1 澱粉的物理性質
澱粉根據其分子形狀可分為直鏈澱粉和支鏈澱粉,支鏈澱粉是由α-1,4 葡萄糖苷鍵連接的線性葡聚糖,二支鏈澱粉是由α-1,4 和α-1,6 糖苷鍵連接的具有分支結構的葡聚糖。
直鏈澱粉在水溶液中並不是線性分子,而在分子內氫鍵的作用下分子鏈捲曲成螺旋狀,每個螺旋含有6 個葡萄糖殘基。在顯微鏡下,澱粉都是形狀和大小不同的透明顆粒,其形狀有圓形、卵形(橢圓形)、多角形等三種。不同澱粉的澱粉粒的形狀不相同,馬鈴薯澱粉粒的形
狀為卵形,玉米澱粉粒的形狀為圓形和多角形,稻米澱粉粒的形狀為多角形。不同澱粉粒不僅顆粒形狀不一樣,其大小也不相同,不同澱粉粒平均顆粒大小為:馬鈴薯澱粉粒65μm,小麥澱粉粒20μm,甘薯澱粉粒15μm,玉米澱粉粒16μm,稻米澱粉粒5μm。就同一種澱
粉而言,澱粉粒的大小也不均勻,如玉米澱粉粒中最大的為26μm,最小的為5μm。在常見的澱粉中馬拉松澱粉的顆粒最大,稻米澱粉的顆粒最小。支鏈澱粉易分散在冰水中,而直鏈澱粉不易分散在冰水中。天然澱粉粒完全不溶於冷水。在68-80℃時,直鏈澱粉在水中溶脹
而形成膠體,支鏈澱粉則仍為顆粒,但是,一旦支鏈澱粉溶解後冷卻則不易析出。
2 澱粉的化學性質
① 與碘反應:
直鏈澱粉與碘反應呈棕藍色,而支鏈澱粉與碘反應呈藍色,糊精與碘的反應隨分子質量的減小,溶液呈色依次變化為:藍色-紫色-橙色-無色。但澱粉、糊精與碘的反應並不是化學反應,是一個物理過程。是由於碘在澱粉分子螺旋中吸附而引起的。
在澱粉分子的每一個螺旋中能吸附一分子的碘,吸附的作用力為範得華力,這種作用力改變了碘的原有色澤。
對於糊精來說,聚合度為4-6 與碘呈無色,聚合度為8-20 與碘呈紅色,聚合度為大於40 與碘呈藍色。支鏈澱粉一般與碘呈紫色,因為其支鏈的長度一般為20-30。
② 水解反應:
工業上常通過澱粉水解來生產各種化工原料,根據澱粉的水解程度度的不同可得到糊精、澱粉糖漿、果葡糖漿、麥芽糖漿、葡萄糖等,常用的生產方法有酸法和酶法。
(1)酸法:
用無機酸作為催化劑使澱粉發生水解反應轉變成葡萄糖,這個工序在工業上稱為「糖化」。澱粉在酸性條件下加熱除發生糖化反應形成葡萄糖外,還有其他副反應發生,如發生複合反應形成異麥芽糖和龍膽二糖,發生脫水反應生成環狀糊精或雙鍵。
影響澱粉水解反應的因素有:
A 澱粉的種類:不同澱粉的可水解難易程度不一樣,由難到易依次為馬鈴薯澱粉-玉米、高粱等穀類澱粉-大米澱粉。
B 澱粉的形態:無定性的澱粉比結晶態的澱粉容易被水解。
C 澱粉的化學結構:直鏈澱粉比支鏈澱粉易於水解,α-1,4 糖苷鍵比α-1,6 糖苷鍵易於水解。
D 催化劑:不同的無機酸對澱粉水解反應的催化效果不一樣,在相同濃度下,催化強弱順序為:鹽酸>硫酸>草酸。E 溫度。
(2)酶法:
酶法對澱粉的水解包括糊化、液化和糖化三個工序。
常用於澱粉水解的酶有α-澱粉酶、β-澱粉酶和葡萄糖澱粉酶。
α-澱粉酶用於液化澱粉又稱為液化酶,β-澱粉酶和葡萄糖澱粉酶用於澱粉糖化,又稱為糖化酶。
α-澱粉酶:是一種內切酶,只能水解α-1,4 糖苷鍵,不能水解α-1,6 糖苷鍵,但可越過α-1,6 糖苷鍵水解α-1,4 糖苷鍵,但不能水解麥芽糖中的α-1,4 糖苷鍵,利用α-澱粉酶對澱粉進行水解,產物中含有葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖。
