基本单位组成
的多聚葡萄糖。在许多个葡萄糖分子组成的淀粉粒中，
具有两种分子结构，即直链淀粉和支链淀粉。因此淀 粉的基本结构包括： 1. 直链淀粉的分子结构
直链淀粉含量高的小麦麦粉制成的面条不易糊化但易老化，食
用品质差、无韧性、粘性大；而直链淀粉含量偏低或中等的小 麦粉制成的面条易糊化且不易老化，食用品质好、有韧性、粘 性小 。
天然淀粉结构对面条品质的影响
天然淀粉也是面制品生产中
常用的品质改良剂，它的结构及 性质对面制品品质的影响很大。 例如鲁战会、李里特研究发 现马铃薯淀粉由于其支链淀粉含 量高，因此添加马铃薯淀粉制成 的面条口味淡、组织细腻透明、
融转变，即淀粉糊化，淀粉从有序晶体结构转变到无序无
定形结构。对淀粉而言，结晶区并未参与玻璃化转变，
但却限制淀粉主链活动；具有较高结晶度淀粉，限制链段 活动能力越强，相应Tg 也越高。 M T kalichevsky 等人发现不同种类的淀粉，其支链淀 粉分子侧链越短并且数量越多，增塑效果越强，则Tg也相 应越低。如小麦支链淀粉比玉米支链淀粉侧链更多，更短， 其Tg 也比玉米支链淀粉的Tg小。
天然淀粉结构对食品品质的影响
由农作物和植物制得的淀粉称为天然淀粉。在食品
工业中，天然淀粉的结构不仅影响着被加工食品的成品
品质，还会影响食品的贮藏品质；除此之外，根据天然 淀粉结构的差异还会选择性地将其作为食品添加剂加入 到食品中，以该改善食品的原有品质。