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食品化学 第二章 碳水化合物 2,淀粉的结构和淀粉粒 淀粉的物理化学性质 淀粉的糊化和老化及其影响因素 淀粉和纤维素的改性,2 低聚糖,命名法 -D-吡喃半乳糖基-(1-4)-D-吡喃葡糖苷 褐变性:较单糖小。 粘度:比单糖高。 抗氧化性:减少溶氧而保护Vc。 发酵性:低于单糖。 吸湿性:低于单糖。,功能性低聚糖,棉子糖 水苏糖 低聚果糖:双歧因子,整肠,抗龋齿 低聚木糖:甜度约0.5,双歧因子,整肠 帕拉金糖:甜度0.42,抗龋齿 环糊精:可保护芳香物质和小分子物质。P68图,表:功能性低聚糖的有效摄入量,大豆低聚糖可能引起胀气,最大用量男性为0.64g/kgBW,女性为0.96g/kgBW,单位:克/日,环状糊精,环状糊精是一种特殊的低聚糖,它是由6,7或8个葡萄糖以-1,4键首尾相连构成的环状低聚糖。 环内具有疏水环境,环外伸展亲水基团。环内可以包容一些亲脂性小分子,改善其在水中的分散性,并减少它们在水相体系中的损失。也可以产生缓释效应。,图:环状糊精的结构,环状糊精的内侧疏水环境,淀粉(Starch),淀粉是植物所储藏的主要能量物质,除纤维素之外产量最大的高分子碳水化合物。 淀粉分为两类: 直链淀粉,以-1,4糖苷键相连的直线大分子; 支链淀粉,以-1,4糖苷键相连,以-1,6糖苷键分支的高度分支大分子; 在谷粒当中同时含有直链淀粉和支链淀粉,其中支链淀粉含量高于直链淀粉。“蜡”“糯”“粘”品种中几乎100%为支链淀粉。,淀粉的分子结构,直链淀粉和支链淀粉的性质区别,1 淀粉和淀粉粒,植物的淀粉粒由质体产生,呈大小、形状不同的颗粒,具有片层结构。其中充满淀粉分子。 加热前,淀粉粒为生淀粉粒。其中部分区域淀粉分子整齐排列呈晶体状态;部分区域分子松散排列为“无定形区域”。 加热后,淀粉粒松散破裂,可放出淀粉分子。,淀粉粒的基本结构模式,淀粉粒起源于质粒,由脐点开始向外生长,淀粉分子向径向分支延伸,呈现环状结构。,淀粉粒结构示意图,图:淀粉粒的层状结构,右图为一个用酶侵蚀的小麦淀粉粒,注意其层状结构。 大多数淀粉颗粒在脐点周围都有生长环或层次。,淀粉粒的偏振光性质,淀粉粒在偏振光照射下表现出双折射性,称为“偏光十字纹”。这种光学现象说明淀粉具有晶体性质。 十字的亮度、位置和形状都可表明淀粉的种属特征。,偏振光显微镜(带热台),淀粉粒的偏振光十字纹(1),上图分别为玉米淀粉的偏振光显微照片和普通光学显微照片。,淀粉粒的偏振光十字纹(2),上图分别为大麦淀粉的普通光学显微照片和偏振光显微照片。,淀粉粒的偏振光十字纹(3),上图分别为黑麦淀粉的偏振光显微照片和普通光学显微照片。,淀粉粒的偏振光十字纹(4),上图分别为大米淀粉的偏振光显微照片和普通光学显微照片。,高粱淀粉粒,小麦淀粉粒,淀粉粒具有种属特征性,不同来源淀粉的淀粉粒具有特征性,其大小、性状、双光十字等方面具有特征性,可以用来鉴别淀粉的种属来源。 马铃薯淀粉粒最大,大米淀粉颗粒最小。 常用的商业淀粉制品主要是马铃薯淀粉、玉米淀粉和甘薯淀粉。,表:不同来源淀粉的性质差异,资料来源:Chemical and functional properties of food components. Edited by zdzislaw E. Sikorski, Technomic Publication, 1997,不同植物来源的淀粉粒比较 1,上图自左至右分别为燕麦、大麦、黑麦的淀粉粒。,不同植物来源的淀粉粒比较 2,上图自左至右分别为玉米、高粱、小麦的淀粉粒显微图像。,2 淀粉的化学性质,淀粉的水解 淀粉与碘的呈色反应 淀粉与小分子有机化合物的作用 淀粉与脂类的作用,淀粉的水解,淀粉可以被酶水解生成多种淀粉糖产物,包括糊精、麦芽糖、葡萄糖、不同DE值的淀粉糖浆、葡萄糖浆、氢化葡萄糖浆、果葡糖浆、环状糊精、山梨糖醇等。 DE值:dextrose equivalence,即葡萄糖当量,表示淀粉水解的程度。DE值越高,则淀粉水解程度越高。