第2章淀粉生產(chǎn)與淀粉制糖

1、1 淀粉的理化性質(zhì)2 淀粉提取工藝3 淀粉糖及其加工4 變性淀粉1.1 顆粒性質(zhì)1.2 吸附1.3 糊化與凝沉1.4 化學(xué)性質(zhì)1.1 淀粉的顆粒性質(zhì)1.1.1 淀粉顆粒的形貌1.1.1 淀粉顆粒的形貌淀粉顆粒的形貌大?。?用范圍來描述 以m來計量形狀： 用描述性語言來表述淀粉顆粒的大小和形狀是判斷淀粉種類的依據(jù)之一淀粉粒淀粉粒來源來源粒徑極限粒徑極限范圍（范圍（m）平均值平均值（m）淀粉粒淀粉粒來源來源粒徑極限粒徑極限范圍（范圍（m）平均值平均值（m）玉米42615大麥63518馬鈴薯1512033高粱32713木薯155025芭蕉芋105528小麥33820藕粉94022大米295葛根粉84

2、224 薯類淀粉顆粒微觀形態(tài)偏光顯微形態(tài)普通光學(xué)形態(tài)偏光顯微形態(tài)普通光學(xué)顯微形態(tài)玉米淀粉顆粒的微觀形態(tài) 淀粉粒在偏光顯微鏡下觀察,具有雙折射性,在淀粉顆粒表面可以看到以粒心為中心的黑色十字,稱為偏光十字。 可用來判斷淀粉粒內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)方向。 加熱淀粉粒，偏光十字消失。1.1.3 輪紋結(jié)構(gòu)輪紋結(jié)構(gòu) 在淀粉顆粒表面具有的類似貝殼狀的輝紋的結(jié)構(gòu)。 是淀粉顆粒晶體結(jié)構(gòu)的又一特征是淀粉顆粒晶體結(jié)構(gòu)的又一特征板栗1.1.3 輪紋結(jié)構(gòu)輪紋結(jié)構(gòu)1 單粒 2 半復(fù)粒 3 復(fù)粒 淀粉顆粒在形成過程中,由于生長速度和時期的不同,晶體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出不同的致密程度,可通過X-射線衍射手段來分析晶體結(jié)構(gòu)的特點吸附現(xiàn)象產(chǎn)生的

3、本質(zhì) 直鏈淀粉分子和支鏈淀粉分子空間結(jié)構(gòu)不同。 直直 鏈鏈 淀淀 粉粉支支 鏈鏈 淀淀 粉粉化學(xué)鍵-1,4-1,4與-1,6 分子數(shù)數(shù)百至上千上千至數(shù)千溶解度佳較差粘性不強(qiáng)強(qiáng)碘藍(lán)紫色紅褐色膠體形成性大 ；水溶性強(qiáng)小分布內(nèi)部外圍含量1520%8085%直鏈淀粉 分子在高溫溶液中分子伸展，極性集團(tuán)暴露，很容易與一些極性有機(jī)化合物通過氫鍵締合，形成螺旋狀結(jié)晶復(fù)合體。支鏈淀粉 分子結(jié)構(gòu)呈樹枝狀，存在空間障礙，不易與其他化合物形成復(fù)合體沉淀。直鏈淀粉: 藍(lán)色支鏈淀粉: 紫色紅色 淀粉分子結(jié)構(gòu)不同,形成螺旋程度不同,結(jié)合碘分子的量不同! 糊化溫度淀粉乳 淀粉糊 加熱 淀粉顆粒溶解到冷水中形成的懸浮液淀粉顆