β-澱粉酶:是一種外切酶,從澱粉的還原端開始對澱粉進行水解,能水解α-1,4 糖苷件,不能水解α-1,6 糖苷鍵,且不能越過α-1,6 糖苷鍵水解α-1,4 糖苷鍵,利用β-澱粉酶對澱粉進行水解,產物中含有β-麥芽糖和β-極限糊精。
葡萄糖澱粉酶:是一種外切酶,從澱粉的非還原端水解α-1,4,α-1,6 和α-1,3 糖苷鍵,最終產物為葡萄糖。
③澱粉的糊化和老化
β-澱粉:指具有膠束結構的生澱粉;
α-澱粉:指不具有膠束結構的澱粉,也就是處於糊化狀態的澱粉;
膨潤現象:澱粉顆粒因吸水,體積膨脹數十倍,生澱粉的膠束結構即行消失的現象。
(1)糊化:
生澱粉在水中加熱至膠束結構全部崩潰,澱粉分子形成單分子,並為水所包圍而成為溶液狀態。
由於澱粉分子是鏈狀或分支狀,彼此牽扯,結果形成具有粘性的糊狀溶液,這種現象稱為糊化。澱粉糊化溫度必須達到一定程度,不同澱粉的糊化溫度不一樣,同一種澱粉,顆粒大小不一樣,糊化溫度也不一樣,顆粒大的先糊化,顆粒小的後糊化。
影響澱粉糊化的因素有:
A 澱粉的種類和顆粒大小;
B 食品中的含水量;
C 添加物:高濃度糖降低澱粉的糊化,脂類物質能與澱粉形成複合物降低糊化程度,提高糊化溫度,食鹽有時會使糊化溫度提高,有時會使糊化溫度降低;
D 酸度:在pH4-7 的範圍內酸度對糊化的影響不明顯,當pH 大於10.0,降低酸度會加速糊化。
(2)老化:
經過糊化後的澱粉在室溫或低於室溫的條件下放置後,溶液變得不透明甚至凝結而沉澱,這種現象稱為澱粉的老化。
影響澱粉老化的因素有:
A 澱粉的種類:直鏈澱粉比支鏈澱粉更易於老化;
B 食品的含水量:食品中的含水量在30%-60%澱粉易於老化,當水分含量低於10%或者有大量水分存在時澱粉都不易老化;
C 溫度:在2-4℃澱粉最易老化,溫度大於60℃或小於-20℃顛覆你呢都不易老化;
D 酸度:偏酸或偏鹼澱粉都不易老化。
澱粉老化在早期階段是由直鏈澱粉引起的,而在較長的時間內,支鏈澱粉較長的支鏈也可以相互發生締合而發生老化。防止澱粉老化的方法:將糊化後的澱粉在80℃以上高溫迅速去除水分使食品的水分保持在10%以下或在冷凍條件下脫水。
④化學改性澱粉:
(1)預糊化澱粉,糊化後在乾燥滾筒上快速乾燥;
(2)澱粉磷酸酯:澱粉在鹼性條件下與磷酸鹽在120-125℃下的酯化反應,可以提高澱粉的增稠性、透明性,改善在冷凍-解凍過程中的穩定性;
(3)交聯澱粉:嗲安分與含有雙鍵或多功能團的試劑反應所生成的衍生物,產用的交聯試劑有:三磷酸鈉,表氫醇,醋酸等。
3 果膠
果膠是指不同長呢高度酯化和中和的α-半乳糖醛酸以1,4-苷鍵形成的聚合物。
果膠的酯化度=果膠中酯化的半乳糖醛酸的殘基數/果膠中總半乳糖醛酸的殘基數。
在果蔬成熟過程中,果膠由3 種形態:
原果膠:高度甲酯化的多聚半乳糖醛酸;
果膠:中等度甲酯化的多聚半乳糖醛酸;
果膠酸:未甲酯化的多聚半乳糖醛酸。
果膠形成凝膠的條件:糖含量60-65%,pH2.0-3.5,果膠0.3%-0.7%。
影響果膠形成凝膠的因素:
(1)果膠分子量:凝膠的強度與果膠的分子量呈正比;
(2)酯化度:酯化度在30-50 時,凝膠形成時間隨酯化度的增大而增加,酯化度在50-70時,凝膠形成時間隨酯化度的增大而減小。酯化度(DE)小於50 的果膠稱為低甲氧基果膠,低甲氧基果膠形成凝膠不需要糖,但必須有多價離子存在,如鈣離子、鋁離子等。
(3)pH 的影響:果膠一般在pH2.7-3.5 形成凝膠,最適pH3.2,低甲氧基果膠在pH2.5-6.5 形成凝膠。
(4)溫度。