木薯淀粉的理化性质

1、木薯淀粉的理化性质淀粉是绿色植物通过光合作用合成的， 它储存于植物的种子、 块茎和块根中。 植物所含淀粉的多少与品种、生长周期、繁殖与种植方法、收获方法、抗病抗灾 性能、日照的时间与强度、环境的温度与湿度、降水量、地形和土壤条件等因素 有密切的关系。在稻、麦、玉米、高粱的种子颗粒中含有 70%左右的淀粉，在马 铃薯的块茎中含有 18%左右的淀粉，在木薯的块根中含有 25%左右的淀粉。 我们就 是利用这些含淀粉高的种子、块茎、块根作为原料来生产淀粉。淀粉是可再生资源， 也是产量仅次于纤维素的第二大可再生资源。 它取之不 尽，用之不竭，是人类赖以生存和发展的最基本和最重要的资源。 为区别淀粉品种，

2、一般加用原料名称，如玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉、甘 薯淀粉、小麦淀粉等等。木薯淀粉玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉等一样，都是重要的工业原料， 用途极其广泛。一、木薯淀粉的化学组成和结构 淀粉主要由碳、氢、氧三种元素组成。淀粉是在水介质中光合作用合成，即 植物的绿叶以叶绿素为催化剂， 通过将二氧化碳和水合成为葡萄糖， 其反应式为： 日光6CO2+6H2O C6H12O6+6O2叶绿素葡萄糖又经一系列的生物化学反应， 最后生成淀粉、 纤维素等多聚糖。 淀粉 的分子式为（ C6H10O）5 n，光合作用分子量是 n（162.14） 。n 是一个不定数，表 示淀粉分子是由许多个葡萄糖单位组成。 组

3、成淀粉分子的葡萄糖单位数量称为聚 合度，聚合度乘以葡萄糖单位分子量 162.14便得淀粉分子量 为了与游离葡萄糖 （C6H12O）6 区别，通常称（ C6H10O）5 为葡萄糖单位。在组成淀粉的元素中， 碳占44.5%，氢占6.2%，氧占49.3%。干淀粉燃烧生成二氧化碳和水，并放出大量 的热，其反应式为：燃烧（ C6H10O）5 n+6nO2 5nH2O+6nCO2+Q热（ ） 木薯淀粉为多聚葡萄糖，属于碳水化合物中的多糖类。多糖类又叫高聚糖， 是许多单糖的聚合物， 即许多葡萄糖分子连接起来成为淀粉分子。 工业生产葡萄 糖就是以淀粉作原料，将聚合状态的葡萄糖经水解转变成为游离状态的葡萄糖。

4、这个反应过程称为“糖化”，其反应式如下：酸或酶（C6H10O）5 n+nH2O n （ C6H12O）6在水解过程中，淀粉先生成中间产物，如糊精、低聚麦芽糖，最后生成葡萄糖。在淀粉中，除含有水分外，还含有脂肪、蛋白质、灰分等杂质。蛋白质实际 上包括全部含氮物， 其中有真正蛋白质及肽、 氨基酸、核苷酸等。 灰分主要为钠、 钾、镁、钙等无机化合物。木薯淀粉的化学组成如下：淀粉85%水分14%蛋白质 0.2%灰分0.3%其它0.5%淀粉的生产是将原料中的非淀粉物质分离出去， 但由于用途不同， 产品使用 的要求也有很大的差异，其目的是达到用户要求为准。故尚有理化指标的要求， 如水分、灰分、酸度、蛋白质

5、、粘度等。淀粉中杂质含量的多少，是决定其产品 质量的重要依据， 但只要符合国家规定的质量要求， 对一般食品和其它工业使用 已无妨碍。淀粉是由葡萄糖组成的多糖高分子化合物， 有直链状和支叉状二种分子， 分 别称为直链淀粉和支链淀粉。 天然淀粉一般都有这两种结构， 大都为这两种淀粉 混合而成，二者混合组成的量因淀粉的种类和品种的不同而各异（见下表） 。不同种类淀粉的直链和支链淀粉含量淀粉种类直链淀粉含量（ %）支链淀粉含量（ %）木薯1783甘薯1882马铃薯2080玉米2773大米1981粘玉米0100粘高粱0100直链淀粉是由葡萄糖单位通过 -1 ，4糖苷键连接，接成直链状分子，可被 淀粉酶水

