第六章 淀粉生产

第六章 淀粉生产,主要内容,6.1 淀粉概述（前言）6.2 玉米淀粉生产6.3 马铃薯淀粉生产6.4 甘薯淀粉生产6.5 绿豆淀粉生产6.6 淀粉厂副产品的综合利用6.7 变性淀粉生产,光，叶绿素,植物中的叶绿素利用太阳能把二氧化碳和水合成葡萄糖，反应式如下：,6H2O + 6CO2 C6H12O6 +3O2,葡萄糖是植物生长和代谢的要素，但其中有一部分被用作下一代生长发育的养料贮备起来。在植物体内葡萄糖是以多糖的形式贮藏的，其中最主要的多糖形式是淀粉。,前言,植物体内由葡萄糖缩合形成淀粉的途径：,首先，由磷酸化酶把2个葡萄糖分子缩合为麦芽糖：第二步由麦芽糖淀粉缩合的方法有多种， 随着氧连在1-4，1-3或1-6位而定，形成了不同结构的淀粉，由1-4键连接构成的淀粉为直链淀粉，由1-3或1-6键连接构成的淀粉为支链淀粉，在谷物中贮藏的淀粉主要由这两种成分构成。,- D-葡萄糖麦芽糖,谷物籽粒以淀粉的形式贮藏能量，不同谷物中淀粉的含量是不同的，一般可以占到总量的60%75%，因此，人们消耗的食品大都是淀粉，它是人体所需要热能的主要来源，同时，淀粉也是食品工业的重要原料。,表1 各种谷物籽粒中的淀粉含量（干基，%）,6.1淀粉概述,淀粉是食品的重要组分之一，是人体热能的主要来源。淀粉又是许多工业生产的原、辅料，其可利用的主要性状包括颗粒性质；糊或浆液性质；成膜性质等。天然淀粉并不完全具备各工业行业应用的有效性能，因此，根据不同种类淀粉的结构、理化性质及应用要求，采用相应的技术可使其改性，得到各种变性淀粉，从而改善了应用效果，扩大了应用范围。淀粉和变性淀粉可广泛应用于食品、纺织、造纸、医药、化工、建材、石油钻探、铸造以及农业等许多行业。,淀粉的原料及理化性质,一、淀粉分类1、按来源分禾谷类淀粉：玉米、大米、大麦、小麦、燕麦、荞麦、高粱等的淀粉存在于 胚乳、糊粉层、胚（玉米 25%含量）中。薯类淀粉：甘薯、木薯、葛根的淀粉存在于块根中；马铃薯、山药的淀粉存在于块茎中。豆类淀粉；蚕豆、绿豆、豌豆、赤豆等的淀粉存在于子叶中。其他淀粉：香蕉、白果等存在于果实中；菠萝等存在于基髓中。,2、按化学成分分为直链淀粉和支链淀粉 一般地讲， 直链淀粉具有优良的成膜性和膜强度； 支链淀粉具有较好的粘结性； 大多数植物所含的天然淀粉都是由直链和支链两 种淀粉以一定的比例组成的。也有一些糯性品种，其淀粉全部是由支链淀粉所组成，如糯玉米、糯稻等。,3、直链淀粉和支链淀粉的区别,二、淀粉原料1.生产淀粉原料的条件淀粉含量高、产量大、副产品利用率高原料加工、贮藏、销售容易价格便宜不与人争口粮,2、原料含淀粉量甘薯 19-29.5% 玉米 50-66.5%甘薯干 68.08% 高粱 58.11%马铃薯 15-29.7% 豆类 54.60%马铃薯干 63.48% 小麦 58-76%木薯 20-31.5% 粳米 77.64%含淀粉的作物种类很多，根据原料的来源、性质、用途及经济可行性，用于工业提取淀粉的原料主要是玉米，其次还有马铃薯、木薯、甘薯等。,为什么玉米是淀粉工业的最主要原料？,三、淀粉的理化性质（一）淀粉的组织结构 1、淀粉粒的形态形状：球形（小麦、玉米）、卵形（马铃薯、木薯）、多边形（大米、燕麦）大小：2-120um密度：10-20%含水量的淀粉密度为1.5g/cm3,淀粉粒的结构,淀粉分子在谷物中是以白色固体淀粉粒（starch granule）的形式存在的，淀粉粒是淀粉分子的集聚体，不同谷物由于遗传及环境条件的影响，形成不同结构及性质的淀粉粒。,各种谷物淀粉粒的结构1：小麦 7：燕麦淀粉粒2：大麦 8：粟 3：黑麦 9：小麦 4：高粱 10：玉米淀粉粒5：玉米 6：大米,2、淀粉粒的结构环层结构环纹、轮纹核：同心环纹、偏心环纹单粒、复粒、半复粒晶体结构双折射性和偏光十字晶型(以x射线衍射)：A型（禾谷类）、 B型（薯类、豆类）、 C型（薯类、豆类）,淀粉粒的层状结构(轮纹),用-淀粉酶处理过的高粱籽粒横切面扫描电子显微镜图,各部分密度不同，折射率大小不同而造成。 