第二章淀粉和淀粉深加工1.ppt
《第二章淀粉和淀粉深加工1.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第二章淀粉和淀粉深加工1.ppt(96页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第二章 淀粉和淀粉深加工,淀粉是自然界植物体内存在的一种高分子化合物。在自然界中的产量仅次于纤维素。植物以叶绿素为催化剂。通过光合作用将二氧化碳和水合成葡萄糖。,全世界淀粉年产量,在20世纪70年代中期为700余万吨,到80年代已发展到1800余万吨,90年代初突破2000万吨,目前已超过3600万吨。,表2-1 1999年中国淀粉生产量汇总t,2.1 天然淀粉的来源,天然淀粉又称原淀粉,其来源是依赖于植物体内的天然合成。分布于根、块茎、符粒、髓、果实、叶子等。,1. 玉米淀粉 玉米的种植而积和总产量仅次于小麦和水稻而居第三位,表2-2 玉米的化学成分范围及平均值(质量),玉米淀粉的用途,2.
2、 其他谷类淀粉 小麦淀粉、大米淀粉及高粱淀粉等。 小麦是世界主要粮食作物之一,出粉率约25%,但谷朊粉中含有72-85的蛋白质。 大米,一般含淀粉70-80。 高梁籽粒的化学组成接近玉米,淀粉含量为65.9-77.4。,3. 薯类淀粉 马铃薯、木薯、甘薯,2.2 淀粉的结构与性质,1. 淀粉的化学结构与性质,直链淀粉的聚合度约在100-6000之间。,图2-1 直链淀粉的结构,例如玉米直链淀粉的聚合度在200一1200之间,平均约800, 马铃薯鱼链淀粉的聚合度杯10006000之间,平均约3000。,直链淀粉:葡萄糖分子以(1-4) 糖苷键缩合而成的多糖链。,图2-2 直链淀粉的螺旋形结构,
3、表2-3 不同品种淀粉的直链淀粉含量,在天然淀粉中支链淀粉约占70一80,直 链 淀 粉,一级结构 (14)葡萄糖苷键,可溶于热水 250300个糖分子 遇碘呈紫蓝色,空间结构,玉米淀粉颗粒,糖苷键的形式有多种,支链淀粉是指在其直链部分仍是由 -1,4-糖苷键联接的,而在其分支位置则是由-1,6-糖苷键联接。,图2-3 支链淀粉的结构,碘的显色反应可用于鉴别直链淀粉和支链淀粉。,表2-5 直链淀粉和支链淀粉的比较,2. 淀粉的颗粒结构及物理性状,图2-4 玉米淀粉颗粒 (光学显微镜),图2-5 玉米淀粉颗粒 (扫描电子显微镜),玉米淀粉颗粒经过 淀粉酶水解后的电镜照片: (a, c, e) 扫
4、描电镜, (b, d, f) 透射电镜。 (a) 和(b) 示出高直链淀粉被水解50以后的显微照片; (c) 和 (d) 示出普通玉米淀粉水解程度达到15的照片; (e) 和 (f) 示出蜡质玉米淀粉水解22后的显微照片。 短横表示1 mm,淀粉大分子颗粒模型示意图,图2-6 天然淀粉的X射线衍射图样(线的粗细表示相对强度),结晶结构占颗粒体积的25%-50%,其余为无定形 淀粉的化学反应主要发生在无定形结构区,淀粉的玻璃化转变 玻璃化温度(Tg)是非品态高聚物的重要特征,它反映分子 链段开始运动的温度。一般高聚物难以形成100的结晶,因此总有非品区的存在,即存在对应的玻璃化转变。在高聚物发生
5、玻璃化转变时,许多物理性质发生急剧变化,例如比容、折射率、形变、热容等。在只有儿度范围的转变温度区间前后,高聚物的模量将改变34数量级,使材料从坚硬的固体转变成柔软的弹性体,完全改变了材料的使用性能。,量热法和差示扫描量热分析是表征玻璃化转变的非常有效的方法。 淀粉受热时的物理化学变化包括物化、熔融、坡确化转变、结晶、晶型的转变、体积膨胀、分子降解等,比一般的高聚物要复杂得多,因而会导致测试结果小致。例如, 当小麦淀粉的含水量在13一187时,玻璃化温度(Tg)在30一90的范围内; 同时推测当含水量超过20时,淀粉的Tg将低于室温。 然而,也发现当含水量为55时,淀粉的Tg在;o一85的范围