4、粒在熱水中形成的膠體溶液幾種常見淀粉的糊化溫度幾種常見淀粉的糊化溫度化合物對淀粉糊化溫度的影響化合物對淀粉糊化溫度的影響 淀粉膠體在長時間放置或突然降溫的 條件下,溶解度降低，形成沉淀或者渾 濁的現(xiàn)象。 淀粉的凝沉作用在固態(tài)下也會發(fā)生， 表現(xiàn)在淀粉制品失去原有的柔軟性。 淀粉凝沉的化學(xué)本質(zhì)淀粉顆粒再次形成晶體的過程在溫度逐漸降低的情況下，溶液中的淀粉分子運(yùn)動減弱，分子鏈趨向于平行排列，相互靠攏，彼此以氫鍵結(jié)合形成大于膠體的質(zhì)點而沉淀。因淀粉分子有很多羥基，分子間結(jié)合得特別牢固，以至不再溶于水中，也不能被淀粉酶水解。 分子構(gòu)造 分子大小 直鏈淀粉分子與支鏈淀粉分子的比例 溶液濃度 溶液pH及無機(jī)

5、鹽類 冷卻速度在測定開始階段，因為淀粉顆粒不能溶在測定開始階段，因為淀粉顆粒不能溶于冷水，粘度不變于冷水，粘度不變 (a)。當(dāng)溫度開始升高時，淀粉顆粒開始吸水當(dāng)溫度開始升高時，淀粉顆粒開始吸水溶脹溶脹 (b)。因為淀粉顆粒體積增大，因為淀粉顆粒體積增大， 互相碰撞、互相碰撞、摩擦加劇，導(dǎo)致粘度增加摩擦加劇，導(dǎo)致粘度增加 (b)。除此之外，越來越多的微粒從淀粉顆粒上除此之外，越來越多的微粒從淀粉顆粒上被溶解下來，被溶解下來， 導(dǎo)致液體的粘度升高導(dǎo)致液體的粘度升高 。淀粉顆粒在液體中忽降粘聯(lián)。于是，粘淀粉顆粒在液體中忽降粘聯(lián)。于是，粘度進(jìn)一步升高度進(jìn)一步升高 (d)。當(dāng)大部分被溶解，而分子仍然保持

6、完整當(dāng)大部分被溶解，而分子仍然保持完整沒有被破壞時，此時的粘度為最大粘度沒有被破壞時，此時的粘度為最大粘度因為溫度升高分子間化學(xué)鍵被破壞。溶解的淀粉和周因為溫度升高分子間化學(xué)鍵被破壞。溶解的淀粉和周圍的凝膠在機(jī)械攪拌作用下被打斷圍的凝膠在機(jī)械攪拌作用下被打斷 (e)。于是，粘度升。于是，粘度升高和降低再次達(dá)到平衡。高和降低再次達(dá)到平衡。 粘度曲線表現(xiàn)為最大值。粘度曲線表現(xiàn)為最大值。在測定的最后階段在測定的最后階段 (冷卻冷卻)，被溶解的松散的，被溶解的松散的分子重新規(guī)則排列分子重新規(guī)則排列 回生回生)， 粘度再次升高粘度再次升高 (g)。粘度粘度溫度溫度升溫升溫保溫保溫降溫降溫糊化起始糊化起始

7、糊化起始糊化起始 （粘度開始增加的溫度）（粘度開始增加的溫度）粘度粘度溫度溫度升溫升溫保溫保溫降溫降溫糊化起始糊化起始最大糊化最大糊化最大糊化最大糊化 （曲線第一次達(dá)到最高點時的（曲線第一次達(dá)到最高點時的粘度和對應(yīng)的溫度）。這一點指產(chǎn)品在粘度和對應(yīng)的溫度）。這一點指產(chǎn)品在蒸煮過程中所達(dá)到的粘度。蒸煮過程中所達(dá)到的粘度。粘度粘度溫度溫度升溫升溫恒溫恒溫降溫降溫糊化起始糊化起始最大糊化最大糊化糊化溫度越低，淀粉完全糊化需要的能量越小。糊化溫度越低，淀粉完全糊化需要的能量越小。粘度粘度溫度溫度升溫升溫恒溫恒溫降溫降溫糊化起始糊化起始最大糊化最大糊化升溫終點粘度升溫終點粘度粘度粘度溫度溫度升溫升溫恒溫

