淀粉与变性淀粉知识

●加工淀粉的原料
§马铃薯（Potato） 马铃薯又名土豆、 洋芋、山药蛋、荷兰 薯。原产于拉丁美洲， 十六世纪由西方传教 士带入我国。 马铃薯已在欧洲 广泛种植，在我国主 要分布在西南、西北 和东北。
马铃薯是一年生茄科草本植物，是 继小麦、水稻、玉米、大麦之后的 第五大农作物，现有140多个国家 栽培生产，世界年栽培马铃薯总面 积近3亿亩
●为什么做变性淀粉
我们利用变性淀粉就是利用变性淀粉所带来的不同于原淀粉 的性质。这些性质主要包括：
▲改善制成品的口感 ▲改善制成品的组织状态
▲改善产品的加工性能
▲改善产品的耐受能力
●认识淀粉的基本性质
了解变性淀粉的优越性，我们须先了解淀粉的基本性质：
纯净的淀粉是一种白色粉末 通常由1~100μm大小的颗粒组成 我们的祖先在很早以前就学会了使用淀粉加工食物 淀粉颗粒不溶于水，在冷水中搅拌形成悬浮液，但放臵几分 钟后淀粉颗粒重新沉淀 熟化的淀粉可以被人体消化吸收，并提供能量，但生淀粉不 容易被消化
变性淀粉知识和应用
APPLICATION AND KNOWLEDGE OF MODIFIED STARCH
●变性淀粉的概念
变性淀粉是在原淀粉的基础上，通过物理、化学或 生物的方法，改变淀粉的颗粒结构，从而赋予其原 淀粉所不具备的性质，这样的淀粉我们称之为变性 淀粉。
●变性淀粉的称呼
改性淀粉 修饰淀粉 淀粉衍生物 Modified starch
糯玉米原产于我国，后来 被美国引入广泛种植。糯 玉米又称蜡质（Waxy）玉 米，是因为其胚乳呈蜡状。
糯玉米淀粉含有几乎100% 的支链淀粉。糯玉米和普 通玉米的淀粉含量相差不 大，约占60%。
§其它淀粉原料 小麦 高粱 西米 葛根 甘薯
小麦淀粉在许多国家是提取小麦蛋白质后的副产品， 虽然小麦是世界第一大农作物，但仅有0.4%的量用 于加工为淀粉。 高粱也很少用于提取淀粉，其淀粉性质与玉米淀粉 相似，高粱也有糯高粱。 西米淀粉由西米棕榈树的髓 中制得，主产于印度尼西亚 等地。 葛根淀粉是从各种特殊的马 让他（Maranta）的根中提 取，主产于西印度群岛。 中国是种植甘薯的大国，但 目前提取甘薯淀粉还未形成 规模。
正是由于变性淀粉的多样性，变性淀粉已广泛应用于食品行业，顶峰公司目 前应用的食品领域有：
▲方便食品 ▲速冻食品 ▲酱类制品 ▲乳制品
ห้องสมุดไป่ตู้
▲肉制品
▲糖果制品
●变性淀粉在油炸方便面应用
●变性淀粉在酱类应用
●变性淀粉在酸奶应用
●变性淀粉在低温肉制品应用
●变性淀粉在食品应用中的三大优势
食用安全 种类多样
复 合 变 性 淀 粉
生物变性
酶水解淀粉
●不同变性淀粉性质特点
▲预糊化淀粉 ▲醋酸酯化淀粉
冷水可溶形成粘度，无须加热，使用方便 糊化温度降低，粘度、透明度和保水稳定性提高
▲交联淀粉
▲氧化淀粉 ▲醚化淀粉 ▲磷酸酯淀粉 ▲羧甲基淀粉
耐受能力提高，糊丝短，体态细腻
粘度降低，成膜性好，凝胶能力增强 糊化温度降低，粘度升高，抗老化能力提高 保水能力提高，具有一定的乳化性 强水溶性，溶于冷水，粘稠度高，透明度高
保温30min
●变性淀粉的反应机理
不同类的变性淀粉具有不同的反应机理，化学变性淀粉大 多数是反应剂与淀粉分子中葡萄糖单元环上的-OH起反应。
结构示意图：
葡萄糖单元环
●食用变性淀粉的常见种类
物理变性 预糊化淀粉 醋酸酯化淀粉 交联淀粉 变 性 淀 粉
氧化淀粉 化学变性 醚化淀粉
磷酸酯淀粉 羧甲基淀粉 酸变性淀粉
与其它食品添加剂相比，由于变性淀粉的 主体是天然淀粉，一定变性程度的淀粉可以被人体完全消化吸 收。所以变性淀粉是一种安全的食品添加剂。 变性淀粉的变性方法众多、变性程度可 调，使变性淀粉更适合于不同食品的加工要求。
