第五章-淀粉基材料讲义

• 内容和要点

5.1 淀粉的来源
（1）概述
淀粉是自然界植物体内存在的一种高分子化合物，是绿色植 物光合作用的产物。 淀粉既是食品工业的原料，也是基础工业的原料。 2013年全球淀粉产量约6880万吨，其中玉米淀粉约6100万吨， 占总量的89%。美国是世界淀粉产量最大的国家，产量约 2900万吨，其中玉米淀粉约2800万吨；我国居第二位，产量 约2500万吨，约占世界淀粉总产量的36.3%，其中玉米淀粉 产量约2350万吨，约占我国淀粉总产量的94%。 从现代观点看，淀粉作为一种可由生物合成的可再生资源， 是取之不尽、用之不竭的有机原料，必将愈来愈受到人们的 重视。
生物质材料
主要内容
• • • • • • • • 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 绪论 纤维素基材料 木质素 木材 淀粉基材料 甲壳素基材料 蛋白质基材料 其他生物质材料
第五章 粉的分布、化学结构、基本性质及其主要应用，重 点掌握淀粉的化学结构及改性。 5.1 淀粉的来源 5.2 淀粉的结构与性质 5.3 淀粉的改性及应用 5.4 淀粉基材料及应用
X光衍射分析 乙酰衍生物
高度结晶 能制成强度很高的薄膜
无定形 制成的薄膜很脆弱
5.2 淀粉的结构与性质
（5）淀粉的颗粒结构
玉米淀粉颗粒（光学显微镜）
玉米淀粉颗粒（扫描电子显微镜）
5.2 淀粉的结构与性质
（6）淀粉的结晶结构


淀粉具有半结晶性质，它的结晶度不高，并且其结晶度与 其来源有密切的关系。
5.2 淀粉的结构与性质
（3）支链淀粉

支链淀粉是指在其直链部分仍是由α-1,4-糖苷键连结，而 在其分支位置则由α-1,6-糖苷键联结。
O HO CH2OH O O OH HO CH2OH O OH O CH2 O O OH HO CH2OH O O OH
O HO
支链淀粉的结构
5.2 淀粉的结构与性质
（4）直链淀粉与支链淀粉的比较

鉴别：碘的显色反应 分离：直链淀粉溶于70~80℃的热水，支链淀粉则不溶。 正丁醇结晶沉淀。
直链淀粉与支链淀粉的比较
项目 分子形状 聚合度 尾端基 碘着色反应 吸附碘量/% 凝沉性质 络合结构 直链淀粉 直链分子 100~6000 一端为非还原尾端基，另一端为还 原尾端基 深蓝色 19~20 溶液不稳定，凝沉性强 能与极性有机物和碘生成络合结构 支链淀粉 支链分子 1000~3000000 分子具有一个还原尾端基和许多个非 还原尾端基 红紫色 1 溶液稳定，凝沉性很弱 不能与极性有机物和碘生成络合结构
• 野生植物淀粉
分布在野生植物的果实、种子、块根、鳞茎或根中
5.2 淀粉的结构与性质
（1）淀粉的化学结构

淀粉是由葡萄糖组成的多糖类碳水化合物，化学结构式为 (C6H10O5)n，式中C6H10O5为脱水葡萄糖单位，n为组成淀 粉高分子的脱水葡萄糖单元的数量，即聚合度。 用热水处理后，可将淀粉分为两种：一是可溶解的，称为 直链淀粉；另一个不溶解，称为支链淀粉。
5.2 淀粉的结构与性质


直链淀粉的大小与淀粉的植物来源及淀粉的加工方法有直 接关系。 即使是同一种淀粉，其相对分子质量也因采用的试验方法 不同而有相当大的差异。 直链淀粉的聚合度约在100~6000之间。 自然界中尚未发现完全由直链淀粉构成的植物品种，普通 品种的淀粉多由直链淀粉和支链淀粉共同组成，少数品种 由支链淀粉组成。
结晶结构占颗粒体积的25%~50%，其余为无定形结构。


淀粉的化学反应主要发生在无定形结构区。
淀粉的结晶区和无定形区并无明确的界线，其变化是渐进 的。
5.2 淀粉的结构与性质
（7）淀粉的物理性状

淀粉为白色粉末，具有很强的吸湿性和渗透性，水能够自 由地渗入淀粉颗粒内部。 淀粉颗粒不溶于一般的有机溶剂，但可溶于二甲亚砜。 淀粉的热降解温度为180~220℃。 淀粉的密度随含水量的不同略有变化。通常干淀粉的密度 为1.52g/cm3。 淀粉存在着很强的分子内和分子间氢键，因而Tg高于热 降解温度，无法通过实验得到纯淀粉的Tg。 在淀粉中加入水（甘油等），可以明显降低Tg，水对淀 粉具有很好的增塑作用。

5.2 淀粉的结构与性质
（2）直链淀粉
直链淀粉分子中脱水葡萄糖结构单元之间主要通过α-D-(1,4)
糖苷键连接。
直链淀粉的结构
5.2 淀粉的结构与性质

直链淀粉不是完全伸直的， 它的分子通常为卷曲的螺 旋形，每一转有6个葡萄糖 分子。螺旋内部只有氢原 子，羟基位于螺旋外侧。
直链淀粉的螺旋形结构
矿物质 1.4 0.6 10.1 0.8 1.6
玉米的化学成分范围及平均值／%（质量）
5.1 淀粉的来源
• 其他谷类淀粉
小麦淀粉：淀粉含量约55% 大米淀粉：淀粉含量70%~80% 高粱淀粉：淀粉含量65.9%~77.4%
• 薯类淀粉
马铃薯：淀粉含量8%~29.4% 木薯：根内含量10%~30% 甘薯：淀粉含量7%~27%

5.1 淀粉的来源
• 玉米淀粉

玉米属一年生草本 成分 平均值 成分 平均值 范围 范围 植物，又名玉蜀黍， 16.7 灰分 1.1～3.9 1.42 水分 7～23 在世界谷类作物中， 淀粉 71.5 纤维 1.8～3.5 2.66 64～78 玉米的种植面积和 蛋白质 8～14 9.91 糖 1.0～3.0 2.58 总产量仅次于小麦 脂肪 3.1～5.7 4.78 和水稻而居第三位， 玉米籽粒各部位的组成／% 平均单产则居首位。 我国玉米种植面积 成分 全粒 胚乳 胚芽 玉米皮 玉米冠 71 86.4 8.2 7.3 5.3 占世界种植面积的 淀粉 9.4 18.8 3.7 9.1 蛋白质 10.3 18%左右，总产量 脂肪 4.8 0.8 34.5 1 3.8 高居世界第二位。 2 0.6 10.8 0.3 1.6 糖

5.1 淀粉的来源
（2）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。 就其分布而言，淀粉来源遍布整个自然界，广泛存在于高 等植物的根、块茎、籽粒、髓、果实、叶子等。 淀粉一般按来源可分为：禾谷类淀粉，主要包括玉米、大 米、大麦、小麦、燕麦和黑麦等；薯类淀粉，在我国以甘 薯、马铃薯和木薯为主；豆类淀粉，主要有蚕豆、绿豆、 豌豆和赤豆等；其他淀粉，在一些植物的果实（如香蕉、 芭蕉、白果等）、基髓（如西米、豆苗、菠萝等）中含有 淀粉；另外，一些细菌、藻类中也含有淀粉或糖元。