8、恒溫降溫降溫糊化起始糊化起始最大糊化最大糊化升溫終點粘度升溫終點粘度降溫起點粘度降溫起點粘度粘度粘度溫度溫度升溫升溫恒溫恒溫降溫降溫糊化起始糊化起始最大粘度最大粘度升溫終點粘度升溫終點粘度降溫起點粘度降溫起點粘度在這一段持續(xù)高溫作用下粘度的變化能反應(yīng)糊化淀粉在溫度和剪切作用下的耐受能力。粘度粘度溫度溫度升溫升溫恒溫恒溫降溫降溫糊化起始糊化起始最大糊最大糊化化升溫終點粘度升溫終點粘度降溫起點粘度降溫起點粘度淀粉種類不同，粘度降低的程度也不同。穩(wěn)定性好和糊化溫度高的淀粉在這一階段能夠保持粘度甚至粘度增加。粘度粘度溫度溫度升溫升溫保溫保溫降溫降溫糊化起始糊化起始最大糊化最大糊化升溫終點粘度升溫終點粘

9、度降溫起點粘度降溫起點粘度降溫終點粘度降溫終點粘度粘度粘度溫度溫度升溫升溫恒溫恒溫降溫降溫糊化起始糊化起始最大糊化最大糊化升溫終點粘度升溫終點粘度降溫起點粘度降溫起點粘度降溫終點粘度降溫終點粘度回生值回生值淀粉在降溫終點粘度的增加能反應(yīng)淀粉的濃度增加能力。 水解 氧化 成酯 烷基化 淀粉化學(xué)性質(zhì)是制作淀粉糖和變性淀 粉的理論依據(jù)。2.1 原理 淀粉顆粒不溶解于冷水 淀粉顆粒比重大于水 淀粉與其他成分比重不同玉玉 米米清清 理理浸浸 泡泡 粗粗 磨磨胚芽分離胚芽分離精精 制制 細(xì)細(xì) 磨磨 纖維素分離纖維素分離蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)分離干干 燥燥 玉米淀粉玉米淀粉 目的改變胚乳的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)削弱淀

10、粉的粘著力降低籽粒的機(jī)械強(qiáng)度浸泡出部分可溶解的物質(zhì)抑制微生物的有害活動浸泡液浸泡液： 0.200.25%亞硫酸溶液浸泡方法浸泡方法：逆流浸泡法浸泡參數(shù)浸泡參數(shù)： 時間：10 12h （60%），30 40h（10%） 溫度：48 50（原料佳），50 55（原料劣）浸泡效果：浸泡效果： 含水分：40 45%（濕基） 可溶性物質(zhì)含量2.5% 酸度70mL（0.1N NaOH滴定100克干物質(zhì)消耗的數(shù)量） 籽?？梢杂脙墒?jǐn)D裂，胚芽完整脫出，不粘附胚乳或果皮玉玉 清清 理理浸浸 泡泡 粗粗 磨磨 胚芽分離胚芽分離精精 制制 細(xì)細(xì) 磨磨 纖維素分離纖維素分離 蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)分離干干 燥燥 玉米淀粉玉

11、米淀粉 胚芽中含有5055%的脂肪。 胚芽磨碎會導(dǎo)致生產(chǎn)過程中，淀粉中的脂肪含量增加，使機(jī)器和篩子的工作表面粘附油脂，淀粉乳的品質(zhì)劣變。胚芽分離設(shè)備：胚芽旋液分離器玉玉 米米 清理清理浸浸 泡泡 粗粗 磨磨胚芽分離胚芽分離精精 制制 細(xì)細(xì) 磨磨 纖維素分離纖維素分離蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)分離干干 燥燥 玉米淀粉玉米淀粉 篩分：曲面篩 六角篩2.2.4 蛋白質(zhì)分離 離心 沉降 流槽玉玉 米米清清 理理浸浸 泡泡粗粗 磨磨胚芽分離胚芽分離 精精 制制細(xì)細(xì) 磨磨纖維素離纖維素離 蛋白質(zhì)離蛋白質(zhì)離 干干 燥燥玉米淀粉玉米淀粉浸泡液浸泡液 纖維素纖維素胚胚 芽芽蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 含義 淀粉糖是以淀粉為原料，在催化

