木薯淀粉的理化性質(zhì)

1、木薯淀粉的理化性質(zhì)淀粉是綠色植物通過光合作用合成的， 它儲存于植物的種子、 塊莖和塊根中。 植物所含淀粉的多少與品種、生長周期、繁殖與種植方法、收獲方法、抗病抗災(zāi) 性能、日照的時間與強度、環(huán)境的溫度與濕度、降水量、地形和土壤條件等因素 有密切的關(guān)系。在稻、麥、玉米、高粱的種子顆粒中含有 70%左右的淀粉，在馬 鈴薯的塊莖中含有 18%左右的淀粉，在木薯的塊根中含有 25%左右的淀粉。 我們就 是利用這些含淀粉高的種子、塊莖、塊根作為原料來生產(chǎn)淀粉。淀粉是可再生資源， 也是產(chǎn)量僅次于纖維素的第二大可再生資源。 它取之不 盡，用之不竭，是人類賴以生存和發(fā)展的最基本和最重要的資源。 為區(qū)別淀粉品種，

2、一般加用原料名稱，如玉米淀粉、木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、甘 薯淀粉、小麥淀粉等等。木薯淀粉玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉等一樣，都是重要的工業(yè)原料， 用途極其廣泛。一、木薯淀粉的化學組成和結(jié)構(gòu) 淀粉主要由碳、氫、氧三種元素組成。淀粉是在水介質(zhì)中光合作用合成，即 植物的綠葉以葉綠素為催化劑， 通過將二氧化碳和水合成為葡萄糖， 其反應(yīng)式為： 日光6CO2+6H2O C6H12O6+6O2葉綠素葡萄糖又經(jīng)一系列的生物化學反應(yīng)， 最后生成淀粉、 纖維素等多聚糖。 淀粉 的分子式為（ C6H10O）5 n，光合作用分子量是 n（162.14） 。n 是一個不定數(shù)，表 示淀粉分子是由許多個葡萄糖單位組成。 組

3、成淀粉分子的葡萄糖單位數(shù)量稱為聚 合度，聚合度乘以葡萄糖單位分子量 162.14便得淀粉分子量 為了與游離葡萄糖 （C6H12O）6 區(qū)別，通常稱（ C6H10O）5 為葡萄糖單位。在組成淀粉的元素中， 碳占44.5%，氫占6.2%，氧占49.3%。干淀粉燃燒生成二氧化碳和水，并放出大量 的熱，其反應(yīng)式為：燃燒（ C6H10O）5 n+6nO2 5nH2O+6nCO2+Q熱（ ） 木薯淀粉為多聚葡萄糖，屬于碳水化合物中的多糖類。多糖類又叫高聚糖， 是許多單糖的聚合物， 即許多葡萄糖分子連接起來成為淀粉分子。 工業(yè)生產(chǎn)葡萄 糖就是以淀粉作原料，將聚合狀態(tài)的葡萄糖經(jīng)水解轉(zhuǎn)變成為游離狀態(tài)的葡萄糖。

4、這個反應(yīng)過程稱為“糖化”，其反應(yīng)式如下：酸或酶（C6H10O）5 n+nH2O n （ C6H12O）6在水解過程中，淀粉先生成中間產(chǎn)物，如糊精、低聚麥芽糖，最后生成葡萄糖。在淀粉中，除含有水分外，還含有脂肪、蛋白質(zhì)、灰分等雜質(zhì)。蛋白質(zhì)實際 上包括全部含氮物， 其中有真正蛋白質(zhì)及肽、 氨基酸、核苷酸等。 灰分主要為鈉、 鉀、鎂、鈣等無機化合物。木薯淀粉的化學組成如下：淀粉85%水分14%蛋白質(zhì) 0.2%灰分0.3%其它0.5%淀粉的生產(chǎn)是將原料中的非淀粉物質(zhì)分離出去， 但由于用途不同， 產(chǎn)品使用 的要求也有很大的差異，其目的是達到用戶要求為準。故尚有理化指標的要求， 如水分、灰分、酸度、蛋白質(zhì)

5、、粘度等。淀粉中雜質(zhì)含量的多少，是決定其產(chǎn)品 質(zhì)量的重要依據(jù)， 但只要符合國家規(guī)定的質(zhì)量要求， 對一般食品和其它工業(yè)使用 已無妨礙。淀粉是由葡萄糖組成的多糖高分子化合物， 有直鏈狀和支叉狀二種分子， 分 別稱為直鏈淀粉和支鏈淀粉。 天然淀粉一般都有這兩種結(jié)構(gòu)， 大都為這兩種淀粉 混合而成，二者混合組成的量因淀粉的種類和品種的不同而各異（見下表） 。不同種類淀粉的直鏈和支鏈淀粉含量淀粉種類直鏈淀粉含量（ %）支鏈淀粉含量（ %）木薯1783甘薯1882馬鈴薯2080玉米2773大米1981粘玉米0100粘高粱0100直鏈淀粉是由葡萄糖單位通過 -1 ，4糖苷鍵連接，接成直鏈狀分子，可被 淀粉酶水