6、解为麦芽糖。 它没有一定的分子大小， 差别很大， 用不同的方法测得直 链淀粉的相对分子质量为 3.2104- 1.6 105。此值相当于分子中有 200-980个葡 萄糖单位。木薯淀粉的直链淀粉，其含量（干基）为 17%，平均聚合度为 2600， 平均聚合度质量为 6700，表现的聚合度分布为 580-2200。支链淀粉具有高度分支结构， 由线型直链淀粉短链组成， 其分子较直链淀粉 大，相对分子质量在 1105- 1106之间，相当于聚合度为 600-6000个葡萄糖单 位。其结构除了在直链结构部分以 1、4糖苷键连接，而在支叉结构部分则以 1、6 糖苷连接，它含有1000-3000个葡萄糖单

7、位， 大约每20-30个葡萄糖单位上就有一 个分支。 用淀粉酶水解支链淀粉时， 只有外围的支链可被水解为麦芽糖。 木薯淀 粉的支链淀粉，其含量（干基）为 83%，聚合度范围为 3105- 3106。直链淀粉和支链淀粉在若干性质方面存在很大差别。直链淀粉遇碘液变成为蓝色； 支链淀粉遇碘液则变成为紫红色。 因此，可以 根据这一现象，对其鉴别经糊化的直链淀粉很不稳定， 在贮存过程中会发生凝沉现象， 使糊化物质逐 渐变成混浊，胶粘性降低，最后出现白色沉淀。支链淀粉经糊化易溶于水，生成 稳定的溶液，具有高粘度，凝沉性微弱。直链淀粉能制成强度高、柔软性高的纤维和薄膜，具有纤维素制品的性质； 支链淀粉却不能

8、。在淀粉颗粒中， 直链淀粉和支链淀粉两种淀粉分子组成的复杂结构， 至今还 未能了解清楚。在实验室中常用戊醇、丁醇分离法将直链淀粉和支链淀粉分离。 在工业上采用分级沉淀法、纤维素吸附法将直链淀粉和支链淀粉分离。二、木薯淀粉的物理性质1 、颜色与形状木薯淀粉呈白色粉末状， 无嗅无味。 在显微镜下观察， 淀粉颗粒为圆形或卵 形，还可见到清楚的轮纹。 块根淀粉由于在生长期间所受的压力较小， 而且块根 组织又比较松软，所以容易解体。木薯淀粉颗粒的直径为 5-35 微米，平均为 20 微米。在偏光显微镜下观察， 木薯淀粉颗粒中心具有相当明显的黑色十字， 将颗 粒分成四个白色的区域。 成熟的淀粉颗粒为洁净的

9、圆型和卵形物质， 且有清楚轮 纹，易受污染。 未成熟的淀粉或在生长期受害的木薯淀粉颗粒不饱满， 且轮纹更 为明显，更易受到污染。故在木薯的清洗、碎解、浸渍、筛分、分离、脱水、干 燥、冷却等过程中，要讲究卫生，包括设备卫生、周围环境卫生以及操作人员卫 生。各种淀粉颗粒大小及形状淀粉名称颗粒大小（微米）平 均（微米）形状木薯5 3520圆形、卵形截切形甘薯10 2515圆形、卵形马铃薯15 10033卵形、圆形玉米5 2615圆形、多角形大米3 85多角形从上表可见， 不同品种淀粉的颗粒大小存在差别， 而且同一种淀粉的颗粒也 不均匀，象木薯淀粉的最小颗粒为 5微米，最大则达到 35微米。淀粉颗粒不

10、溶于一般的有机溶剂。2 、比重木薯淀粉颗粒的比重大于水，约为 1.6 ，因而淀粉颗粒在水中容易沉淀，但 淀粉颗粒的大小不同，沉淀的速度也不同。过去，在木薯淀粉生产中使用 2.5 坡度的流槽，进行放流，一般的流速应控制在 8-10米/分（浆水浓度为 3波美度时）。 流槽回收湿淀粉，是根据淀粉、水、黄桨、泥沙等比重不同的原理，以水为介质 进行分离的。碟式分离机、 沉降分离机同样也是根据这个原理进行分离的。 在淀 粉生产过程中， 为防止淀粉在浆池中沉淀， 应不停的搅拌， 使乳浆浓度保持一致， 以便于抽浆、筛分、分离。3 、吸湿性木薯淀粉能够吸收潮湿空气中的水分， 又能在干燥空气中失去水分， 这是淀