12、劑作用下經(jīng)水解反應(yīng)生成的葡萄糖、果葡糖、麥芽糖及其混合物的總稱。種類淀粉糖的成分大致有糊精、麥芽糖、葡萄糖三種。 淀粉轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中，直接還原糖（通常以葡萄糖計）占總固形物含量的百分比。通常用來表示淀粉的分解程度。按照轉(zhuǎn)化程度的高低，淀粉糖分為： 低轉(zhuǎn)化糖漿 DE20 中轉(zhuǎn)化糖漿 38 DE42 高轉(zhuǎn)化糖漿 60 DE70 結(jié)晶葡萄糖 全糖 高轉(zhuǎn)化糖漿 中轉(zhuǎn)化糖漿 低轉(zhuǎn)化糖漿（麥芽糊精） 果葡糖漿 麥芽糖漿（飴糖 ） 甜度 粘度 溶解度 結(jié)晶性 吸濕性和保濕性 滲透壓 發(fā)酵性 化學(xué)穩(wěn)定性 風(fēng)味 品品 種種相對甜度相對甜度蔗糖蔗糖1.01.0果糖果糖1.51.5葡萄糖葡萄糖0.70.7麥芽糖麥芽糖0

13、.50.5乳糖乳糖0.40.4木糖醇木糖醇1.01.0麥芽糖醇麥芽糖醇0.90.9果葡糖漿（果葡糖漿（42%42%轉(zhuǎn)化率）轉(zhuǎn)化率）1.01.0淀粉糖漿（淀粉糖漿（42DE42DE）0.50.5淀粉糖漿（淀粉糖漿（52DE52DE）0.60.6淀粉糖漿（淀粉糖漿（62DE62DE）0.70.7淀粉糖漿（淀粉糖漿（70DE70DE）0.80.8 甜度 粘度 溶解度 結(jié)晶性 吸濕性和保濕性 滲透壓 發(fā)酵性 化學(xué)穩(wěn)定性 風(fēng)味 常用工藝： 酸糖化工藝 酶液化和酶糖化工藝 機(jī)理 淀粉乳加入稀酸后加熱，經(jīng)糊化、溶解，進(jìn)而葡萄糖苷鏈裂解，形成各種聚合度的糖類混合溶液。在稀溶液的情況下，最終將全部變成葡萄糖。在

14、此反應(yīng)中，酸僅起催化作用。 酸的種類和濃度 淀粉乳濃度 溫度、壓力、時間液化 液化是使糊化后的淀粉發(fā)生部分水解，暴露出更多可被糖化酶作用的非還原性末端。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，流動性增高。1、根據(jù)來源分： 麥芽（淀粉酶，植物） 唾液淀粉酶，胰液淀粉酶（人、動物） 細(xì)菌（枯草桿菌、芽孢桿菌）、霉菌淀粉酶（微生物）2、根據(jù)作用形式分： 內(nèi)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糖苷鍵,產(chǎn)物為型) 淀粉酶(水解-1,4，-1,3，-1,6，產(chǎn)物為型) 葡萄糖淀粉酶(水解-1,4,產(chǎn)物為型，從非還原端開始) 切枝酶(水解-1,6

15、糖苷鍵，異淀粉酶、普魯蘭酶等) 環(huán)狀糊精酶(可以用作乳化劑，具有保香的效果，但是親 水性不是很好) 麥芽四糖和麥芽六糖生成酶 葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(葡萄糖-1,6糖苷鍵異麥芽糖, 異麥芽三糖等)淀粉酶性質(zhì)：性質(zhì)： 最佳作用溫度80左右（耐中溫90-100，耐高溫110），最佳作用pH56。 金屬酶類，Ca+可以維持酶分子的構(gòu)象，保持最大活力和穩(wěn)定性。 MW：50000，PI4.0，-SH含量少，耐熱性好用途：用途：淀粉糖工業(yè)，制造葡萄糖、高濃度麥芽糖、果葡糖漿等的生成。 淀粉酶廣泛存在于植物和微生物中。 最佳作用溫度60左右，最佳作用pH56。 目前工業(yè)上應(yīng)用的主要來源于植物，植物來源 的淀粉酶對淀