6、解為麥芽糖。 它沒有一定的分子大小， 差別很大， 用不同的方法測得直 鏈淀粉的相對分子質(zhì)量為 3.2104- 1.6 105。此值相當于分子中有 200-980個葡 萄糖單位。木薯淀粉的直鏈淀粉，其含量（干基）為 17%，平均聚合度為 2600， 平均聚合度質(zhì)量為 6700，表現(xiàn)的聚合度分布為 580-2200。支鏈淀粉具有高度分支結(jié)構(gòu)， 由線型直鏈淀粉短鏈組成， 其分子較直鏈淀粉 大，相對分子質(zhì)量在 1105- 1106之間，相當于聚合度為 600-6000個葡萄糖單 位。其結(jié)構(gòu)除了在直鏈結(jié)構(gòu)部分以 1、4糖苷鍵連接，而在支叉結(jié)構(gòu)部分則以 1、6 糖苷連接，它含有1000-3000個葡萄糖單

7、位， 大約每20-30個葡萄糖單位上就有一 個分支。 用淀粉酶水解支鏈淀粉時， 只有外圍的支鏈可被水解為麥芽糖。 木薯淀 粉的支鏈淀粉，其含量（干基）為 83%，聚合度范圍為 3105- 3106。直鏈淀粉和支鏈淀粉在若干性質(zhì)方面存在很大差別。直鏈淀粉遇碘液變成為藍色； 支鏈淀粉遇碘液則變成為紫紅色。 因此，可以 根據(jù)這一現(xiàn)象，對其鑒別經(jīng)糊化的直鏈淀粉很不穩(wěn)定， 在貯存過程中會發(fā)生凝沉現(xiàn)象， 使糊化物質(zhì)逐 漸變成混濁，膠粘性降低，最后出現(xiàn)白色沉淀。支鏈淀粉經(jīng)糊化易溶于水，生成 穩(wěn)定的溶液，具有高粘度，凝沉性微弱。直鏈淀粉能制成強度高、柔軟性高的纖維和薄膜，具有纖維素制品的性質(zhì)； 支鏈淀粉卻不能

8、。在淀粉顆粒中， 直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種淀粉分子組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)， 至今還 未能了解清楚。在實驗室中常用戊醇、丁醇分離法將直鏈淀粉和支鏈淀粉分離。 在工業(yè)上采用分級沉淀法、纖維素吸附法將直鏈淀粉和支鏈淀粉分離。二、木薯淀粉的物理性質(zhì)1 、顏色與形狀木薯淀粉呈白色粉末狀， 無嗅無味。 在顯微鏡下觀察， 淀粉顆粒為圓形或卵 形，還可見到清楚的輪紋。 塊根淀粉由于在生長期間所受的壓力較小， 而且塊根 組織又比較松軟，所以容易解體。木薯淀粉顆粒的直徑為 5-35 微米，平均為 20 微米。在偏光顯微鏡下觀察， 木薯淀粉顆粒中心具有相當明顯的黑色十字， 將顆 粒分成四個白色的區(qū)域。 成熟的淀粉顆粒為潔凈的

9、圓型和卵形物質(zhì)， 且有清楚輪 紋，易受污染。 未成熟的淀粉或在生長期受害的木薯淀粉顆粒不飽滿， 且輪紋更 為明顯，更易受到污染。故在木薯的清洗、碎解、浸漬、篩分、分離、脫水、干 燥、冷卻等過程中，要講究衛(wèi)生，包括設(shè)備衛(wèi)生、周圍環(huán)境衛(wèi)生以及操作人員衛(wèi) 生。各種淀粉顆粒大小及形狀淀粉名稱顆粒大?。ㄎ⒚祝┢?均（微米）形狀木薯5 3520圓形、卵形截切形甘薯10 2515圓形、卵形馬鈴薯15 10033卵形、圓形玉米5 2615圓形、多角形大米3 85多角形從上表可見， 不同品種淀粉的顆粒大小存在差別， 而且同一種淀粉的顆粒也 不均勻，象木薯淀粉的最小顆粒為 5微米，最大則達到 35微米。淀粉顆粒不

