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淀粉概述

发布日期:2015-06-05 10:58:47
淀粉存在于几乎所有的绿色植物中,主要贮存于植物的叶、根、芽、果实、谷粒和 茎等组织和器官中【|,2】。此外,微生物、藻类、原生动物中也有淀粉存在。淀粉是植物 通过光合作用合成天然有机化合物。白天绿色植物利用日光的能量,将大气中的二氧 化碳和水转化成糖,进而形成淀粉,所形成的淀粉在叶绿素的微粒中以颗粒的形式存在。 夜间由于光合作用停止,白天合成的淀粉在植物中糖化酶的作用下被分解,以蔗糖的形 式被输送到植物的其他组织。在那里当做能源用于呼吸,或成为生物合成蛋白质、核酸 等成分的素材,而多余的糖重新被合成为淀粉,贮存于植物的种子、果实、块根(茎) 以及细胞的白色体中[3,4】。植物淀粉是人类最重要的能量来源,它不仅是自然界中存在的 最丰富的碳水化合物之一,而且是一种可再生的资源,新的淀粉在植物中不断生长形成, 以保证新淀粉的供应。淀粉具有独特化学性质,在自然界中可被生物降解,因而在食品 和非食品领域都有着巨大的应用潜力。
1.1淀粉分类
根据植物来源的不同,可将淀粉分为以下四类:薯类淀粉,原料主要包括木薯、马 铃薯(马铃薯、蜡质马铃薯)、甘薯(红薯)、竹芋、山药、芭蕉芋和芋头等;谷类淀粉, 原料主要包括大米(檑米、粳米、籼米)、玉米(玉米、蜡质(糯)玉米、高直链玉米)、 髙粱、和麦(小麦、燕麦、荞麦、黑麦)等;豆类淀粉,原料主要包括绿豆、蚕豆、豌 豆和豇豆等;其他淀粉,原料主要包括菱、藕、荸荠、橡子、百合、葛根、蕨根、西米 和何首乌等p,q。
1.2淀粉好
a-D-葡萄糖是构成淀粉分子的基本组成单位,葡萄糖之间由a-l,4糖苷键和a-l,6 糖苷键连接而形成的共价聚合物就是淀粉分子。淀粉可分为直链淀粉和支链淀粉。大多 数天然淀粉含有20%〜30%直链淀粉%直链淀粉是由D-葡萄糖以a-l,4糖苷键缩合而 成的大分子有机物(图1-1)。直链淀粉分子中也存在少量分支,分支程度与淀粉来源 有关%。支链淀粉具有高度分支结构在支链淀粉中短链聚集成束这些束结构通 过长链相互连接%。支链淀粉的化学结构见图1-2。
1.3淀粉颗粒 1.3.1淀粉颗粒形态
淀粉以颗粒状存在于胚乳细胞中A淀粉颗粒的形状和大小随淀粉来源的不同而存 在差异,这种差异可以作为区分和确定淀粉种类的依据"8,19V淀粉颗粒的形状可分为圆形、 卵形和多角形等。同一种来源淀粉颗粒的形状有差异,大小也不均匀 1.3.2淀粉颗粒的生长环结构
在显微镜下可观察到淀粉颗粒的类似于树木年轮的环纹或轮纹,即生长环(或称环 层结构)。在所观察的不同种类的淀粉颗粒中,以马铃薯淀粉颗粒的生长环最为明显。
生长环是淀粉粒内部密度不同的表现,每层开始时密度最大,以后逐渐减小,到次一层 时密度又陡然增大,一层一层地周而复始,结果便显示环纹。淀粉颗粒的生长环共同围 绕着颗粒的中心向外扩散,这一中心就是淀粉颗粒的粒心,一般称之为脐点。不同来源 的淀粉颗粒其脐点的位置不同,一般禾谷类淀粉的脐点位于中心,部分薯类淀粉的脐点 偏于一端f51。
1.3.3淀粉颗粒的结晶性质
使用偏光显微镜观察淀粉颗粒,可看到淀粉颗粒呈现特征偏光十字,即双折射现象。 双折射性的呈现表明了淀粉颗粒中的结晶性部分采取了有秩序的规律性排列,具有一定
的方向性P1。偏光十字的交叉点位于脐点,可有助于脐点的定位。偏光十字的形状、位 置和明显程度随淀粉种类的不同而不同。在所有种类的淀粉中,偏光十字最明显的是马 铃薯淀粉颗粒,其次是木薯、玉米和高粱淀粉颗粒,最不明显的是小麦淀粉颗粒[5)。