方便高效
与其它胶类增稠剂相比，淀粉没有化胶工 序，生淀粉很容易调成淀粉乳，并且食品加工一般都有加热/ 杀菌工序，变性淀粉遇水加热糊化后即可起作用。
§糊化过程淀粉颗粒的变化
淀粉糊化过程中， 淀粉颗粒由小变 大。
当膨胀达到极限 时，随温度的升 高和搅拌力的作 用，颗粒开始破 碎，伴随粘度下 降。
大多数的淀粉达 到膨胀极限时， 就构成了淀粉糊 的峰值粘度。
§淀粉糊的陈化
概念：淀粉糊的“陈化”俗称“老化”，是指淀粉糊从溶解、 分散、无定型状态返回至不溶解、聚集或结晶状态，这是由于 淀粉链失水重新缔合的结果。
木薯属大戟科木薯属，在热 带、亚热带为多年生，在温 暖带为一年生灌木。鲜薯中 含有毒性物质氰酸。
木薯淀粉是一种典型 的根类淀粉。鲜薯中 含有大约28%的淀粉。
§玉米/糯玉米（Corn / Waxy Corn） 目前美国是世界上生产 玉米产量最大的国家。
除普通玉米外，玉米品种还有 糯玉米、高直链玉米、高油玉 米、高赖氨酸玉米和甜玉米， 但目前用于提取淀粉的还主要 集中在玉米和糯玉米。
淀粉糊的陈化具有以下效应： 粘度增加
氢键
糊 化
水
陈 化
呈现不透明和浑浊
在热糊表面形成不溶解的粉皮 不溶性的淀粉粒沉淀
稀溶液 浓溶液 溶胶 凝胶 凝沉
形成胶体
脱水收缩
●淀粉的理化检测
§淀粉糊的粘度及测量仪器
概念：粘度是流体的内摩擦，是一层流体对另一层流体相对 运动时的阻力。包括动力粘度、运动粘度、相对粘度和条件粘度
Na O-C-CH3
adipic anhydride
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
CH2OH
=
O-C-CH3
O
sodium acetate
=
O
O
●交联淀粉的性质特点
粘度曲线：
●交联淀粉的性质特点
交联程度对粘度的影响
交联程度 粘度 低
中
高 原淀粉
50 °C
95 °C
95 °C
50 °C
●交联淀粉的性质特点
马铃薯淀粉
木薯淀粉
玉米淀粉
糯玉米淀粉
小麦淀粉
芭蕉芋淀粉
●不同种类淀粉的比较
§不同淀粉糊丝长短
马铃薯淀粉
木薯淀粉
玉米淀粉
糯玉米淀粉
小麦淀粉
芭蕉芋淀粉
●不同种类淀粉的比较
§不同淀粉老化性比较
马铃薯淀粉
木薯淀粉
玉米淀粉
糯玉米淀粉
小麦淀粉
芭蕉芋淀粉
●不同种类淀粉的比较
§不同淀粉透明度
●淀粉的化学结构及性质
常见的粘度计：RVA、旋转式粘度计（Brookfield、NDJ） 、 Brabender
NDJ-97
Brookfield RVA Brabender NDJ-1
§Brabender粘度曲线
峰值粘度 崩解值
峰值温度
糊化温度
凝沉值
开始糊化
特点：可以测量淀粉在整个糊化过程中的粘度变化，并反映其稳定性。 一般测试条件：35℃ 1.5℃/min 95℃ 升温 保温30min 1.5℃/min 50℃ 降温
C-C=O
acetic anhydride
acetate group
●醋酸酯化淀粉的性质特点
粘度曲线：
醋酸酯化变性淀粉曲线
原淀粉曲线
●交联淀粉
a.三偏磷酸钠交联反应：
CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH
O O
O O
O
O
O O O
O
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
O
O
O
O
O
phosphorous oxychloride
●淀粉的形成过程
淀粉粒的形成，最初是由未知化学 成分的物质无章地聚集开始，而后 形成极微量的不溶性多糖的沉积， 它也成了淀粉进一步沉积的核心。 此核心就是淀粉颗粒的中心，称之 为脐点（Hilm），围绕这一中心颗 粒进一步长大，初期近似球形，长 大后形状逐渐变化。