10、溶于一般的有機溶劑。2 、比重木薯淀粉顆粒的比重大于水，約為 1.6 ，因而淀粉顆粒在水中容易沉淀，但 淀粉顆粒的大小不同，沉淀的速度也不同。過去，在木薯淀粉生產(chǎn)中使用 2.5 坡度的流槽，進行放流，一般的流速應(yīng)控制在 8-10米/分（漿水濃度為 3波美度時）。 流槽回收濕淀粉，是根據(jù)淀粉、水、黃槳、泥沙等比重不同的原理，以水為介質(zhì) 進行分離的。碟式分離機、 沉降分離機同樣也是根據(jù)這個原理進行分離的。 在淀 粉生產(chǎn)過程中， 為防止淀粉在漿池中沉淀， 應(yīng)不停的攪拌， 使乳漿濃度保持一致， 以便于抽漿、篩分、分離。3 、吸濕性木薯淀粉能夠吸收潮濕空氣中的水分， 又能在干燥空氣中失去水分， 這是淀

11、粉在自然界中的特性， 我們稱之為吸濕性。 淀粉吸濕性很強， 它的顆粒具有滲透 性，水和水滲液能自由滲入顆粒內(nèi)部。 通常在含水分 13-14%時也不顯得潮濕， 卻 呈干燥粉末狀， 這是因為淀粉分子中的羥基 （ OH）和水分子相互生成氫鍵的緣 故。淀粉的水分含量受周圍環(huán)境空氣濕度的影響， 在陰雨天濕度高時， 淀粉吸收 空氣中的水分， 使含水量提高； 在干燥天氣濕度低時， 淀粉含有的水分則向周圍 空氣中逸散， 從而使淀粉含水量降低。 因溫度會影響空氣濕度， 故也間接影響淀 粉的水分含量。溫度增高，空氣相對濕度降低，使淀粉散失水分；溫度降低，則 相對濕度增高， 使淀粉吸收水分。 由于淀粉具有吸濕性強的

12、特點， 因而淀粉的倉 庫應(yīng)該通風干燥。 剛生產(chǎn)出來的淀粉， 使用塑料編織袋包裝時， 必須經(jīng)過冷卻處 理后方能裝袋包裝，否則會因熱氣未能散出而導致淀粉發(fā)霉變質(zhì)。4 、淀粉的糊化將淀粉置于冷水中攪拌，可形成乳狀懸浮液（淀粉乳漿） ，若停止攪拌，則 淀粉顆粒慢慢下沉， 上部則為清水。 這是因為淀粉不溶于冷水和其顆粒比重大于 水的緣故。在生產(chǎn)過程中，可利用淀粉這一特性，以水為分離介質(zhì)生產(chǎn)淀粉，并 利用淀粉的糊化加工成為各種變性淀粉產(chǎn)品。如將淀粉放入水中攪拌均勻成為淀粉乳后， 再將淀粉乳加熱，隨著溫度上升， 則淀粉顆粒逐漸吸收水分， 體積膨脹，達到一定溫度， 高度膨脹的淀粉顆粒間互 相接觸，變成半透明的

13、粘稠糊狀，稱為淀粉糊，也就是我們通常所說的漿糊。此 時，即使停止攪拌，淀粉顆粒也不會沉淀，這種現(xiàn)象稱為“糊化”。發(fā)生糊化現(xiàn)象的溫度稱為糊化溫度。 不同淀粉的糊化溫度是不同的。 即使同 樣一種淀粉，由于顆粒大小不同，糊化溫度也不一樣，相差約 10。較大的顆粒 能在較低的溫度下糊化， 否則反之。 木薯淀粉的糊化溫度為 59-69C，前面為糊化 開始溫度，后面糊化完成溫度。由于木薯淀粉顆粒較大，體積膨脹大，與水接觸 好，容易糊化， 糊化溫度也較低， 因此木薯淀粉在淀粉糖和發(fā)酵生產(chǎn)的液化過程 中，可使用較高濃度的淀粉乳，這樣可提高生產(chǎn)能力，降低熱能消耗，增加經(jīng)濟 效益。不同品種淀粉的糊化溫度存在差別，

14、 這是因為顆粒結(jié)構(gòu)強度不同， 吸水膨脹難易也不同。即使同一品種淀粉的不同顆粒的糊化難易也存在差別。各種淀粉的糊化溫度 單位： 淀粉名稱糊化開始溫度糊化完成溫度木薯5969甘薯5872馬鈴薯5868玉米6270大米6878小麥59.564木薯淀粉顆粒在水中加熱膨脹、糊化大致分為三個階段：第一階段，加熱在 糊化溫度以下， 淀粉顆粒吸收少量的水分， 體積膨脹也很小， 淀粉乳的粘度增加 不大，此時即使其冷卻、干燥，所得淀粉顆粒的性質(zhì)尚無改變；第二階段，加熱 達到糊化溫度后，淀粉顆粒吸收大量水分，淀粉顆粒急劇膨脹，體積增加數(shù)倍， 同時偏光十字消失， 淀粉乳的粘度急增， 透明度也增高， 而且有一部分淀粉溶

