本科畢業(yè)論文：幾種淀粉的特性黏度與黏度特性

1、本科畢業(yè)論文：幾種淀粉的特性黏度與黏度特性    本科畢業(yè)論文：幾種淀粉的特性黏度與黏度特性    幾種淀粉的特性黏度與黏度特性的 關(guān)系研究食品科學(xué)與工程 0601 劉艷英 指導(dǎo)教師： 指導(dǎo)教師：劉勤生內(nèi)容摘要： 內(nèi)容摘要：本實(shí)驗(yàn)主要研究玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉的特性黏度與黏度特性的關(guān)系，另外采用 射線對淀粉進(jìn)行不同輻照劑量處理，得到性能不同的變性淀粉，以擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：同一種淀粉，輻 照淀粉的特性黏度相比原淀粉降低了；不同來源淀粉，特性黏度值的大小關(guān)系為，紅薯淀粉>馬鈴薯淀粉>玉米

2、淀粉。 不同來源淀粉糊的黏度曲線及黏度特性有差異，馬鈴薯淀粉糊化溫度最低，黏度上升快，峰值黏度最大；玉米淀粉 的熱穩(wěn)定性明顯高于馬鈴薯淀粉和紅薯淀粉；馬鈴薯淀粉的老化性與紅薯淀粉的相近，但比玉米淀粉的弱；三種淀 粉均表現(xiàn)出優(yōu)良的冷穩(wěn)定性。馬鈴薯輻照淀粉與原淀粉相比，峰值黏度降低，冷穩(wěn)定性減弱；老化性的強(qiáng)弱，沒有 出現(xiàn)規(guī)律性變化； 10KGy 輻射劑量的馬鈴薯淀粉與酸變性馬鈴薯淀粉的各種黏度特性都十分接近。三種淀粉糊均屬 于非牛頓型假塑性流體，具有剪切稀化現(xiàn)象。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：淀粉；輻照；特性黏度；淀粉糊化；黏度特性1 導(dǎo)言1.1 課題研究的目的與意義 淀粉是綠色植物進(jìn)行光合作用的最終產(chǎn)物,是

3、由生物合成的最豐富的可再生資源，是取之不盡、 用之不竭的廉價(jià)有機(jī)原料。它的可再生性是現(xiàn)代人注目的焦點(diǎn)，同時(shí)也成為現(xiàn)代有機(jī)化工和高分子 化工的主要原料之一。淀粉及淀粉化學(xué)品與不可再生資源石油和煤相比，已再次由于環(huán)境保護(hù)及資 源的可持續(xù)利用與發(fā)展的戰(zhàn)略，使人們的目光轉(zhuǎn)向可再生資源，對它的開發(fā)和利用，已引起許多國 家的重視。 淀粉及淀粉化學(xué)品具備毒性低、易生物降解、同環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)。同時(shí)隨著人們生活水平 的提高，對化工產(chǎn)品在品種和質(zhì)量上提出了更高的要求，向著低毒、天然產(chǎn)品方向發(fā)展。由此，目 前淀粉及淀粉化學(xué)品已廣泛用于造紙丁業(yè)、日用化工、紡織工業(yè)、石油工業(yè)、食品、建材、印染、 皮革、水處理、水土

4、保持等國民經(jīng)濟(jì)的眾多領(lǐng)域。淀粉化學(xué)品在發(fā)達(dá)國家已發(fā)展成完整的工業(yè)體系。 我國淀粉深加工也開始起步，研究開發(fā)工作近年來呈迅速發(fā)展之勢，已逐步形成一類獨(dú)特的具有行 業(yè)和技術(shù)特點(diǎn)的體系。本課題主要研究玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、紅薯淀粉的特性黏度與黏度特性的 關(guān)系，另外通過輻照得到性能不同的變性淀粉，一方面為開展輻照淀粉的研究提供數(shù)據(jù)支持，另一 方面拓寬對淀粉資源的綜合開發(fā)與利用，使其具有更重要的意義。 1.2 課題研究的背景 1.2.1 淀粉的一般分布 淀粉在自然界中分布很廣，是高等植物中常見的組分，也是碳水化合物貯藏的主要形式。在大1多數(shù)高等植物的所有器官中都含有淀粉，這些器官包括葉、莖（或木質(zhì)組織）

