淀粉与α-淀粉.doc

淀粉与-淀粉(福建省水产饲料研究会 陈启发)淀粉或-淀粉是渔用配合饲料安全、经济的粘合剂和能源物料，且占原料比率高，仅次于鱼粉，对配合饲料质量的影响较大，掌握其基本常识，对于加工-淀粉(或变性淀粉)，膨化颗粒饲料或配制粉状渔用配合饲料等均有裨益。1.淀粉的简明结构与物性从生物化学知识明了，淀粉是由-D六环葡萄糖组成，以糖苷键将其连成多聚长链的均一多糖。分为两大类：一类为直链淀粉()，仅由D-葡萄糖单位以-1，4-糖苷键连接并成卷曲、呈螺旋形的线状大分子，形成每个环有68个葡萄糖基。碘分子极易进入螺旋环内部，形成蓝色的络合物。若加热至70，蓝色消失；冷却后蓝色重现。另一类是支链淀粉()，是一种分枝很多的高分子多糖，分子比直链淀粉大，分子量在20万道尔顿以上，相当于1300个以上的葡萄糖单位组成。整个分子由很多较短的-1，4-糖苷键连接的直链，再以-，-糖苷键为分枝点，相连接成高度分枝状的大分子。其分子中90%为-，-键；还有10%则为-，-键，是分子的分枝处。与碘很难络合，所以遇碘仅呈现红紫色。直链、枝链淀粉的结构如图1示。+ A B图1 A直链、B枝链淀粉示意图淀粉的分子式为(H5)，是由一薄层蛋白质包裹的存在于植物体的颗粒，颗粒外层为枝链淀粉，内层为直链淀粉。不同来源的淀粉，直链和枝链淀粉的比例各不相同。如玉米淀粉为2:8；粘质玉米淀粉(W )为0:10；糯米为0:10；高链玉米淀粉为7.5:2.5；小麦淀粉为2.5:7.5；马铃薯淀粉(P )为2:8；红薯淀粉为1.8:8.2；绿豆淀粉为6:4。经显微镜观察，植物品种不同，淀粉颗粒的形态和大小各不相同，其中，马铃薯淀粉的颗粒直径最大，聚合度也最大。见表1。淀粉不溶于水，在水中随水温的上升而溶胀，然后即破裂而糊化。含有淀粉的水液，在加热初期仅产生混浊，只有达到糊化温度，才会变成非常粘稠的半透明液体。马铃薯淀粉的糊化起始温度最低，为6566。在糊化起始温度，淀粉颗粒在偏光显微镜下的“十字”开始出现模糊，随着糊化进程直至“十字”完全消失。所谓糊化，即是淀粉颗粒的溶胀和相互接触、晶体结构消失，形成具有粘性的半透明凝胶或胶体溶液的现象。表1 商品化淀粉的理化近似值项 目玉米种子大米种子小麦种子木薯块根甜薯块根土豆块根颗粒形 状多面体多面体镜片状铃 状铃 状卵 状直径(微米)621285404352405100平均直径(微米)16420171850组成水分(%)131313121218蛋白质(%)0.350.070.380.020.10脂肪(%)0.040.560.070.10.10.05灰分(%)0.080.100.170.160.30.57P()0.0450.0150.1490.01700.176直链淀粉251930171925聚合度直链淀粉480-1050-850支链淀粉1450-1300-2000糊化温度()777875756778756566用电镜观察马铃薯淀粉(低倍范围)、荧屏呈现规整的椭球颗粒图像，而马铃薯-淀粉则呈现不规则的碎片形貌。淀粉颗粒在热水中溶胀过程，线型直链淀粉比枝链淀粉更容易通过颗粒膜而扩散，直链淀粉和枝链淀粉可分开。2.淀粉的-化和化1930年，德国的物理学家K氏提出了-淀粉和-淀粉理论。实际上，K氏利用了D绕射光谱法(D )研究了各种天然生淀粉的结晶构造后，发现大致可分为A、B、C型三种绕射光谱，A型为高结晶性淀粉，B型为弱结晶性淀粉，而C型则是介于A型与B型之间。K把这三种形态的天然淀粉统称为淀粉(表示)。若将生淀粉加足量的水，加热将它糊化，并于高温下迅速干燥之后，淀粉的绕射光谱吸收线条大部分消失，也是淀粉原有结晶形态多已瓦解消失，此类光谱称为k型绕射光谱，简称V型光谱。K将这种低度结晶的淀粉粒称为-淀粉。糊化后的淀粉，若不迅速脱水干燥，而是在室温条件下自然冷却干燥，则D-绕射光谱又可从V型渐渐回复到中度结晶性的C型或高度结晶性的A型光谱。这种糊化后再老化结晶的淀粉，称为(表示)。总之，具有一定结晶构造的淀粉粒，统称为淀粉，而那些失去结晶构造的淀粉粒则称为-淀粉。如前所述，淀粉的糊化需有一定量的水，通过物理或化学过程，使淀粉颗粒吸水膨胀，从而导致淀粉分子间的氢键断裂，破坏淀粉原有的结晶结构，这就是淀粉的-化过程。淀粉的化实际上是分子间氢键已断裂的-淀粉又重新排列形成新的氢键的过程，也就是一个与-化逆向的复结晶过程。制作-淀粉或膨化颗粒饲料，总是期望糊化充分完全，同时期望过程越慢越好。