二章谷物淀粉.ppt
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1、第二章 谷物淀粉,第一节 谷物淀粉概述,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。,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
2、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2-1 各种谷物籽粒中的淀粉含量(干基,%),第二节 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
3、6:大米,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
4、可以分析淀粉粒内部晶体结构的方向。,第三节 谷物淀粉的物理化学性质,一、淀粉的分子结构 直链淀粉(amylose)与支链淀粉(amylopectin),(一)直链淀粉的结构,Meyer等人用温水法从淀粉粒中首先分离出来的成分,称为直链淀粉,其结构经实验证明,是由葡萄糖通过-1,4-糖苷键连接起来的直链状的高分子化合物:,直链淀粉的螺旋结构,直链淀粉的分子结构,DP (degree of polymerization), 聚合度,(二) 支链淀粉的结构,支链淀粉的分子结构,支链淀粉的几种分子模型,表2-3 常见均一多糖的性质比较,表2-4 谷物籽粒直链淀粉含量(%,占纯淀粉),表2-5 常见谷物
5、支链淀粉的分子结构数据 (单位:葡萄糖残基数),二、淀粉的物理性质,1、比重 淀粉粒的比重约为1.5,不溶于冷水,这是淀粉制造工业的理论基础,所谓水磨法,就是利用这一性质。先将原料打碎成糊 (若原料为玉米一类籽粒粮则必须先行浸泡,然后湿磨破坏组织,使其成糊),除去蛋白质及其它杂质,再使淀粉在水中沉淀析出。,2、淀粉粒的糊化作用,淀粉粒不溶于冷水,若在冷水中,淀粉粒因其比重大而沉淀。但若把淀粉的悬浮液加热,到达一定温度时(一般在55以上),淀粉粒突然膨胀,因膨胀后的体积达到原来体积的数百倍之大,所以悬浮液就变成粘稠的胶体溶液。这一现象,称为“淀粉的糊化”,也有人称之为化。淀粉粒突然膨胀的温度称为
6、“糊化温度”,又称糊化开始温度。,表2-6 几种谷物淀粉粒的糊化温度,水分子进入微晶束结构,拆散淀粉分子间的缔合状态,淀粉分子或其集聚体经高度水化形成胶体体系。,淀粉糊化的本质,淀粉糊化过程中粘度的变化,水分 碱 盐类 极性高分子有机化合物 脂类 直链淀粉含量的影响 其它因素,影响淀粉糊化的因素,淀粉的稀溶液,在低温下静置一定时间后,溶液变混浊,溶解度降低,而沉淀析出。如果淀粉溶液浓度比较大,则沉淀物可以形成硬块而不再溶解,这种现象称为淀粉的凝沉作用,也叫淀粉的老化作用。,3、淀粉的凝沉作用,淀粉的凝沉作用的化学本质,在温度逐渐降低的情况下,溶液中的淀粉分子运动减弱,分子链趋向于平行排列,相互
7、靠拢,彼此以氢键结合形成大于胶体的质点而沉淀。因淀粉分子有很多羟基,分子间结合得特别牢固,以至不再溶于水中,也不能被淀粉酶水解。,凝沉作用的有利一面,直、支链淀粉的比例 分子的大小 无机盐类的影响 溶液的pH 冷却速度 化学添加剂,凝沉作用的影响因素及防止的方法,对极性有机化合物的吸附 正丁醇、百里酚、脂肪酸等 直链淀粉分子由于在高温溶液中分子伸展,极性基团暴露,容易与一些极性有机化合物形成“复合物”。 对碘的吸附,淀粉的吸附性质,直链淀粉分子与碘分子的吸附作用,不论是淀粉溶液或固体淀粉和碘作用,都生成有色复合体。 直链淀粉与支链淀粉对碘吸附作用是不同的。 支链淀粉分子与碘作用产生紫色至红色的
8、复合体(根据支链淀粉分子的分枝长短而定)。 直链淀粉分子与碘作用则形成兰色的复合体。 应用x光衍射分析,也证实了直链淀粉分子呈螺旋的卷曲状态,每六个葡萄糖残基形成一个螺圈,其中恰好容纳一个碘分子。,表2-7 淀粉与碘复合体的颜色反应,三、淀粉的化学性质,1、淀粉转化糖 酸水解,酶法水解,葡萄糖值(Dextrose Equivalent,DE值),DE值表示了已水解的糖苷键的百分率, 而不能表明糖浆的化学组成。,淀粉酶(amylase)的分类及各自特点,分类: 1、根据来源分: 麦芽(淀粉酶、,植物) 唾液淀粉酶,胰液淀粉酶(人、动物) 细菌(枯草杆菌、芽孢杆菌)、霉菌淀粉酶(微生物) 2、根据
9、作用形式分: 内部作用:淀粉酶 外部作用(末端作用):淀粉酶,葡萄糖淀粉酶 3、根据作用方式和水解产物分类:,1、淀粉酶(水解-1,4糖苷键:低分子糖和糊精,产物为型) 2、淀粉酶(水解-1,4,(-1,3,-1,6,慢)糖苷键: 麦芽糖和糊精,产物为型) 3、葡萄糖淀粉酶(水解-1,4糖苷键:葡萄糖,产物为型,从 非还原端开始) 4、切枝酶(水解-1,6糖苷键,异淀粉酶、普鲁兰酶等) 5、环状糊精酶(6-7个AGU组成环状空心圆柱体,可以用作乳 化剂,具有保香的效果,但是亲水性不是很好) 6、麦芽四糖和麦芽六糖生成酶 7、葡萄糖基转移酶(葡萄糖-1,6糖苷键异麦芽糖, 异麦芽三糖等),淀粉酶
10、,EC.3.2.1.1 全名:-1,4,葡聚糖(底物)-4-葡聚糖(产物)水解(性质、方式)酶 作用于淀粉和糖元时,从底物分子内部随机内切-1,4键生成一系列相对分子量不等的糊精和少量低聚糖、麦芽糖和葡萄糖。 一般不水解支链淀粉的-1,6键和紧靠-1,6键外的-1,4键,但是可以跨过-1,6键和淀粉的磷酸酯键。 产物为构型 不同的淀粉,作用程度不同,对支链淀粉,内部作用稍慢,而直链淀粉,作用快。 淀粉糊的粘度下降快,(工业上将其称为液化型淀粉酶),随着淀粉分子量的下降水解速度变慢,工业上利用其对淀粉分子进行前阶段的液化处理。 性质: 1、最佳作用温度80左右(耐中温90-100,耐高温110)
11、,最佳作用pH56。 2、金属酶类,Ca+可以维持酶分子的构象,保持最大活力和稳定性。 3、MW:50000,PI4.0,-SH含量少,耐热性好 用途:淀粉糖工业,制造葡萄糖、高浓度麦芽糖、果葡糖浆等的生成。,淀粉酶,EC.3.2.1.2 全名:-1,4-葡聚糖-4-麦芽糖水解酶 作用于淀粉分子时,从非还原端开始,每次切下2个葡萄糖单位,并且将产物的构型转为型。不能作用于-1,6键,也不能跨过-1,6键,水解至-1,6键分支点的2-3个葡萄糖单位时,水解停止。 水解产物为较大分子的极限糊精、麦芽糖 性质: 1、淀粉酶广泛存在于植物和微生物中。 2、最佳作用温度60左右,最佳作用pH56。 3、
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