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对淀粉理化特性进行研究所得成果

 

     

  淀粉一词,对于我们来说并不陌生,基本家家的厨房里都会有淀粉,做菜时会用的到,使作出的菜肴更加的美味可口。但是细说起淀粉来估计没有多少人会答得上来,比如淀粉的形成集组成分类,淀粉大的性质分类等等。那么我就对淀粉进行深一步的了解让我们掌握淀粉更多的知识。

  淀粉是一种高分子化合物, 它广泛分布于自然界之中。 是一种可以由生物合成的可再生资源。 淀粉的营养成分很高, 除作为能量食物外, 还可以广泛地应用于食品、纺织、造纸、医药、能源等各个领域。

  1 淀粉的形成及组成分类

  淀粉是一种颗粒形态的碳水化合物, 有非常复杂的形成途径。 太阳能被有叶绿体的高等植物所利用, 并吸收二氧化碳和水进行光合作用合成淀粉, 这种淀粉被称为同化淀粉。 到了夜间停止,同化淀粉分解, 被运送到植物各个部位,在那里被用于呼吸, 或生成生物合成蛋白质、 核酸等成分的素材, 或者在种子、 根( 块)茎等中重新被合成为淀粉。在非绿色贮藏组织中再次被积贮起来的淀粉通常称作贮藏淀粉。一般来说淀粉是指提取出来的贮藏淀粉。淀粉它是由α-D 葡萄糖单位组成的多聚葡萄糖,其分子式为(C6H10O5)n,组成淀粉分子结构体的数量单位称为聚合度,以 DP 表示。同时,淀粉分为直链与支链淀粉,二者的比例大概为 20:80 。直链淀粉是由α-1,4 糖苷键连接的葡萄糖单元组成的聚合物,也有少量的α-1,6 糖苷键存在,聚合度为 500~6000 个葡萄糖单元,相对分子量约 250000,但存在较大的变化。而支链淀粉是通过α-1,4 糖苷键或α-1,6 糖苷键连接的高度分支的多聚物,每 20~25 个α-1,4 葡糖基就连接有 1 个α-1,6 分支点。直链淀粉含量的测定方法,包括电势滴定法、电流滴定法、刚果红比色法和碘蓝比色法。

  1.1按淀粉的性质分类

  按国家 GB/T8887-2009 标准,淀粉可分为原淀粉和变性淀粉等。原淀粉是不经过任何加工处理处理, 也不改变淀粉理化特性而生产的各类淀粉。原淀粉从原料来源可分为:谷类淀粉、薯类淀粉、豆类淀粉、其他类淀粉。变性淀粉是原淀粉经加工处理, 使淀粉分子异构, 改变其原有的物理化学特性的淀粉。 变性淀粉可分为酸处理淀粉类、 焙烤糊精类、 氧化淀粉类、 淀粉酯类、淀粉醚类、交联淀粉类、接枝共聚淀粉类、物理变性淀粉类、生物变性淀粉类。

  1.2按消化性分类

  淀粉可分为快速消化淀粉(RDS) 、 缓慢消化淀粉(SDS) 和抗性淀粉(RS)。 抗性淀粉(RS)目前还没有精确的分类, 多数专家学者根据淀粉的来源不同和抗酶解力的不同,将抗性淀粉分为 4 类:RS1 、RS2、RS3 、RS4。RS1 型淀粉是指不能被酶解的淀粉。淀粉颗粒因细胞壁的屏障作用, 因此不易被消化,这类 RS 易受咀嚼或加工方式的影响,在轻度碾磨的谷类、豆类等食品中非常常见。 RS2 型淀粉是指天然能不被消化性的淀粉,因物质结构如结晶结构、 密度大等特点使其产生抗消化性。 RS3 是指老化的淀粉, 如糊化冷却后的马铃薯、面包等。 RS4 主要指化学改性淀粉, 如交联淀粉、接枝频率较高的接枝淀粉等。

  2 淀粉的物化特性

  2.1 淀粉的糊化特性

  淀粉的半结晶的颗粒结构,使其在加水加热到一定温度后,就会发生糊化。糊化过程非常复杂, 通常伴随着黏度、透明度变化以及再结晶等现象。 糊化的不同阶段,表现出不同的特性。淀粉的糊化过程可分为 3 个阶段, 在第一阶段,少量水分淀粉吸收后, 淀粉体积出现小幅的膨胀,到了开始糊化的温度;第二阶段开始, 颗粒突然胀大,增加数倍,水分大量吸收,淀粉乳变成了淀粉糊;继续加热,开始第三阶段,淀粉充分糊化后,颗粒结构完全消失,大部分淀粉分子溶于水中。 通常认为淀粉糊化的本质是淀粉颗粒微晶束的熔融所致。 糊化温度是淀粉糊化特性的一项重要指标。 不同的淀粉具有不同的糊化温度, 玉米和甘薯的糊化温度分别为 64~72 和 58~61℃。 测定淀粉糊化温度的方法很多,如偏光十字法、粘度法、糊透光率法、DSC 法等,其中以淀粉颗粒的偏光十字消失来确定糊化温度,是较好和简单的方法,被普遍采用。

  2.2淀粉的老化机理

  淀粉在加热后主要以两种形态存在,即原淀粉的糊化及熟化变性后的老化,淀粉的糊化与老化之间是部分可逆的。 所谓淀粉的回生即淀粉α化向β化转化的过程。 如图 1-2 所示老化的过程是因分子间氢键的不断缔合晶体从无序到有序的过程。 完全糊化的淀粉,当温度降低之后, 分子的热运动能量不足, 热力学非平衡状态, 氢键之间相互吸引与排列,使体系自由焓降低, 最终结晶形成。结晶实质是分子链间有序排列的结果,其过程包括直链分子螺旋结构的形成及其堆积、支链淀粉外支链间双螺旋结构的形成与双螺旋之间的有序堆积。Miles等人认为淀粉的老化可以分为两个阶段: 短期老化和长期老化。 丁文平等对淀粉短期回生和长期回生机理进行了研究, 得出结论: 淀粉的短期回生主要由直链淀粉分子的缠绕有序所引起。 而长期回生是由于支链淀粉外部短链有序重排结晶所致。