16、粉的水解率一般在60-65左右。 MW：58000左右（514個AA組成），PI5-6淀粉糖工業(yè)，啤酒工業(yè)（糖化階段）。 最佳作用溫度5060左右，最佳作用pH45。 葡萄糖淀粉酶主要來源于黑霉菌、根霉等微生物， MW：5萬6萬，是一種糖蛋白，含糖1423% 葡萄糖淀粉酶作用時，產(chǎn)物構(gòu)型受到底物濃度和溫度的影響較大，當(dāng)?shù)孜餄舛群头磻?yīng)溫度提高的話，產(chǎn)物的異構(gòu)化程度提高，葡萄糖含量下降。用途 淀粉糖工業(yè)，在酸酶法、雙酶法生成工藝中，用于生成高純度的葡萄糖。淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶1，4糖苷鍵糖苷鍵1，6糖苷鍵糖苷鍵（跨越）（跨越） 水解方式水解方式內(nèi)內(nèi)外外外外產(chǎn)物構(gòu)型產(chǎn)物構(gòu)

17、型型型型型型型跨越磷酸酯鍵跨越磷酸酯鍵+（）看來源（）看來源粘度變化粘度變化快快慢慢慢慢與碘的顯色消失程度與碘的顯色消失程度快快慢慢慢慢結(jié)晶含水-葡萄糖 淀粉 結(jié)晶無水-葡萄糖 高度水解 控制水解 結(jié)晶無水-葡萄糖 葡萄糖液 氫化 淀粉糖 全糖 異構(gòu)化 山梨醇 中轉(zhuǎn)化糖漿（DE3842） 高轉(zhuǎn)化糖漿（DE6070） 麥芽糖漿 果葡糖漿（果糖 42%） 氫化 色譜分離 氫化糖漿 結(jié)晶 結(jié)晶果糖 果糖液 氫化 混合 果葡糖漿（果糖 90%） 麥芽糖醇 各種不同的淀粉水解糖化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程示意圖-淀粉酶 屬于內(nèi)切酶。可水解-1，4糖苷鍵，不能水解-1，6糖苷鍵，但是能越過-1，6糖苷鍵，繼續(xù)水解-1

18、，4糖苷鍵。 水解產(chǎn)物： 異麥芽糖、 含有-1，6糖苷鍵、聚合度為34的低聚糖和糊精。 葡萄糖淀粉酶 從非還原性末端開始水解-1，4糖苷鍵最終水解產(chǎn)物為葡萄糖也可水解淀粉的初級水解物產(chǎn)生-葡萄糖。淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶1，4糖苷鍵糖苷鍵1，6糖苷鍵糖苷鍵（跨越）（跨越）水解方式水解方式內(nèi)內(nèi)外外外外產(chǎn)物構(gòu)型產(chǎn)物構(gòu)型型型型型型型跨越磷酸酯鍵跨越磷酸酯鍵+（）看來（）看來源源粘度變化粘度變化快快慢慢慢慢與碘的顯色消失程度與碘的顯色消失程度 快快慢慢慢慢 采用物理方法、化學(xué)方法以及生物化學(xué)方法，使原淀粉的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)改變，從而出現(xiàn)特定性能和用途的淀粉產(chǎn)品叫做變性淀粉。天然淀粉的屬性和性能界限 冷冰不溶性、老化易脫水、耐藥性和機(jī)械性差、缺乏乳化力、被膜性差和缺乏耐水性等缺陷。制造變性淀粉的原