5、 、根（或塊莖） 、球莖 （根、種子） 、果實(shí)和花粉等。除高等植物外，在某些原生動(dòng)物、藻類以及細(xì)菌中也都可以找到淀粉 粒。 植物綠葉利用日光的能量，將二氧化碳和水變成淀粉，綠葉在白天所生成的淀粉以顆粒形式存 在于葉綠素的微粒中，夜間光合作用停止，生成的淀粉受植物中糖化酶的作用變成單糖滲透到植物 的其他部分，作為植物生長用的養(yǎng)料，而多余的糖則變成淀粉貯存起來，當(dāng)植物成熟后，多余的淀 粉存在于植物的種子、果實(shí)、塊根、細(xì)胞的白色體中，隨植物的種類而異，這些淀粉叫作貯藏性多 糖。 1.2.2 淀粉的分類 淀粉的品種很多，一般按來源分為如下幾類1： (1) 禾谷類淀粉 這類原料主要包括玉米、米、大麥、小

6、麥、燕麥、蕎麥、高粱和黑麥等。淀粉 主要存在于種子的胚乳細(xì)胞中，另外糊粉層、細(xì)胞尖端即伸入胚乳淀粉細(xì)胞之間的部分也含有極少 量的淀粉，其他部分一般不含淀粉，但有例外，玉米胚中含有大約 25的淀粉，籽粒中淀粉含量 60-70%，大約占碳水化合物總量的 90%左右。淀粉工業(yè)主要以玉米為主。針對玉米的特殊用途，人 們開發(fā)了特用型玉米新品種，如高含油玉米、高含淀粉玉米、蠟質(zhì)玉米等，以適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的需要。 (2) 薯類淀粉 薯類是適應(yīng)性很強(qiáng)的高產(chǎn)作物，在我國以甘著、馬鈴薯和木薯等為主。主要來自 于植物的塊根(如甘薯、木薯、葛根等)、塊莖(如馬鈴薯、山藥等)。薯類中淀粉含量一般為 10-30%。 淀粉工業(yè)

7、主要以木薯、馬鈴薯為主。 (3) 豆類淀粉 這類原料主要有蠶豆、綠豆、豌豆和赤豆等，淀粉主要集中在種子的子葉中。豆 類中淀粉含量也很高，大約為 30-50%，這類淀粉直鏈淀粉含量高，一般用于制作粉絲的原料。 (4) 其他淀粉 植物的果實(shí)(如香蕉、芭蕉、白果等)、基髓(如西米、豆苗、菠蘿等)等中也含有 淀粉。另外，一些細(xì)菌、藻類中亦有淀粉或糖元(如動(dòng)物肝臟)，一些細(xì)菌的貯藏性多糖與動(dòng)物肝臟中 發(fā)現(xiàn)的糖元相似。 1.2.3 淀粉的結(jié)構(gòu) 淀粉是高分子碳水化合物，呈白色粉末狀，在顯微鏡下觀察，是一些形狀和大小都不同的透明 小顆粒，其基本結(jié)構(gòu)為 D-葡萄糖，葡萄糖脫去水分子后經(jīng)由糖苷鍵連結(jié)在一起所形成的

8、共價(jià)聚合物 就是淀粉分子。 淀粉是由 -D-葡萄糖組成的多糖高分子化合物，游離葡萄糖分子式為 C6H10O5 ，因此，淀粉分 子式可寫成(C6H10O5)n。組成淀粉的主要有兩種類型的分子，呈直鏈和分支兩種結(jié)構(gòu)，分別稱為直鏈 淀粉和支鏈淀粉。不同來源和種類的淀粉中，兩種分子的含量和比例不同1，表 1-1 給出了部分原淀 粉的支鏈淀粉含量，這也是不同淀粉之間性質(zhì)存在差異的原因之一。淀粉來源 玉米 黏玉米 高粱 表 1-1 部分原淀粉的支鏈淀粉含量 支鏈淀粉含量% 淀粉來源 73 糯米 100 小麥 73 馬鈴薯 支鏈淀粉含量% 100 73 80 2蠟質(zhì)高粱 稻米100 81木薯 甘薯83 82