一般而言，由于枝链淀粉的枝链都太短而难以再形成氢键，再结晶，故实际生产中选择枝键淀粉含量比率大的马铃薯淀粉是首选的原料，比木薯淀粉好得多。3.淀粉粒的-化和化过程淀粉糊化过程是先从淀粉分子内的非结晶区开始发生水合作用(Hydration)。水分子介入其间，破坏原有的氢键（Hydrogen bond），所以糊化的淀粉粒体积及粘度开始增大。当淀粉糊化温度继续上升时，则不定形、非结晶区的水合作用达到某一极限。最后，水分子也开始进入结晶区域，因而破坏了淀粉的固有物性。此时淀粉糊的粘度达到某一高峰后开始下降。这种粘度的变化可用动态粘度测定仪器Bra bender粘度计测得的淀粉的粘度记录曲线图表示。(Bra bender Amylo graph图)。完全糊化后的淀粉，若在80120高温下迅速脱水干燥，不使其分子长链间有太多机会产生新的氢键结合，所以可得到干燥淀粉则无明显的结晶现象。这就是-淀粉，也称予糊化淀粉(Pregelatinzed Starch)。反之，完全糊化后的淀粉，若让其自然冷却，就会发生氢键再度结合，使淀粉胶体内水分逐渐脱离，即发生离水作用(Synersis)，最终形成难以复水的结晶物，这就是老化的R淀粉。图2 4种淀粉糊粘度随温度变化的差异淀粉糊化温度范围随淀粉品种而异。由于分子间氢键作用使淀粉颗粒聚集在一起，而糊化作用是使这些氢键力减弱或破坏。可以把糊化温度和溶胀速度看作是结合键的性能和强度的量度。不同品种其结合键的性能和强度皆不同。随着淀粉颗粒溶胀，其透明度、淀粉的溶解度和粘度均有相应的增加。每种淀粉各自都有其特有的溶胀和溶解度曲线。认识上述物性变化过程，对于加工-淀粉和配制各种形态渔用配合饲料都是必备的基础知识。马铃薯、甘薯、绿豆及小麦淀粉的淀粉糊粘度随温度变化的差异(图2)。4.粘度的概念、定义及单位粘合剂和助粘剂是渔用配合饲料必用的原料，常遇到-淀粉和褐藻胶粘度的概念。流体的流动是在重力或外力作用下的连续变形过程。流体流动时，流层间存在着速度差和运动的传递。当相邻流层存在着速度差时，快速流层力图加快慢速流层，而慢速流层则力图减慢快速流层，这种相互作用随层间速度差的增加而加剧。流体所具有的这种特性就是粘性。流层之间的力图减小速度差的作用力称为粘性力或内摩擦力。流体的粘性实质上是流体分子微观作用的宏观表现。粘度即是液体分子内摩擦的度量，也是液体粘流性质的一项具体反映。粘度与温度、压力等因素有关。粘度的定义如下：图3 粘度定义示意图如图(3)示，设一组平行板面积为A，相距为，板间充满某种液体。令于上板施加一水平推力F，使其产生一个变化的速度。由于液体的粘性将力F层层传递，各分子层液体随之相应运动，形成一速度梯度，称为剪切速率，以r表示。F称为剪切应力，通常以表示。剪切速率与剪切应力之间具有如下(牛顿粘性定律)关系： (即=) ()式()比例系数即剪切应力与速度梯度的比值，被定义为某种液体的剪切粘度。亦称表观粘度(apparent viscosity,即剪切应力除以剪切速率，所得与剪切速率相依的商数)。一般不加区别地简称液体的剪切粘度为粘度。故 ()定性地说，(动力)粘度是流体对变形的抵抗随形变速率的增加而增加的性质。定量地说，(动力)粘度是稳态流中的剪切应力与剪切速率之比值。粘度的计量单位在CGS(厘米、克、秒)物理单位制中为克厘米秒，量纲为(克厘米秒)，称为“泊”，常以符号P表示。百分之一P称“厘泊”，以cP表示。但现今不采用。国家推行国际单位制(SI)表示的动力粘度单位为Pas，中文符号为帕秒，中文名称为帕斯卡秒。常用其分数单位dPas(分帕秒)，mPas(毫帕秒)，量纲为(ML-1T-1)。1Pas=1000mPas=10P=1000cP。除了动力粘度之外，还有运动粘度。运动粘度是流体在重力作用下的流动阻力的度量，即是动力粘度与同温度下流体的密度之比值，也称比密粘度。=测定粘度有多种方法和仪器，适用于不同的流体性质和粘度范围。粘度计的作用及几何形状应考虑便于计算切剪应力和剪切速率。常测定剪切粘度用的有旋转式粘度计旋转粘度计*(rotational viscometer)是将试样置于转子(如圆筒、圆锥、圆板、球等刚性物体)和容器间隔层中，测量转速及转矩，求粘度的仪器。(上海天秤分析仪器厂NDJ型，NDJ型，同济大学机械厂 NDJ79型，成都仪器厂 NDJ99型，NXS-11A型)和毛细管粘度计如恩格勒粘度计恩格勒粘度计(Eng