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(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，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是一個不定數(shù)，表示淀粉分子是由許多個葡萄糖單位組成。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)，但只要符合國家規(guī)定的質(zhì)量要求

5、，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3.2×104-1.

6、6×105。此值相當(dāng)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1×105-1×106之間，相當(dāng)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

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(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。在實驗室中常用戊醇、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(dāng)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

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）。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

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，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(qiáng)的特點，因而淀粉的倉庫應(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，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(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(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，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

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，這是因為顆粒結(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(jī)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

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、加熱情況及放置時間等。 稀淀粉糊很不穩(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

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(jī)鹽類對淀粉

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)馬鈴薯淀粉很高長透明低中甘薯淀粉高長半透明低中木薯淀粉高長透明低弱 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