淀粉粒在形成过程中，受昼夜光照的差别，造成葡萄糖供应数量不同，致使淀粉合成速度有快有慢而引起的。 白天供应葡萄糖多，形成淀粉的密度大，而夜间供应葡萄糖少，形成淀粉的密度小，从而出现层状结构。,结晶性,表2-2 用X射线衍射法测定的淀粉粒的结晶化度,用十字棱镜拍摄的小麦淀粉粒的光学显微镜图显出马耳他十字,淀粉粒在偏光显微镜下具有双折射性，在淀粉粒粒面上可看到以粒心为中心的黑色十字形，称为偏光十字。说明淀粉粒是一种球晶，但同时又具有一般球晶没有的弹性变形的现象。据此可以分析淀粉粒内部晶体结构的方向。,（二）淀粉主要性质 1、糊化（-淀粉）含义：将淀粉乳加热，淀粉颗粒可逆性吸水膨胀，加热至某一温度时， 颗粒突然膨胀，晶体结构消失，逐步变成粘稠的糊状物质，这种现象称为淀粉糊化。温度：发生糊化所需的温度称为糊化温度。（55-78）本质：水分子进入淀粉粒中，结晶相和无定形相的淀粉分子之间的氢键断裂，破坏了淀粉分子间的缔合状态，分散在水中成为亲水性的胶体溶液。,影响糊化温度的因素颗粒大小：小颗粒，结构紧密，糊化温度。直链含量：含量多，分子结合力强，糊化温度。电解质：电解质可破坏分子间氢键，糊化温度。非质子有机溶剂：如二甲基亚矾、脲等，促进糊化，糊化温度。物理因素：强烈研磨、挤压、蒸煮、射线等，促进糊化，糊化温度。化学因素：酯化、醚化，糊化温度。糖、盐：破坏水化膜，降低水分活度，糊化温度。脂类：淀粉与硬脂酸合成的复合物，糊化温度。亲水胶体：明胶、干酪素、CMC、等与淀粉争水，糊化温度。酸解和交联：增加分子间形成氢键的能力，糊化温度。生长环境：在高温下，糊化温度。,2、回生（老化、凝沉、-淀粉）含义：淀粉稀溶液或淀粉糊在低温下静置一定时间，混浊度增加， 溶解度降低，甚至出现沉淀，如果冷却速度快，溶胶体就 会变成凝胶体，这种现象称为淀粉老化。温度: 发生老化所需的温度称为老化温度。（0-4）本质：糊化的淀粉分子在温度降低时，由于分子运动减慢，此时直链淀粉分子和支链分子的分支都回头趋向于平行排列，互相靠拢，彼此以氢键结合，重新组成混合的微晶束。,影响老化的因素分子组成：直链淀粉易于老化。分子大小：中等长度的易于老化。 溶液浓度：30-60%的易于老化。冷却速度：缓冻易于老化。PH值：中性的易于老化。各种抗老化无机离子：CNS- PO43- CO32-I- NO3-Br- Cl- Ba2+ Sr2+ Ca2+ K+ Na+,6.2 玉米淀粉生产,6.2.1 玉米籽粒化学结构米子粒的化学组成主要是淀粉，约占子粒质量的718，这是把玉米作为淀粉生产原料的主要依据。除此之外，还含有蛋白质、油脂、纤维素、可溶性糖、矿物质等。玉米子粒的含水量一般在15左右,一次性玉米淀粉餐具,6.2 玉米淀粉生产,6.2.2 玉米淀粉生产工艺流程玉米的清理去杂；玉米的湿磨分离；淀粉的脱水干燥；副产品的回收利用。其中玉米湿磨分离是工艺流程的主要部分。,6.1 玉米淀粉生产,玉米子粒 清理去杂亚硫酸水溶液 浸泡 浸泡液 浓缩 玉米浆粗破碎胚芽分离 胚芽 脱水 榨油 玉米油 胚芽饼粕细破碎渣滓筛分 渣滓 脱水 饲料淀粉与蛋白分离 麸质水 浓缩 压滤 干燥 蛋白粉淀粉洗涤 工艺水离心脱水 气流干燥 淀粉,玉米淀粉的用途,1、淀粉糖2、氨基酸（谷氨酸钠、赖氨酸、 柠檬酸 ）3、变性淀粉4、医药（抗生素）5、食品加工6、啤酒7、造纸加工,医药,就医药工业而言，淀粉是抗生素工业最重要的原料，因为几乎所有抗生素都采用淀粉发酵法生产，如销量极大的青霉素、头孢菌素、四环素、土霉素、金霉素、链霉素与各种氨基糖苷类抗生素等，无一不是用淀粉为底物经工业微生物发酵、提取而成。