6、 。,3. 淀粉的胶体化学性质,淀粉的密度约为1.5g/cm3(含水分10-20); 将其倒人冷水中,经搅拌可以得到乳白色、不透明的悬浮液,停止搅拌淀粉就慢慢沉淀; 而将淀粉倒入热水中,淀粉颗粒受热膨胀,若继续加热,淀粉颗粒高度膨胀,当加热到一定温度时。淀粉变成具有功性的半边明凝胶或胶体溶液,习惯称为淀粉糊,这种现象称为糊化,或称淀粉的化,此时的淀粉相应地称为-淀粉。,淀粉的糊化 Gelatinization 概念:淀粉粒不溶于冷水,若在冷水中不加以搅拌,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,
7、所以悬浮液就形成粘稠的糊状胶体溶液,这一现象称为“淀粉的糊化”。又称淀粉的糊化为“ ”化。 本质: 水进入微晶束,折散淀粉分子间的缔合状态,使淀粉分子失去原有的取向排列,而变为混乱状态,即淀粉粒中有序及无序态的分子间的氢键断开,分散在水中成为胶体溶液。,糊化是淀粉的基本特性之一,淀粉颗粒由吸水溶胀到完全糊化可分为三个阶段: 加热初期(低于50 C),颗粒吸收少量水份, 体积膨胀较少,颗粒表面变软并逐渐发粘但没有溶解, 水溶液粘度也没有增加,此时若脱水干燥后仍为颗粒状态; 第二阶段: 随着温度升高到一定程度(如65 C,随淀粉 来源而定),淀粉颗粒急剧膨胀,表面粘度大大提高, 并有少部分溶于水中
8、,因此溶液的粘度也开始上升, 此时的温度称为淀粉糊化的开始温度; 在最后阶段, 随着温度继续上升至80 C以上,淀粉颗粒增大到数百甚至上千倍, 大部分淀粉颗粒逐渐消失,体系粘度逐渐升高,最后变成透明或半透明 淀粉胶液,这时淀粉完全糊化,淀粉的降解:,在酸或淀粉酶 作用下被降解 ,终产物为葡 萄糖:,麦芽糖,遇碘呈蓝紫色 红色 不显色 不显色,2.3 淀粉的化学法变性加工,变性淀粉的制造加工方法可分为物理法、化学法和生物法,其中以化学法最主要,用化学法变性加工制成的淀粉应用也最为广泛。,几个重要概念 取代度(DS)表示平均每个失水葡萄糖单元中羟基被取代的数量。取代度小于0.2的情形称为低取代度,
9、而将2.0以上的取代度称为高取代度。 聚合度(DP)表示淀粉分子链中葡萄糖单元的数量, 氧化度(DO)也是用来表示淀粉衍生物特性的。,2.3 淀粉的化学法变性加工,1. 氧化淀粉,氧化淀粉是指一系列经各种不同的氧化剂处理后所形成的变性淀粉,是最常见的变性淀粉品种之一。常用的氧化剂有次氯酸盐、高碘酸盐、高锰酸盐、过氧化氢、过硫酸盐、重铬酸盐及硝酸等。,工业上最普遍的氧化剂是次氯酸盐。,除了用次氯酸盐做氧化剂之外,高碘酸或其钠盐也常用来氧化淀粉,这种氧化淀粉称为双醛淀粉或二醛淀粉。所谓“双”或“二”醛是指淀粉分子中葡萄糖单元上C2 - C3的碳碳键断裂开环后C2和C3碳原子上的羟基被氧化成醛基。,
10、双醛淀粉可用于治疗尿毒症,利用醛基的反应活性吸附病人因肾功能衰竭而无法排出的体内致毒性代谢物质,使其由人的粪便排出体外。,2. 酸变性淀粉及淀粉高分子表面活性剂,3. 淀粉酯,(1) 淀粉无机酸酯 淀粉硝酸酯是最古老的淀粉衍生物,商业上多应用高取代度的硝酯作炸药原料。淀粉硫酸酯主要用于医药工业,如羟烷基硫磺酸酯可作为血液代用品、酶降解的淀粉硫酸酯适用于肠溃疡的治疗。,淀粉与正磷酸钠盐的化学反应式,淀粉分子上 C2 和 C6 上的羟基较容易与磷酸作用而被酯化。 随着取代度的提高,磷酸酯淀粉产物糊化温度降低。 当取代度达o05左右时,在冷水中就可以溶胀,且彻液透明,显 示出高分子电解质特有的高粘度
11、和结构粘性; 生产高取代度酯化淀粉,可采用物理加热法将淀粉糊化,然后再进行酯化反应。糊化后淀粉结晶区破坏,酯化剂容易进入淀粉内部,使糊化淀粉比颗粒淀粉更容易被酰化,并且试剂反应速率也较高。在水体系中反应制得的酯化淀粉取代度般都比较低,然而加入碳酸钾作为催化剂可以提高取代度,最高能够达到11。,三聚磷酸钠与淀粉发生反应,淀粉磷酸酯的广泛应用: 造纸、纺织、制药、化妆品、食品、胶黏剂、农业、铸造、水处理等许多领域。,(2) 淀粉有机酸酯 酯化剂主要有醋酸酐、醋酸乙烯和醋酸,有关的化学反应式可表示如下:,应用的领域: 如电气绝缘纸、印刷电路层压板、特殊电线和绝缘带等.,(3) 淀粉黄原酸酯 二硫化碳