,表:不同DE的玉米糖浆之性质差异,淀粉链在水中的三种状态,淀粉与碘的作用,直链淀粉分子的一个单螺旋链将淀粉自包围,形成淀粉-碘有色复合物。 淀粉和碘反应之后的颜色与淀粉螺旋长度有关: 直链淀粉棕蓝色 支链淀粉蓝紫色 糊精(40个糖基以上)蓝色 糊精(20-40个糖基)紫红 糊精(8-20个糖基)橙红,淀粉-碘复合物,淀粉与其他小分子物质作用,直链淀粉和支链淀粉的长分枝在水中呈现螺旋状结构。在螺旋的孔隙当中具有非极性环境,可以结合小分子物质,如低级醇等,形成“包合物”。,淀粉与脂类形成复合物,淀粉和脂肪酸、甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯可以形成稳定的复合物,这种复合物在100以上才能发生分解。 这种复合物可以防止淀粉螺旋在水中分散成为无规则线团状。,3 淀粉的糊化、老化和凝胶,淀粉的糊化 淀粉糊化的影响因素 淀粉的老化 淀粉老化的影响因素 淀粉的凝胶 淀粉凝胶的影响因素,淀粉的糊化(gelatinization),淀粉在有充足水分的情况下受热,在温度上升到某一温度范围以上之后,淀粉大量吸水膨胀,晶体结构解体,失去双折光性,淀粉分子逸散,粘度急剧增加。这个过程称为淀粉的糊化。 淀粉糊化的测定方法: 偏振光显微镜记录5%,50%和95%淀粉粒失去双折光性的温度。 粘度计测定不同温度下的粘度曲线。 差异扫描量热计测定糊化的热吸收。,糊化过程的微观实质,生淀粉分子之间由于氢键的结合,排列成十分紧密的束状,称为-淀粉,水分很难进入其中。淀粉粒中的束状结构松散,淀粉分子逸出,与水分子充分相互作用,这种状态的淀粉称为-淀粉。 淀粉的糊化就是淀粉从-淀粉向-淀粉转化的过程。这个过程需要克服氢键力,因此是一个吸热过程。 每一种淀粉的糊化温度不同。由于淀粉粒大小不同,糊化速度也不同,因此糊化温度是一个温度范围。,不同植物来源的淀粉支链直链比,数据来源:常用食品数据手册,1989以及食品化学,1986,淀粉糊化的微观过程,淀粉粒吸水膨胀过程(1),右图为油炸馅饼中心部分淀粉的淀粉粒显微照片。可见淀粉粒膨胀增大,但并未扭曲崩溃。,淀粉粒吸水膨胀过程(2),右图为因极度膨胀而扭曲的小麦淀粉粒,其中可能还没有大量淀粉逸出。,淀粉粒吸水膨胀过程(3),右图为安琪儿蛋糕中的小麦淀粉粒,淀粉粒高度膨胀扭曲,有的已经破碎,淀粉部分逸出。,淀粉粒吸水膨胀过程(4),右图为一个因长期加热崩溃的小麦淀粉粒,淀粉已经逸出,只留下一个破碎的外壳。,淀粉糊化与粘度变化,淀粉浆糊化之前粘度很低。温度达到糊化温度范围之后,粘度急剧上升,达到峰值之后缓慢下降。各种淀粉的粘度曲线不同。 粘度峰值与淀粉粒极大膨胀而淀粉分子没有大量逸出的时刻相当;淀粉粒破碎之后,分子摩擦力减小,因而粘度下降。,图:淀粉的一般粘度曲线,淀粉的粘度达到最高值之后下降。其高峰与淀粉粒膨胀的最大值相对应。随着淀粉粒破碎,粘度下降。,图:直链和支链淀粉的粘度曲线,图中实线为玉米淀粉,虚线为小麦淀粉,点线为蜡玉米淀粉,纵坐标为粘度,横坐标为温度。,淀粉糊化性质的影响因素,水分:水分减少则糊化温度升高。 糖:糖浓度增加则糊化温度提高,可能是因为影响了水分活度和淀粉分子的伸展空间。糖分子越大则影响越大。蔗糖麦芽糖葡萄糖果糖 脂类和乳化剂:甘油酯和脂肪酸均可与直链淀粉形成复合物而推迟糊化过程,升高糊化温度。乳化剂可与淀粉螺旋形成包合物,阻止水分子进入淀粉颗粒,因而干扰糊化。 pH值:4-7之间影响小。低pH值使淀粉水解而降低糊化高峰的粘度。,图:淀粉糊化温度与含水量关系,淀粉糊化温度随着含水量降低而升高。 横坐标为含水量,纵坐标为绝对温度K。,不同糖浓度对于糊化温度的影响,糖对糊化的影响,淀粉的老化回生和凝胶,经过糊化的淀粉冷却至室温之后,会失去原有的柔软透明状态,发生沉淀或变得干硬,或形成胶冻状结构。前者称为老化回生retrogradation or staling),后者称为凝胶(gelatinization)。 老化回生是糊化的逆反过程,但不能完全恢复到糊化之前的状态。 老化回生后的淀粉不易被淀粉酶分解

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