另外，淀粉的另一重要用途是作为药物赋型剂，早期各国药厂生产的片剂绝大多数使用玉米淀粉为填充剂及粘合剂。,食品加工,淀粉作为原料可以直接用于粉丝、粉条、肉制品、冰淇林（增稠、膨胀）等方面，需求稳定。,啤酒,啤酒糖浆的应用今后将会有较大发展。2002年中国啤酒产量是2380万吨，2004年达2900万吨，已达世界第一位(美国2003年是2320多万吨)。啤酒糖浆，可直接加到麦芽汁里，简化了生产工艺，同时可以提高发酵液的糖度，如从11%提高到16%，可提高20%多的生产能力，这就为旺季增产创造了条件， 2007年中国啤酒产量预计突破7000万吨，全行业对淀粉的需求增加到接近70万吨，预计08年还要增加20万吨的用量。,造纸,由于木薯价格高昂加之泰国限制木薯出口，造纸行业使用玉米淀粉的比例得以提高。,6.3 马铃薯淀粉生产工艺,原理输送与清洗马铃薯磨碎细胞液的分离从浆料中洗涤淀粉细胞液水 的分离淀粉乳的精制（振动筛、离心筛或弧形筛）细渣的洗涤（曲筛）淀粉乳的洗涤（旋液分离器）淀粉的干燥,6.4甘薯淀粉生产,预处理浸泡（石灰水）磨碎筛分流槽分离碱、酸处理和清洗离心脱水干燥,思考,薯类淀粉的提取工艺为什么不同于玉米淀粉？,6.5 绿豆淀粉生产,6.5.1 概述绿豆淀粉稳定性和透明度均好,糊丝较长,凝胶强度大,宜作勾芡和制作粉丝、粉皮、凉粉的原料。,6.5 绿豆淀粉生产,6.5.2 绿豆淀粉生产清洗浸泡 （烫豆、泡豆）磨浆（300转/min石磨、30004000转/min电磨）沉淀（对浆，自然发酵、蛋白质与淀粉比重不同1.2:1.6）,6.5.3 绿豆淀粉应用,6.6 淀粉厂副产品的综合利用,以玉米淀粉厂生产为例，其副产品的综合利用有：6.6.1 提取植酸、菲汀（肌醇六磷酸钙镁）6.6.2 分离生产蛋白粉6.6.3 提取天然食用黄色素（色素、是一胡萝卜素类物质）6.6.4 生产玉米油 (食用、发酵工业中的消泡剂）,植酸,植酸作为螯合剂、抗氧化剂、保鲜剂、水的软化剂、发酵促进剂、金属防腐蚀剂等，广泛应用于食品、医药、油漆涂料、日用化工、金属加工、纺织工业、塑料工业及高分子工业等行业领域。,植酸生理功能,1、植酸以植酸钙镁钾盐的形式广泛存在于植物种子内，也存在于动物有核红细胞内，可促进氧合血红蛋白中氧的释放，改善血红细胞功能，延长血红细胞的生存期。 2、植酸本身就是对人体有益的营养品，植酸在人体内水解产物为肌醇和磷脂，前者具有抗衰老作用，后者是人体细胞重要组成部分。 3、植酸对绝大多数金属离子有极强络合能力，络合力与EDTA相似，但比EDTA的值应有和范围更广。植酸二价以上金属盐均可定性沉淀。 4、每个植酸分子可提供六对氢原子使自由基的电子形成稳定结构，从而代替被保鲜物分子作为供氧分子，避免被保鲜物氧化变质。 5、植酸有良好导电性。 植酸的毒性 小鼠口服LD50为4192mg/kg体重，毒性比食盐更低（食盐LD50为4000mg/kg）。 三致试验：植酸对小鼠骨髓嗜多染细胞微核实验无致突变作用。,植酸在食品中的应用,水产品保鲜剂（如防止贝类黑变）罐头食品（稳定护色）饮料生产（除去过多金属离子、快速止渴、复活神经机能）抗氧化剂（防止过氧化剂分解药物和发酵促进剂（治疗胃炎、十二指肠炎、腹泻，解铅毒）,玉米胚芽粕：玉米胚芽提油后的残渣,人体营养保健（膳食纤维）面包加工酱油生产氨基酸生产畜禽营养（饲料，可增加瘦肉率，产蛋率）,6.8变性淀粉生产,为了满足应用需要，把天然淀粉经过物理、化学或酶法处理，改变其某些物理性质，如水溶解特性、粘度、色泽、味道及流动性等，此种经过处理的淀粉或其制品，称为变性淀粉。,天然淀粉的属性和性能界限,天然淀粉具有冷冰不溶性、老化易脱水、耐药性和机械性差、缺乏乳化力、被膜性差和缺乏耐水性等缺陷。 