12、(CS2)可以看成是黄原酸(HO-CS-SH)的酸酐,黄原酸酯是二硫化碳与含有NaOH的醇作用生成的酯,如:,5,(1) 羧甲基淀粉 羧甲基淀粉(简称CMS)是工业上产量最大的淀粉醚。该产品是淀粉分子链中葡萄糖结构单元中的醇羟基羧甲基化的产物,在碱性条件下,与醚化剂一氯醋酸及其钠盐反应而得,其反应式如下:,4. 淀粉醚,应用: 造纸工业的胶料、增强剂及助留剂; 食品工业、化妆品生产、合成洗涤剂生产、颜料的乳 化与增厚以及对有色金属的浮选等许多领域; 在纺织工业用做高级浆料.,(2) 羟烷基淀粉,(3) 氰乙基淀粉,氰乙基淀粉,最显著的特点是在淀粉分子中引人了氰基(CN),-O-CH2CH2CN
13、,(Michael 加成反应),利用Michael反应制取淀粉醚的另一种产品是氨基甲酰乙基淀粉,(4) 阳离子淀粉,HCl,叔胺烷基淀粉醚的制备,其他阳离子淀粉的制备: 伯胺和仲胺烷基淀粉醚可由阳离子化试剂环 亚胺乙烷与淀粉反应制得,反应式为:,阳离子淀粉的性质 向淀粉分子结构中引入叔胺基或季铵基之后、淀粉的胶体性质及化学性质 都发生了显著变化,从而影响到产品用途。,首先,阳离子淀粉的凝胶化(糊化)温度比天然淀粉降低,这是由于引入的叔胺基、季铵基具有亲水性所致。实际上,大多数淀粉衍牛物都呈现出较低的胶化温度现象。并且,随着取代度的提高,其胶化温度也相应地降低得更多。,其次,阳离子淀粉糊液的粘度
14、比天然淀粉略高,季铵型产品比叔胺胺型产品的热粘度更高些。,第三,阳离子淀粉糊的稳定性提高,第四,阳离子淀粉的Zeta电位呈阳性。使用电泳法zeta电位仪测定cs型阳离子淀粉悬浮液的电位,一般在1730mv之间,高者可达40mv,而玉米天然淀粉的Zeta电位值为负值。 纺织品、金属、玻璃、塑料、纤维、动物、矿物或人体组织等通常带负电荷。显然,阳离子物质对这些物质的吸附能力比阴离子和非离子物质强。,阳离子淀粉用于纺织工业的经纱上浆,可基本代替较贵的化学浆料,减少环境污染,还具有易于退浆的特性。另外,用阳离子淀粉处理织物后还可以提高阴离子型染料的上染率,改善织物的光亮度。 阳离于淀粉除了以上方面有良
15、好的应用性能外,还可以作为工业废水的絮凝剂、钻井用泥浆处理剂、用于制备耐久性海绵状吸水橡胶,用于洗涤剂工业的持续释香剂、用作土壤稳定剂等等。,用途,在造纸工业上,阳离子淀粉是最重要的湿部化学助剂,如助留助滤剂的增强剂,以及表面施胶剂等。其主要优点有: 能改善纸张的物理性质,如抗张强度、耐破度、耐折度等; 能增强纸张的表面强度,改进纸张的印刷适应性; 能够提高松香的施胶效果; 能提高造纸填料、染料的助留率,从而降低了生产成本; 能增加纸张的干燥速度;,(4) 交联淀粉,(1)醛类交联 常用的交联剂有甲醛、乙醛、丙烯醛、琥珀醛、尿素甲醛树脂等。醛与淀粉反应分为两个阶段,第一个阶段生成半缩醛,第二个
16、阶段为交联阶段。甲醛交联木薯淀粉的基本生产工艺如图所示。,(2) 环氧氯丙烷交联 反应式为:,(3) 混合酸酐交联 在碱性条件下,淀粉与有机羧酸的混合酸酐反应如与己二酸与醋酸 的混合酸酐反应,可生成双淀粉己二酯产物。 (4) 卤氧磷交联 常用的交联剂是三氯氧磷。反应pH812,可得到耐糊化性质 的交联淀粉。,交联作用使得淀粉分子之间架桥形成化学键,即使是在水中加热条件下,交联淀粉的颗粒仍保持不变。随着交联度的增加,交联淀粉的糊化温度也随之上升,甚至于沸水中也不能溶解,这些特殊的性能使其在各工业领域有着特殊的用途。 在造纸工业中,利用交联淀粉颗粒在常压下受热膨胀但不易糊化,被温纸页吸着量大的特点
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二 淀粉 深加工
链接地址:https://www.31doc.com/p-2975050.html