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澱粉改性

澱粉可在稀酸(如稀硫酸)或酶的催化下水解:(C6H10O5)n(澱粉)+nH2O→nC6H12O6(葡萄糖)。[1]預糊化澱粉是壹種加工簡單、應用廣泛的變性澱粉。使用時只需用冷水混合即可,免去加熱糊化的麻煩。廣泛應用於醫藥、食品、化妝品、飼料、石油鉆井、金屬鑄造、紡織、造紙等諸多行業。

澱粉的糊化:澱粉顆粒在適當溫度(各種來源的澱粉所需溫度不同,壹般為60~80℃)的水中膨脹、分裂並形成均勻糊狀溶液的作用稱為糊化。糊化的本質是澱粉顆粒中有序和無序(結晶和無定形)的澱粉分子之間的氫鍵被打破,分散在水中成為膠體溶液。

糊化過程可分為三個階段:(1)可逆吸水階段,水進入澱粉顆粒的無定形部分,體積略有膨脹。此時顆粒冷卻幹燥後可以恢復,雙折射現象不變;(2)在不可逆吸水階段,隨著溫度的升高,水分進入澱粉微晶間隙,不可逆地吸收大量水分,雙折射逐漸模糊甚至消失,也稱“結晶”,澱粉粒膨脹至原體積的50~100倍;(3)澱粉顆粒最終解體,所有澱粉分子進入溶液。

糊化澱粉也稱為α澱粉。將新鮮制備的糊化澱粉漿脫水幹燥,得到易分散和冷水的無定形粉末,即“可溶性α-澱粉”。

2.澱粉糊化的測定方法:光學顯微鏡法、電子顯微鏡法、光傳播法、粘度測定法、溶脹度和溶解度測定法、酶分析法、核磁共振法、激光散射法等。粘度測定、溶脹和溶解度測定是工業上常用的方法。第二,當澱粉在糊化溫度以下用無機酸處理,其性質發生變化時,酸變性澱粉稱為酸變性澱粉。

反應機理:在用酸處理澱粉的過程中,酸作用於糖苷鍵水解澱粉分子,使澱粉分子變小。澱粉顆粒由直鏈澱粉和支鏈澱粉組成。前者有α-1,4鍵,後者除α-1,4鍵外,還有少量α-1,6鍵。這兩種糖苷鍵的酸解難度是有區別的。由於澱粉顆粒結晶結構的影響,直鏈澱粉分子通過氫鍵結合成結晶結構,因此酸滲透困難,其α-1,4鍵不易被酸水解。而顆粒中無定形區支鏈澱粉分子的α-1,4鍵和α-1,6鍵容易被酸滲透和水解。

工藝和原理:通常情況下,酸變性澱粉是用固含量約為36%~40%的濃澱粉漿,加熱至糊化溫度以下(壹般為40~60℃),加入無機酸,攪拌1小時或數小時制得。當達到所需的酸度或轉化度時,許多試劑都能氧化澱粉,但工業生產中最常用的是堿性次氯酸鹽。用次氯酸鹽氧化的澱粉稱為“氯化澱粉”(雖然在處理過程中沒有將氯引入澱粉分子)。

澱粉乳液的次氯酸鹽氧化在堿性次氯酸鈉溶液中進行,此時,需要控制pH、溫度和次氯酸鹽、堿和澱粉的濃度。用約3%的氫氧化鈉溶液調節pH值至8~10,並在規定時間內加入有效氯的5~10%次氯酸鹽溶液。通過加入氫氧化鈉稀溶液來控制pH值,中和反應中產生的酸性物質。通過改變時間、溫度、pH值、澱粉種類、次氯酸鹽濃度和次氯酸鹽添加速度,可以生產許多不同的產品。當氧化反應達到所需水平時,將pH值降至5~7,並加入亞硫酸氫鈉溶液或二氧化硫氣體以除去過量的氯來終止反應。

變性澱粉的分類

變性澱粉的品種和規格有兩千多種,變性澱粉的分類壹般是根據處理方法來進行的。

(1)物理變性:預糊化(α糊化)澱粉、γ射線、超高頻輻射處理澱粉、機械研磨處理澱粉、濕熱處理澱粉等。

(2)化學變性:用各種化學試劑處理得到的變性澱粉。有兩類:壹類是降低澱粉分子量,如酸解澱粉、氧化澱粉、烘焙糊精等。另壹種是增加澱粉的分子量,如交聯澱粉、酯化澱粉、醚化澱粉、接枝澱粉等。