为了改进这些缺陷，根据淀粉的结构及物理化学性质，开发了淀粉变性技术。这种淀粉变性技术主要是利用各种官能团的反应试剂改变淀粉的天然性质、增强某些机能或引进某些新的特性。,制造变性淀粉的原理和方法,用某些化合物取代淀粉中的葡萄糖单位，减少和增加葡萄糖单位的聚合度；添加化学试剂使葡萄糖分子上的2、3、6碳上的OH与其他化合物作用，生成醚、酯及其他衍生物，改变淀粉的物理特性使之符合工业用途的要求。,变性淀粉分类,按用途分类食品类，医药用类，工业用类，其他类按产品性质分类淀粉分离物，淀粉分解产物，化学衍生物，其他制品按处理方法分类P143144 化学变性，物理变性，酶法变性,变性程度的衡量,预糊化淀粉：糊化度酶法糊精：DE值酸解淀粉：黏度或分子量氧化淀粉：-COOH含量或羰基含量或双醛含量接枝淀粉：接枝率交联淀粉：溶胀度或沉降体积其他：平均取代度DS或摩尔取代度MS,淀粉衍生物的取代度,以DS值(degree of substitution)表示，DS值是代表在每一个D-吡喃葡萄糖基（一般称为脱水葡萄糖基(anhydroglucose unit，AGU）单位中羟基被取代的平均数，淀粉AGU上最多有3个可以被取代的羟基，所以，DS的最大值为3，绝大多数淀粉衍生物都是低DS产品，DS值一般低于0.2。,1、化淀粉,又称预糊化淀粉，系将原淀粉在一定量水存在下进行加热处理后而制得。主要特点是能够在冷水中溶胀溶解，形成具有一定粘度的淀粉糊，使用方便，且其凝沉性比原淀粉小，所以广泛应用于食品、造纸、纺织等行业。,生产方法,1、滚筒法,影响化淀粉质量的因素：1、原料淀粉的质量。2、糊化的好坏。3、滚筒表面温度、淀粉乳浓度、滚筒转速等工艺参数。4、混入的异物。,2、挤压法,利用塑料挤压成型机，将淀粉乳注入钢铁圆筒中，在120160的温度下，用螺旋桨高压挤压；由顶端小轮以爆发式喷出，通过瞬时膨胀、干燥、粉碎，连续获得产品。 这种方法基本不需要加水，能够用内摩擦热维持温度。同时原料的利用效率高，减少费用，还可大大改变成品的组成性质和外观，用此法所得产品不易为微生物污染，很少破坏其中的维生素，由于它只需低费用的热源来蒸发干燥，所以较经济。,化淀粉用途,食品工业，用化淀粉可省去热处理，用于增粘保型，改善糕点配合原料的质量，稳定冷冻食品结构等。造纸工业，用于纸张增强剂，提高纸张的强度，作为粘合剂主要用于纸袋、信封、香烟盒的底胶和侧胶，邮票和证券的涂胶。纺织工业，用作各种纤维的经纱上浆，增加浆纱强度，提高纤维的织造性能。纺织成品精加工的浆料，增加织物的硬挺性和手感。铸造工业，用作砂型粘合剂，防止表面的砂掉落，使砂失去流动性。饲料方面，主要用作鱼虾饲料的粘合剂。,2、酸变性淀粉,淀粉经无机酸处理后，得到一种颗粒状的低分子水解物。产品具有较低的热糊粘度和较高的冷糊粘度比，并可以不受限制地变化。同原淀粉比较，酸变性淀粉有较低的碘亲和力、较低的固有粘度，在热水中糊化时，随着溶解度增加其颗粒膨胀度较原淀粉低。具有一定的热流动性，而冷却后形成短而僵硬的凝胶体。 淀粉经酸处理后，其非结晶部分结构被破坏，使颗粒结构变得脆弱，一般以碎片分散形式而不是以膨胀形式被溶解，其糊液对温度的稳定性减弱，受热易溶解，冷却则凝胶化。,酸变性淀粉应用,食品：口香糖、软糖、果冻中应用。纺织工业：黏胶剂，增强纤维拉力。造纸工业：胶料（增强纸张表面的印刷能力和耐摩擦能力）,制备方法,林德（Lindner）：7.5%的盐酸在室温下作用7天或40作用3天。贝尔马斯（Bermas）：13%酸，在5055作用1214h，得尔伊（Delly ）：用0.22.0%浓度的酸，在5560处理淀粉0.54h，凯茨（Ketz）：0.6%的硫酸，50作用24h。为了获得稠度大的产品，可以改变酸浓度、温度和时间等常规反应条件来制取，用无水碳酸钠中和后，分离出淀粉，洗涤，干燥，即得成品。在