11、粉在自然界中的特性， 我们称之为吸湿性。 淀粉吸湿性很强， 它的颗粒具有渗透 性，水和水渗液能自由渗入颗粒内部。 通常在含水分 13-14%时也不显得潮湿， 却 呈干燥粉末状， 这是因为淀粉分子中的羟基 （ OH）和水分子相互生成氢键的缘 故。淀粉的水分含量受周围环境空气湿度的影响， 在阴雨天湿度高时， 淀粉吸收 空气中的水分， 使含水量提高； 在干燥天气湿度低时， 淀粉含有的水分则向周围 空气中逸散， 从而使淀粉含水量降低。 因温度会影响空气湿度， 故也间接影响淀 粉的水分含量。温度增高，空气相对湿度降低，使淀粉散失水分；温度降低，则 相对湿度增高， 使淀粉吸收水分。 由于淀粉具有吸湿性强的

12、特点， 因而淀粉的仓 库应该通风干燥。 刚生产出来的淀粉， 使用塑料编织袋包装时， 必须经过冷却处 理后方能装袋包装，否则会因热气未能散出而导致淀粉发霉变质。4 、淀粉的糊化将淀粉置于冷水中搅拌，可形成乳状悬浮液（淀粉乳浆） ，若停止搅拌，则 淀粉颗粒慢慢下沉， 上部则为清水。 这是因为淀粉不溶于冷水和其颗粒比重大于 水的缘故。在生产过程中，可利用淀粉这一特性，以水为分离介质生产淀粉，并 利用淀粉的糊化加工成为各种变性淀粉产品。如将淀粉放入水中搅拌均匀成为淀粉乳后， 再将淀粉乳加热，随着温度上升， 则淀粉颗粒逐渐吸收水分， 体积膨胀，达到一定温度， 高度膨胀的淀粉颗粒间互 相接触，变成半透明的

13、粘稠糊状，称为淀粉糊，也就是我们通常所说的浆糊。此 时，即使停止搅拌，淀粉颗粒也不会沉淀，这种现象称为“糊化”。发生糊化现象的温度称为糊化温度。 不同淀粉的糊化温度是不同的。 即使同 样一种淀粉，由于颗粒大小不同，糊化温度也不一样，相差约 10。较大的颗粒 能在较低的温度下糊化， 否则反之。 木薯淀粉的糊化温度为 59-69C，前面为糊化 开始温度，后面糊化完成温度。由于木薯淀粉颗粒较大，体积膨胀大，与水接触 好，容易糊化， 糊化温度也较低， 因此木薯淀粉在淀粉糖和发酵生产的液化过程 中，可使用较高浓度的淀粉乳，这样可提高生产能力，降低热能消耗，增加经济 效益。不同品种淀粉的糊化温度存在差别，

14、 这是因为颗粒结构强度不同， 吸水膨胀难易也不同。即使同一品种淀粉的不同颗粒的糊化难易也存在差别。各种淀粉的糊化温度 单位： 淀粉名称糊化开始温度糊化完成温度木薯5969甘薯5872马铃薯5868玉米6270大米6878小麦59.564木薯淀粉颗粒在水中加热膨胀、糊化大致分为三个阶段：第一阶段，加热在 糊化温度以下， 淀粉颗粒吸收少量的水分， 体积膨胀也很小， 淀粉乳的粘度增加 不大，此时即使其冷却、干燥，所得淀粉颗粒的性质尚无改变；第二阶段，加热 达到糊化温度后，淀粉颗粒吸收大量水分，淀粉颗粒急剧膨胀，体积增加数倍， 同时偏光十字消失， 淀粉乳的粘度急增， 透明度也增高， 而且有一部分淀粉溶