15、于 水中，淀粉乳逐漸變成淀粉糊；第三階段，是繼續(xù)加熱到糊化完成溫度，此時淀 粉顆粒已膨脹成無定形的袋狀，變成淀粉糊。淀粉糊并不是真正的溶液， 為高度膨脹顆粒呈不溶的膠體存在。 如欲獲得淀 粉溶液，需在高壓釜中用噴射器，因淀粉品種不同，加熱溫度也不同，木薯淀粉 約為100。由于淀粉幾乎都是經(jīng)過糊化成淀粉糊后應(yīng)用的， 因此淀粉糊的熱粘度及其穩(wěn) 定性，膠粘性、透明度等等性質(zhì)都與淀粉的用途密切相關(guān)。木薯淀粉糊化后， 粘度增高， 并且隨溫度的上升粘度繼續(xù)增高， 當粘度達到 最高值（最高粘度）以后，繼續(xù)加熱，并保持一定的溫度，則粘度下降。再繼續(xù) 加熱期間下降程度為粘度的穩(wěn)定性，下降幅度小，則熱穩(wěn)定性高。若

16、停止加熱， 使淀粉糊冷卻，則粘度會上升。淀粉糊在高速攪拌的情況下，粘度也會降低，攪 拌速度愈快，則粘度降低愈大。在工業(yè)生產(chǎn)中，淀粉如果保持較長時間的攪拌， 及使用泵的機械沖擊，也會使生產(chǎn)的淀粉糊的粘度有所降低。淀粉在水中加熱易糊化，而干加熱卻不糊化，干淀粉加熱到 130成為無水 物，再加熱至 150- 160就變成黃色可溶液性物質(zhì)，繼續(xù)加熱則碳化。淀粉糊的清澄或渾濁的程度， 也因淀粉品種不同而異， 馬鈴薯淀粉糊最透明， 木薯淀粉糊次之， 玉米淀粉糊不透明。 影響淀粉糊透明的因素比較復(fù)雜， 除淀粉 本身的支鏈淀粉含量、凝沉性質(zhì)外，還有糊的濃度、酸堿性、添加物料的種類、 加熱情況及放置時間等。稀淀

17、粉糊很不穩(wěn)定，放置一定時間后，粘度降低，由透明變成渾濁，有白色 沉淀下沉，水分析出，膠體結(jié)構(gòu)破壞， 這是由于溶解狀態(tài)的淀粉又重新凝結(jié)而沉 淀。這種現(xiàn)象稱為“凝沉”。 淀粉凝沉的原因是由于淀粉糊在冷卻過程中分子運 動減弱，相互靠攏，彼此平行，分子的羥基相互作用形成氫鍵，結(jié)成束狀結(jié)構(gòu)， 使溶解度降低而凝沉。 凝沉是一個結(jié)晶的過程， 凝沉的淀粉為結(jié)晶結(jié)構(gòu)， 不溶于 水，具有 型的 X- 光衍射圖像。各種淀粉的凝沉存在著差別，玉米、高粱淀粉凝沉力強；馬鈴薯、甘薯、木 薯淀粉凝沉力弱； 糯米、粘高粱淀粉則沒有凝沉力。 這是因為各種淀粉中直鏈淀 粉和支鏈淀粉含量各不相同的緣故。 一般來講，直鏈淀粉含量高則

18、易凝沉； 反之，PH值、鹽類以及冷卻支鏈淀粉含量高則不易凝沉。此外，溫度、水分、濃度、 時間對凝沉速度都有影響。淀粉凝沉的最佳溫度是 2- 4，大于60或低于 - 20都不易凝沉。 淀粉水分 含量在 30-60%時容易凝沉，而含有大量的水分時則又不易凝沉。淀粉溶液PH值在7時凝沉速度最快，而 PH值在2以下和 10以上時則凝沉速度很慢。淀粉溶液濃 度高時容易凝沉， 濃度低時則凝沉速度慢。 不同的無機鹽類對淀粉的凝沉影響也 不一樣，有的能促進，有的則起抑制作用。將淀粉糊在光滑平面上涂薄層，干燥，而形成薄膜。膜的強度、柔軟性、透 明度、光澤、水溶性、重濕性等則因不同的淀粉而存在差別。木薯和馬鈴薯淀粉 糊的成膜性較玉米、小麥淀粉好，膜的強度、柔軟性、透明性和光澤都好，并能 長期保持其水溶性， 重濕性好， 粘合力強。淀粉糊為重要的膠粘劑， 用于膠紙帶、 信封、郵票、標簽等等方面，要求重濕性好，使用時與水接觸，溶解快，粘合力 強。淀粉在工業(yè)上的應(yīng)用，幾乎都是加熱使淀粉乳糊化，應(yīng)用所得到的淀粉糊，起到增稠、凝膠、粘合、成膜和其它功用不同品種淀粉的淀粉糊性質(zhì)存在差別見下表），這