淀粉颗粒主要由结晶区和无定形区组成,结晶区由呈现双螺旋结构的支链淀粉分子 侧链构成,结构较为致密;无定形区由直链淀粉的分支点和直链淀粉分子构成,结构较 为松散[211。支链淀粉分子比直链淀粉分子庞大许多,穿越多个结晶区和无定形区,构成 淀粉颗粒的骨架。整个淀粉颗粒中25%〜50%的区域为结晶区,其佘为无定形区。结晶 区和无定形区的交替是渐进的,它们之间没有明确的分界线%。
淀粉颗粒呈现一定的X-射线衍射图样正是由于淀粉颗粒所具有的结晶性结构引起 的A 1937年,Katz等@用宽角X-射线衍射研宄了一系列淀粉,根据X-射线衍射图谱, 结晶结构被分为三类,A型、B型和C型。A型和B型淀粉的区别在于微晶结构单元中 双螺旋的排列方式以及稳定这些双螺旋结构的水分子的量C型淀粉实际上是同时包 含有A型和B型结晶结构%。大多数禾谷类淀粉具有A型图谱;马 铃薯等块茎淀粉、高直链玉米和回生淀粉显示B型图谱;竹芋、甘薯等块根、某些豆类 淀粉呈现C型图谱,当然也有例外,各种淀粉的可能晶型如表1-1所示。用物理或化学 的方法处理淀粉还可以得到具有V型衍射图样的淀粉,直链淀粉与各种有机的极性分子 所形成的复合物呈现V-型图谱[5,^。不同晶型的淀粉都有其明显的特征峰(图1-3)。A 型在15°、17°、18°和23°处具有突出的衍射峰。B型在5.6°、17°、22°和24°处有 较突出的衍射峰。可将C型看作是A型和B型的混合物,与A型相比,C-型在5.6°处 有一个中强峰,与B型相比,C型在23°处出现的是一个单峰。V型在12.5°和19.5° 处出现较突出的特征衍射峰。
表1-1各种淀粉的可能晶型[5]
Tab. 1-1 Crystal form of all kinds of starch*51
A型B型C型
大米马铃薯甘薯
懦米皱皮豌豆蚕豆
玉米高直链玉米豌豆
蜡质玉米栗子木薯(也有A型)
小麦百合葛根
绿豆山慈菇山药
大麦郁金香菜豆
芋头美人蕉
图1-3不同晶型淀粉的X-射线衍射图【26】
Fig. 1-3 X-ray diflfraction of different starch crystal forms1261
淀粉的晶型并不是一成不变的,各种不同的晶型之间可以相互转化。A型结晶结构
的热稳定性较高,所以淀粉的B型结晶结构在颗粒不被破坏的条件下就能转变成A型
结晶结构。例如,在110°C、20%的水分下对马铃薯淀粉进行湿热处理,可以发现,马
铃薯淀粉的晶型从B型转变成A型PI
1.4马铃薯淀粉
马铃薯又名土豆、山药、洋芋、洋番薯等,是茄科茄属一年生草本植物。马铃薯具 有十分丰富的营养价值,并有多种食疗保健作用,在许多国家都备受青睐。马铃薯是世 界五大粮食作物之一,年产值达30亿吨左右_,为此,一些国家称其为“植物之王”。 马铃薯淀粉是重要的植物淀粉,其产量和商品量仅次于玉米淀粉,在所有植物淀粉中位 居第二[291。
马铃薯淀粉颜色洁白,有晶体状光泽,气味温和。在显微镜下观察其淀粉颗粒是透 明的。马铃薯淀粉颗粒较大(15〜100/an),大粒成卵形或贝壳形、小粒圆形,并具有轮 纹。马铃薯淀粉的分子量较大,分子量方面马铃薯淀粉 > 玉米淀粉> 小麦淀粉> 绿豆淀 粉。马铃薯淀粉在X-射线衍射图呈现B型图谱
马铃薯淀粉蛋白质含量低、白度高,有较好的吸水膨胀性、高度的糊黏度和透明性、 较低的糊化温度、成膜性好且强度高,是一种广泛使用的商业化淀粉P,”]。目前主要应 用在食品、制药、化工、建材、造纸、纺织、铸造、石油钻井、水产养殖、农业、林业 等领域。就食品体系的功能特性而言,马铃薯淀粉以黏度高、具有成糊性、成胶性而著 称,而且该淀粉形成的糊和凝胶具有高度的透明性。这些特性不仅有利于技术操作,而 且也有利于食品生产,尤其是透明性更为一些食品所需要