15、于 水中，淀粉乳逐渐变成淀粉糊；第三阶段，是继续加热到糊化完成温度，此时淀 粉颗粒已膨胀成无定形的袋状，变成淀粉糊。淀粉糊并不是真正的溶液， 为高度膨胀颗粒呈不溶的胶体存在。 如欲获得淀 粉溶液，需在高压釜中用喷射器，因淀粉品种不同，加热温度也不同，木薯淀粉 约为100。由于淀粉几乎都是经过糊化成淀粉糊后应用的， 因此淀粉糊的热粘度及其稳 定性，胶粘性、透明度等等性质都与淀粉的用途密切相关。木薯淀粉糊化后， 粘度增高， 并且随温度的上升粘度继续增高， 当粘度达到 最高值（最高粘度）以后，继续加热，并保持一定的温度，则粘度下降。再继续 加热期间下降程度为粘度的稳定性，下降幅度小，则热稳定性高。若

16、停止加热， 使淀粉糊冷却，则粘度会上升。淀粉糊在高速搅拌的情况下，粘度也会降低，搅 拌速度愈快，则粘度降低愈大。在工业生产中，淀粉如果保持较长时间的搅拌， 及使用泵的机械冲击，也会使生产的淀粉糊的粘度有所降低。淀粉在水中加热易糊化，而干加热却不糊化，干淀粉加热到 130成为无水 物，再加热至 150- 160就变成黄色可溶液性物质，继续加热则碳化。淀粉糊的清澄或浑浊的程度， 也因淀粉品种不同而异， 马铃薯淀粉糊最透明， 木薯淀粉糊次之， 玉米淀粉糊不透明。 影响淀粉糊透明的因素比较复杂， 除淀粉 本身的支链淀粉含量、凝沉性质外，还有糊的浓度、酸碱性、添加物料的种类、 加热情况及放置时间等。稀淀

17、粉糊很不稳定，放置一定时间后，粘度降低，由透明变成浑浊，有白色 沉淀下沉，水分析出，胶体结构破坏， 这是由于溶解状态的淀粉又重新凝结而沉 淀。这种现象称为“凝沉”。 淀粉凝沉的原因是由于淀粉糊在冷却过程中分子运 动减弱，相互靠拢，彼此平行，分子的羟基相互作用形成氢键，结成束状结构， 使溶解度降低而凝沉。 凝沉是一个结晶的过程， 凝沉的淀粉为结晶结构， 不溶于 水，具有 型的 X- 光衍射图像。各种淀粉的凝沉存在着差别，玉米、高粱淀粉凝沉力强；马铃薯、甘薯、木 薯淀粉凝沉力弱； 糯米、粘高粱淀粉则没有凝沉力。 这是因为各种淀粉中直链淀 粉和支链淀粉含量各不相同的缘故。 一般来讲，直链淀粉含量高则

18、易凝沉； 反之，PH值、盐类以及冷却支链淀粉含量高则不易凝沉。此外，温度、水分、浓度、 时间对凝沉速度都有影响。淀粉凝沉的最佳温度是 2- 4，大于60或低于 - 20都不易凝沉。 淀粉水分 含量在 30-60%时容易凝沉，而含有大量的水分时则又不易凝沉。淀粉溶液PH值在7时凝沉速度最快，而 PH值在2以下和 10以上时则凝沉速度很慢。淀粉溶液浓 度高时容易凝沉， 浓度低时则凝沉速度慢。 不同的无机盐类对淀粉的凝沉影响也 不一样，有的能促进，有的则起抑制作用。将淀粉糊在光滑平面上涂薄层，干燥，而形成薄膜。膜的强度、柔软性、透 明度、光泽、水溶性、重湿性等则因不同的淀粉而存在差别。木薯和马铃薯淀粉 糊的成膜性较玉米、小麦淀粉好，膜的强度、柔软性、透明性和光泽都好，并能 长期保持其水溶性， 重湿性好， 粘合力强。淀粉糊为重要的胶粘剂， 用于胶纸带、 信封、邮票、标签等等方面，要求重湿性好，使用时与水接触，溶解快，粘合力 强。淀粉在工业上的应用，几乎都是加热使淀粉乳糊化，应用所得到的淀粉糊，起到增稠、凝胶、粘合、成膜和其它功用不同品种淀粉的淀粉糊性质存在差别见下表），这