9、資料來源：趙凱.淀粉非化學(xué)改性技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：13直鏈淀粉是一種線性多聚物，以脫水葡萄糖單元間經(jīng) -1,4 糖苷鍵連接而成的鏈狀分子，見圖 1-1。 支鏈淀粉屬高分支化型態(tài)分子， 分支點(diǎn) -1， 糖苷鍵約占 5%?6%連接， 6 主鏈及分子鏈皆為 -1， 4 糖苷鍵2，見圖 l-2。支鏈淀粉分子中的側(cè)鏈分布并不均勻，有的很近，只相隔 1 個(gè)到幾個(gè)葡萄糖 單位，有的較遠(yuǎn)，相隔 40 個(gè)葡萄糖單位以上。圖 1-1直鏈淀粉的分子結(jié)構(gòu)資料來源:劉亞偉.玉米淀粉生產(chǎn)及轉(zhuǎn)化技術(shù)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003:155圖 1-2支鏈淀粉的分子結(jié)構(gòu)資料來源：劉亞偉.玉米淀粉生產(chǎn)及轉(zhuǎn)

10、化技術(shù)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003:157直鏈淀粉和支鏈淀粉在若干性質(zhì)方面存在著很大差別。 直鏈淀粉與碘液能形成螺旋絡(luò)合物結(jié)構(gòu)， 呈現(xiàn)藍(lán)色，常用碘液檢定淀粉，便是利用這種性質(zhì)；支鏈淀粉與碘液呈現(xiàn)紅紫色。直鏈淀粉與碘呈 現(xiàn)顏色與其分子鏈長度有關(guān)。直鏈淀粉在高溫下形成極不穩(wěn)定的溶液，冷卻時(shí)形成沉淀或凝結(jié)成不 可逆的凝膠體。支鏈淀粉在水中形成的溶液，黏度高，穩(wěn)定性大，經(jīng)久不發(fā)生凝沉，也不凝結(jié)成凝 膠體。因此，含直鏈成分多的淀粉凝膠力強(qiáng)，黏度較低；含支鏈成分多的淀粉凝膠力弱，黏度較高。 1.2.4 淀粉的糊化 糊化的本質(zhì)是水分子進(jìn)入淀粉粒中，結(jié)晶相和無定形相的淀粉分子之間的氫鍵斷裂，破壞了淀

11、粉分子間的締合狀態(tài)，分散在水中成為親水性的膠體溶液。糊化分為三個(gè)階段：第一，可逆吸水階 段，淀粉顆粒產(chǎn)生有限膨脹；第二，不可逆吸水階段，溫度加熱到糊化溫度，淀粉粒不可逆的迅速 吸收大量水分，顆粒突然膨脹，此時(shí)，外界熱使氫鍵斷裂破壞了分子間的締合狀態(tài)，雙螺旋伸直形 成分離狀態(tài)，破壞支鏈淀粉的晶體結(jié)構(gòu)。比較小的直鏈淀粉從顆粒中滲出，黏度大為增加，淀粉乳3變?yōu)檎吵淼暮隣钜后w，透明度增加。第三，高溫階段，淀粉糊化后，繼續(xù)加熱，微晶束相應(yīng)解體， 變成碎片，最后只剩下最外面的一個(gè)環(huán)層，即不成形的空囊，淀粉糊的黏度繼續(xù)增加3。 不同的淀粉，糊化溫度不同，見表 1-2。淀粉糊化這個(gè)性質(zhì)，使淀粉容易在加熱過程中

12、糊鍋，使 其在糖果制造中受到了一定的限制。表 1-2 部分淀粉的糊化溫度 淀粉 糊化開始溫度 糊化中點(diǎn)溫度 62 67 玉米 58 63 馬鈴薯 58 61 小麥 59 64 木薯 68 74 高粱 68 74 大米 58 65 甘薯 資料來源：劉亞偉.玉米淀粉生產(chǎn)及轉(zhuǎn)化技術(shù)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003:163 糊化完成溫度 72 68 64 69 78 78 721.3 變性淀粉的概述 1.3.1 變性淀粉的定義及作用 變性淀粉是指在淀粉具有的固有特性基礎(chǔ)上，為改善其性能和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，而利用物理方法、 化學(xué)方法和酶法改變淀粉的天然性質(zhì)，增加其性能或引進(jìn)新的特性而制備的淀粉衍生物4。

