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(chǔ)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(zhǎng)周期、繁殖與種植方法、收獲方法、抗病抗災(zāi)性能、日照的時(shí)間與強(qiáng)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?jī)H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，一般加用原料名稱，如玉米淀

2、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(xué)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(xué)反應(yīng)，最后生成淀粉、纖維素等多聚糖。淀粉的分子式為（C6H10O5）n，光合作用分子量是n(162.14)。n是一個(gè)不定數(shù)，表示淀粉分子是由許多個(gè)葡萄糖單位組成。組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

3、位分子量162.14便得淀粉分子量為了與游離葡萄糖（C6H12O6）區(qū)別，通常稱（C6H10O5）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（C6H10O5）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。這個(gè)反應(yīng)過程稱為“糖化”，其反應(yīng)式如下：酸或酶（C6H10O5）n+nH2O n（C6H1

4、2O6） 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(shí)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?；曳种饕獮殁c、鉀、鎂、鈣等無機(jī)化合物。 木薯淀粉的化學(xué)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(dá)到用戶要求為準(zhǔn)。故尚有理化指標(biāo)的要求，如水分、灰分、酸度、蛋白質(zhì)、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(guó)家規(guī)定的質(zhì)量要求

5、，對(duì)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(cè)得直鏈淀粉的相對(duì)分子質(zhì)量為3.2×104-1.

6、6×105。此值相當(dāng)于分子中有200-980個(gè)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(duì)分子質(zhì)量在1×105-1×106之間，相當(dāng)于聚合度為600-6000個(gè)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(gè)葡萄糖單位，大約每20-30個(gè)葡萄糖單位上就有一個(gè)分支。用淀粉酶水解支鏈淀粉時(shí)，只有外圍的支鏈可被水解為麥芽糖。木薯淀粉

7、的支鏈淀粉，其含量（干基）為83%，聚合度范圍為3×105-3×106。 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(lán)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(duì)其鑒別。 經(jīng)糊化的直鏈淀粉很不穩(wěn)定，在貯存過程中會(huì)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(qiáng)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。 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(shí)驗(yàn)室中常用戊醇、丁醇分離

8、法將直鏈淀粉和支鏈淀粉分離。在工業(yè)上采用分級(jí)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(zhǎng)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(dāng)明顯的黑色十字，將顆粒分成四個(gè)白色的區(qū)域。成熟的淀粉顆粒為潔凈的圓型和卵形物質(zhì)，且有清楚輪紋，易受污染。未成熟的淀粉或在生長(zhǎng)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

9、、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(dá)到35微米。 淀粉顆粒不溶于一般的有機(jī)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

10、用2.5坡度的流槽，進(jìn)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(shí)）。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(jìn)行分離的。碟式分離機(jī)、沉降分離機(jī)同樣也是根據(jù)這個(gè)原理進(jìn)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，這是淀粉在自然界中的特性，我們稱之為吸濕性。淀粉吸濕性很強(qiáng)，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(shí)也不顯得潮濕，卻呈干燥粉末狀，這是因?yàn)榈矸鄯肿又械牧u基（OH）和水

11、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(shí)，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(shí)，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(huì)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(duì)濕度降低，使淀粉散失水分；溫度降低，則相對(duì)濕度增高，使淀粉吸收水分。由于淀粉具有吸濕性強(qiáng)的特點(diǎn)，因而淀粉的倉(cāng)庫應(yīng)該通風(fēng)干燥。剛生產(chǎn)出來的淀粉，使用塑料編織袋包裝時(shí)，必須經(jīng)過冷卻處理后方能裝袋包裝，否則會(huì)因熱氣未能散出而導(dǎo)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，

12、上部則為清水。這是因?yàn)榈矸鄄蝗苡诶渌推漕w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(dá)到一定溫度，高度膨脹的淀粉顆粒間互相接觸，變成半透明的粘稠糊狀，稱為淀粉糊，也就是我們通常所說的漿糊。此時(shí)，即使停止攪拌，淀粉顆粒也不會(huì)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

13、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(jì)效益。 不同品種淀粉的糊化溫度存在差別，這是因?yàn)轭w粒結(jié)構(gòu)強(qiáng)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 59 69甘薯 58 72馬鈴薯 58 68玉米 62 70大米 68 78小麥 59.5 64 木薯淀粉顆粒在水中加熱膨脹、糊化大致分為三個(gè)階段

14、：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(shí)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(dá)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(shí)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(shí)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

15、，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(dāng)粘度達(dá)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。若停止加熱，使淀粉糊冷卻，則粘度會(huì)上升。淀粉糊在高速攪拌的情況下，粘度也會(huì)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(zhǎng)時(shí)間的攪拌，及使用泵的機(jī)械沖擊，也會(huì)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

16、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(shí)間等。 稀淀粉糊很不穩(wěn)定，放置一定時(shí)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(yùn)動(dòng)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(gè)結(jié)晶的過程，凝沉的淀粉為結(jié)晶結(jié)構(gòu)，不溶于水，具

17、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(qiáng)；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?yàn)楦鞣N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，直鏈淀粉含量高則易凝沉；反之，支鏈淀粉含量高則不易凝沉。此外，溫度、水分、濃度、PH值、鹽類以及冷卻時(shí)間對(duì)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(shí)容易凝沉，而含有大量的水分時(shí)則又不易凝沉。淀粉溶液PH值在7時(shí)凝沉速度最快，而PH值在2以下和10以上時(shí)則凝沉速度很慢。淀粉溶液濃度高時(shí)容易凝沉，濃度低時(shí)則凝沉速度慢。不同的無機(jī)鹽類對(duì)淀粉

18、的凝沉影響也不一樣，有的能促進(jìn)，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(qiáng)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(qiáng)度、柔軟性、透明性和光澤都好，并能長(zhǎng)期保持其水溶性，重濕性好，粘合力強(qiáng)。淀粉糊為重要的膠粘劑，用于膠紙帶、信封、郵票、標(biāo)簽等等方面，要求重濕性好，使用時(shí)與水接觸，溶解快，粘合力強(qiáng)。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），這些性質(zhì)都影響應(yīng)用。 淀粉糊的性質(zhì)淀粉品種粘度粘韌性透明度抗剪力穩(wěn)定性凝沉性玉米淀粉中短不透明高強(qiáng)粘玉米淀粉中高長(zhǎng)透明低很弱小麥淀粉中低短不透明中強(qiáng)高粱淀粉中短不透明中強(qiáng)大米淀粉中低短不透明中強(qiáng)馬鈴薯淀粉很高長(zhǎng)透明低中甘薯淀粉高長(zhǎng)半透明低中木薯淀粉高長(zhǎng)透明低弱 淀粉糊主要含膨脹的淀粉顆粒，但因顆粒糊化不均勻，還含有未充分膨脹的顆粒，甚至還有少量未膨脹的顆粒以及碎裂的膨脹顆粒、溶解淀粉和凝沉淀粉等。 三、木薯淀粉的化學(xué)性質(zhì) 淀粉屬于碳水化合物，也可以把它看成是葡萄糖的縮聚物，是由-D葡萄糖通過-1，4和-1，6-苷健連接成的高分子化合物。淀粉的主要結(jié)構(gòu)特征是葡萄糖單位之間具有1.4-苷健，幾