(3)酶變性(生物改性):澱粉經各種酶處理。如α、β、γ-環糊精、麥芽糊精、直鏈澱粉等。

(4)復合變性:兩種或兩種以上處理方法得到的變性澱粉。如氧化交聯澱粉、交聯酯化澱粉等。通過復合變性得到的變性澱粉具有兩種變性澱粉各自的優點。

此外,變性澱粉還可按生產工藝路線分類,包括幹法(如磷酸酯澱粉、酸解澱粉、陽離子澱粉、羧甲基澱粉等。)、濕法、有機溶劑法(如乙醇壹般用作制備羧基澱粉的溶劑)、擠壓法、滾筒幹燥法(如用天然澱粉或變性澱粉生產預膠化澱粉)。

澱粉和糊精的區別:糊精是由澱粉制成的,兩者的區別是分子量不同,就像蛋白質和多肽的關系壹樣。交聯澱粉的概念是澱粉的醇羥基與交聯劑的多官能團形成二醚鍵或二酯鍵,使兩個或兩個以上的澱粉分子“橋”在壹起,呈現多維網狀結構,稱為交聯反應。

交聯是指分子間橋接形成化學鍵,加強分子間氫鍵的作用。當交聯澱粉在水中加熱時,氫鍵會被削弱甚至破壞。但由於化學橋的存在,澱粉顆粒會不同程度地保持不變。

國內最常用的交聯劑有:三偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、甲醛、三氯氧磷、環氧氯丙烷。酸變性澱粉是指在糊化溫度以下,用無機酸處理天然澱粉,改變其性質而得到的壹種變性澱粉。

通常制備酸變性澱粉的條件為:澱粉乳液濃度為36% ~ 40%,溫度低於糊化反應溫度(35 ~ 60℃),反應時間為0.5h ~數小時。當達到所需的粘度或轉化率時,通過中和、過濾、洗滌和幹燥得到產品。

反應條件對酸變性澱粉性質的影響:

1.溫度反應溫度是影響酸變性澱粉性質的主要因素。當溫度為40 ~ 55℃時,粘度向溫度方向變化,當溫度升至70℃時,粘度已糊化。因此,反應溫度壹般選擇在40 ~ 55℃範圍內。

2.酸的類型和用量。酸用作催化劑,不參與反應。不同的酸催化作用不同,鹽酸最強,硫酸和硝酸差不多。在溫度較高、用酸量較大時,硝酸酯變性澱粉因發生副反應,產品呈淡黃色,在實際生產中很少使用。酸的催化作用與酸的量有關。如果酸的量大,反應會很激烈。

3.澱粉乳的濃度應控制在40%左右。小麥澱粉是在面筋從面團中洗出後沈澱出來或由面粉制成的。特點是:顏色白,但光澤差,不如土豆粉,增稠後容易沈澱。

紅薯澱粉的特點是吸水性強,但粘度差,顏色暗淡,呈暗紅色和黑色,是以新鮮的土豆為原料,經過研磨、搓洗、沈澱而成。

此外,還有玉米澱粉、菱角澱粉、蓮藕澱粉、菱角澱粉。木薯澱粉是通過提取木薯澱粉,脫水和幹燥得到的粉末。木薯澱粉可分為原澱粉和各種變性澱粉,廣泛應用於食品工業和非食品工業。變性澱粉可根據用戶提出的具體要求進行定制,以適應特殊用途。

顏色:木薯澱粉是白色的。

無氣味:木薯澱粉無氣味,適用於食品、化妝品等需要精細氣味調節的產品。

口味平淡:木薯澱粉沒有味道,沒有回味(如玉米),所以比普通澱粉更適合需要精細調節口味的產品,如布丁、蛋糕、餡糕等。

清糊:木薯澱粉蒸煮後形成的糊澄清透明,適合用顏料調色。這壹特性對於木薯澱粉用於高檔紙張施膠也是非常重要的。

粘度:由於木薯澱粉中支鏈澱粉與直鏈澱粉的比例高達80:20,所以具有高峰粘度。這壹特性適用於多種用途。同時,木薯澱粉還可以進行改性,以消除粘性,產生疏松的結構,這在許多食品加工中非常重要。

凍融穩定性高:木薯澱粉糊表現出相對較低的可逆性,因此可以防止凍融循環過程中的失水。這壹特性可以通過修改進壹步增強。