13、 變性淀粉具有更優(yōu)良性質(zhì)，對一些舊的應(yīng)用，效果更好。例如，次氯酸鈉氧化淀粉的顏色潔白， 糊化容易，黏度低而穩(wěn)定，膠粘力強(qiáng)，凝沉性弱，成膜性好，膜強(qiáng)度、透明度和水溶性都高，更適 于造紙和紡織工業(yè)版用，效果優(yōu)于原淀粉。陽離子淀粉具有陽性電荷，能更好地被帶陰電荷的纖維 吸著，在造紙和紡織工業(yè)應(yīng)用效果優(yōu)過原淀粉。 若干變性淀粉具有新的優(yōu)良性質(zhì)，開辟了新用途。例如，羥乙基淀粉代替血漿；高度交聯(lián)淀粉 用作橡膠制品潤滑劑代替滑石粉。淀粉接枝共聚物具有天然和人工合成二類高分子性質(zhì)，為新型材 料，開辟了新的用途。淀粉與丙烯腈接枝共聚物為強(qiáng)吸水劑，在工農(nóng)業(yè)中用途廣泛。 以上絕大部分新應(yīng)用是天然淀粉所不能滿足或不能

14、同時(shí)滿足的，因此要變性。變性主要是改變 糊化和蒸煮特性，主要是改變?nèi)缦滦再|(zhì)。 (1)糊化溫度 解聚使糊化溫度（GT）下降；非解聚中GT有升高也有下降，一般在淀粉結(jié)構(gòu)中引進(jìn)親水團(tuán)如?OH、?COOH、?CH2COOH，可增加淀粉水分子與水的作用，使GT增加。高直鏈 淀粉結(jié)合緊密，晶格能高，較難糊化。 (2)淀粉糊的熱穩(wěn)定性 一般谷類的熱穩(wěn)定性大于薯類；通過接枝或衍生某些基團(tuán)，從而改變基 團(tuán)大小或架橋，可使淀粉的熱穩(wěn)定性增加。 (3)淀粉糊的冷穩(wěn)定性 淀粉結(jié)構(gòu)中接些親水化學(xué)基團(tuán)，造成空間障礙，分子不易重排。另外親 水基團(tuán)的引入使親水作用增強(qiáng)，強(qiáng)化了與水的結(jié)合力，使淀粉脫水作用下降。 (4)抗酸的穩(wěn)

15、定性 盡可能使淀粉改變結(jié)構(gòu)成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使淀粉能耐pH值3-3.5的酸性。 (5)抗剪切力 一般抗酸的淀粉也抗剪切力。 (6)復(fù)合改性 具有多功能性。41.3.2 變性淀粉的分類 目前，變性淀粉的品種、規(guī)格達(dá)兩千多種，變性淀粉的分類一般是根據(jù)處理方式來劃分的。 (1) 物理變性 預(yù)糊化淀粉、射線、超高頻輻射處理淀粉、機(jī)械研磨處理淀粉、濕熱處理淀粉 等。 (2) 化學(xué)變性 用各種化學(xué)試劑處理得到的變性淀粉。 其中有兩大類； 一類是使淀粉分子量下降， 如酸解淀粉、氧化淀粉、焙烤糊精等；另一類是使淀粉分子量增加，如交聯(lián)淀粉、酯化淀粉、醚化 淀粉、接枝淀粉等。 (3) 酶法變性(生物改性) 各種酶處理淀粉。如、?環(huán)狀糊精、麥芽糊精、直鏈淀粉等。 (4) 復(fù)合變性 采用兩種以上處理方法得到的變性淀粉。如氧化交聯(lián)淀粉、交聯(lián)酯化淀粉等。采 用復(fù)合變性得到的變性淀粉具有兩種變性淀粉的各自優(yōu)點(diǎn)5。 1.3.3 輻照變性淀粉1.3.3.1 輻照對淀粉改性的原理 輻照技術(shù)采用的輻射線為X射線、射線、高速電子束射線。其中以60Co-射線最為常見。輻射 時(shí)能量以電磁波的形式透過物體，物質(zhì)中的分子吸收輻射能時(shí)，會(huì)激活成離子或自由基，引起化學(xué) 鍵的破裂，使物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。 輻照對淀粉的作用主要以兩種方式進(jìn)行：一是通過射線