●不同种类淀粉的比较
§不同淀粉颗粒形态
▲酸变性淀粉
▲复合变性淀粉
热粘度降低，可配制高浓度淀粉糊
可以综合不同变性方式的优点
●醋酸酯化淀粉
醋酸酯化反应：
CH2OH CH2OH
CH2OH
CH2OH
O O O
O O
+
H C-C=O H H H C-C=O H
H
NaOH
O pH 8.0-9.0
H
H H
O O
O O
O
+
H H C-C=O H
O
O Na sodium acetate
●淀粉的来源
大多数高等植物的所有器官都含有淀粉，除高等植物以外，某些原生 动物、藻类、以及细菌中都可以找到淀粉粒。
谷物：玉米、高粱、大米、小麦、糯玉米
淀粉 块茎：马铃薯
块根：木薯、甘薯、葛根
髓：西米
每种淀粉根据其植物的来源加以命名，如玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦 淀粉，以此类推。
淀粉的性质随其原料来源而不同
-
NaOH
O O O O O
O NaO-P=O O
-
●交联淀粉
b.己二酸交联反应：
CH2OH CH2OH
O
O O
O O
O-C-CH3
_ C=O
=
CH2OH
CH2OH
O
O
O O
O O
O _ C=O _ _ (CH2)4 O
+
O O O
_
_
NaOH (CH2)+ 4
C=O
+ 2
_
C=O
_ O
O O O O
大多数淀粉 都具有这两 种淀粉，但 糯性淀粉的 支链含量可 达100%。
§淀粉链的排列结构
淀粉颗粒中淀粉链是以辐 射状排列，紧密有序的排 列和相互之间的氢键作用 构成了淀粉的结晶区和非 结晶区，X-光衍射图证实 了淀粉颗粒中存在结晶区。
§淀粉颗粒的偏光十字（Maltese cross）
马铃薯淀粉颗粒在显微 偏光/普通光下比较
在欧洲马铃薯被誉为“第二 面包”，因为马铃薯是营养 丰富，包含了多种维生素和 矿物质，其中淀粉含量 10~15%
§木薯（Tapioca、Cassava） 木薯又称为树薯，树番薯、 南洋薯、槐薯、番葛等。
主产于巴西、泰国、菲律宾 等国家。木薯传入我国已有 180多年的历史，首先在两广 地区栽培，而后扩大到福建、 云贵、湖南、江西等地区。
粘度曲线：
交联淀粉
原淀粉
●氧化淀粉
次氯酸钠氧化反应：
CH2OH
CH2OH
O O O
O
O
+ NaCLO
NaOH
pH = 11
+
+ NaCL
Sodium hypochlorite
●氧化淀粉的性质特点
粘度曲线：
●变性淀粉的应用
变性淀粉的应用是根据其性质来选择，性质则由上述原料类型、 分子结构、变性方式和程度共同决定。
普通光学显微镜下淀 粉颗粒偏光十字现象 淀粉在偏光下观察，通常可以看到一个明显 的偏光十字，十字的交叉点与淀粉颗粒的脐 点重合，淀粉的这种现象证明了淀粉颗粒存 在辐射状的组织结构。当淀粉颗粒糊化后， 有序的结构被打乱，偏光十字消失。
§淀粉颗粒膨胀和糊化
（40℃）
淀粉在冷水中是以不溶性悬浮颗粒 （60℃） （淀粉乳）形态存在。 当水被加热到某个温度（糊化温度） 时，水分子进入到淀粉颗粒中，颗 粒迅速膨胀并伴随粘度增加，形成 淀粉糊。此过程称之为淀粉的糊化。
§葡萄糖单元环（glucose）与 糖甙键（linkages） 淀粉中主要有α-1，4糖甙键 和α-1，6糖甙键，在极少数 淀粉中科学家们证明了α-1， 3糖甙键的存在
§淀粉与纤维素的区别 同样是碳水化合物由于连 接葡萄糖单元环的糖甙键 不同导致纤维素不能消化
§直链淀粉/支链淀粉结构
α-1，4糖甙 键连接葡萄 糖单元环构 成直链淀粉， 支链淀粉的 分支淀粉由 α-1，6糖甙 键连接。