  3 影响老化的因素

  3.1 温度和水分含量

  丁文平等选择 4 ℃和 25 ℃作为淀粉糊的贮藏温度,研究了温度对淀粉老化的影响,结果表明 25 ℃下储藏的淀粉老化速率较 4 ℃储藏的慢,形成了更加紧密淀粉凝胶网络结构, 更加富有弹性。 丁文平等利用差示扫描量热仪对变温储藏对大米淀粉回生的影响进行了研究, 结果表明, 变温储藏改变了重结晶性状,但对直链淀粉和脂质复合物的结晶没有影响。25℃下放置 5d 后再置于 4℃下储藏可以有效地抑制支链淀粉的重结晶,从而降低大米淀粉的回生速度。 沙坤等将馒头贮藏在 0 ℃、4℃、22℃进行老化研究,结果表明,4 ℃条件下淀粉的回生速率最高, 其次为 0 ℃条件, 22 ℃条件下馒头的回生速率最低。 周国燕等采用差示扫描量热法研究水分含量对大米淀粉和马铃薯淀粉热力学行为产生的影响显示, 随着水分含量的增加, 淀粉在低温下保藏, 随着保藏时间的延长, 淀粉老化程度加深;随着水分含量的增加, 老化热焓先增大后减小,当水分含量在 60%~75%时,老化程度最深,淀粉最易发生老化。

  3.2 直链淀粉和支链淀粉

  Ring 等人认为,大米淀粉的回生是由其支链淀粉外侧短支链形成双螺旋结构后堆积结晶而引起的, 其外侧短链聚合度 DP 一般为 15~18。 Iturriaga 等用 DSC 测定不同直链淀粉含量的大米淀粉糊化后老化程度随时间变化的趋势。直链淀粉含量高可以加快老化的速率。

  3.3 蛋白质和脂肪

  Wu 等采用加热与搅拌的物理方法分别对碾磨米粉和米淀粉进行了改性,发现物理改性可以延缓米粉的老化过程, 而对米淀粉没有效果。 他们认为蛋白质因为物理改性结构发生了变化, 增强了乳化特性, 加强淀粉与蛋白的关联, 提高了持水性,从而抑制了淀粉的重结晶。大米淀粉的回生与脂质含量有很大关系,Morrison 等研究发现, 大米 ( 19.5%~28.3%) 中直链淀粉含量高的, 直链与脂质的复合率达到 19.4%~30.2%,其结晶融化温度为 80~120 ℃。丁文平等用DSC 研究不同成分比例的大米淀粉, 糊化后冷却过程, 放热峰在温度 95~80 ℃出现, 这是包括了直链淀粉与脂质的交链形成时, 所释放的热焓和直链淀粉之间交联形成氢键的焓。根据淀粉糊凝胶体系在回生过程中各种物理化学性质的变化, 可有各种回生度测试方法。主要有:差示扫描量热分析法、X-射线衍射法、 核磁共振法、淀粉酶法、动态粘弹性测度法、蠕变柔量测试法、断裂性能测试法、 浊度法。1.5 淀粉的消化特性Englyst 等人根据淀粉在人体内的消化特点,将淀粉分为三类:易消化淀粉(ready digestible starch,RDS),指那些迅速被小肠消化的淀粉( <20min);缓慢消化淀粉(slowlydigestible starch ,SDS),指那些能被小肠完全消化吸收但速度较慢的淀粉(20 ~120min);抗性淀粉(resistant starch,RS),指人体在小肠内不能被消化吸收的淀粉(>120min) 。许多疾病与淀粉的消化性密切相关。心血管疾病和非胰岛素依赖型糖尿病,食用低血糖指数(GI) 的食品具有辅助治疗作用。血糖反应由食品的消化速率决定,血糖指数与体外消化试验的结果有明显的相关性, 抗性淀粉和缓慢消化淀粉含量高的食品血糖指数低。

  Zhang 等研究发现, 支链淀粉的结构决定了 SDS 的含量; 缪铭等研究发现淀粉的消化性能与RVA曲线特征值具有相关性,不同品种淀粉的黏度崩解值与 RDS 含量呈显著正相关,与SDS 含量呈显著负相关;张斌等报道了不同直链淀粉含量的玉米淀粉的结晶结构与消化性能,发现A型结晶淀粉是制备SDS 的理想原料,而B 型结晶淀粉具有较高的 RS 含量。SnowP 等指出,颗粒大小在决定 消化速率中 起着重要的作用。Chung 等的研究表明,淀粉消化率与其糊化程度呈正相关, 消化率越高, 糊化程度越高, 到达消化平衡的时间越短。 Harmeet 等对脱支大米淀粉的研究表明, 消化性与淀粉颗粒大小有直接的关系,颗粒越大消化速率越低。血糖指数与人体的健康密切相关,Goni 等得到体内、 体外淀粉水解指数(HI) 和血糖指数(GI) 之间良好相关性。 Hyun-Jung等以糯米淀粉为原料, 进行不同程度糊化后老化处理, 再进行消化性研究, 发现部分糊化淀粉比老化淀粉更易消化。

  不看不知道,一看吓你一跳吧。没想到一个日常中常见的淀粉会有这么多文字来介绍他。了解淀粉的相关知识,以后更好的利用淀粉。