淀粉結構及相關性質綜述(總

18頁)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOnel-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪除淀粉結構及相關性質綜述摘要：淀粉是高等植物中常見的組分，是碳水化合物儲藏的主要形式。淀粉在生活、生產中都具有廣泛應用，淀粉的深層研究對人們的生活和新產品的研制都有重要意義。本文介紹了淀粉的相關知識，包括淀粉的結構與性質、陽離子淀粉、淀粉酶及淀粉的酸解等，并對淀粉的發展進行了展望。關鍵詞：結構性質陽離子淀粉酸解淀粉酶淀粉的結構及物理化學性質淀粉的分子結構淀粉是葡萄糖的高聚體，在餐飲業又稱芡粉，通式是(C6H10O5)n，水解到二糖階段為麥芽糖，化學式是(C12H22O11)，完全水解后得到葡萄糖，化學式是(C6H12O6)。淀粉顆粒含有微量的非碳水化合物，如蛋白質、脂肪、無機鹽等，其中除脂肪酸被直鏈淀粉分子吸附，磷酸與支鏈淀粉分子呈酯化結合之外，其他物質都是混雜在一起。淀粉分子是由許多a—D一毗喃葡萄糖基單元通過糖苷鍵連接而成的高分子化合物。淀粉的基本組成單位是a—D一毗喃葡萄糖(穩定的椅式構象)。淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉之分，另外在許多淀粉中還存在第三種成分，即中間級分---輕度支化的直鏈淀粉。直鏈淀粉直鏈淀粉的分子結構及聚合度一般的研究認為直鏈淀粉是一種線形多聚物，都是由a—D一毗喃葡萄糖通過a—D—1,4糖苷鍵連接而成的鏈狀分子，呈右手螺旋結構，每六個葡萄糖單位組成螺旋的一個節距，在螺旋內部只含氫原子，是親油的，羥基位于螺旋外側。螺旋上重復單元之間的距離為X10-1。，每個a—D一毗喃葡萄糖基環呈椅式構象。直鏈淀粉沒有一定大小，不同來源的直鏈淀粉差別很大。一般文獻報道，禾谷類直鏈淀粉的DP為300~1200，平均800；薯類直鏈淀粉的DP為1000~6000，平均3000。直鏈淀粉與碘和脂肪酸的反應呈螺旋狀態的直鏈淀粉分子能夠吸附碘形成螺旋包合物，從而使淀粉遇碘顯藍色。吸附碘的顏色反應與直鏈分子大小有關，聚合度12以下的短鏈遇碘不顯色；聚合度12?15呈棕色；聚合度20~30呈紅色；聚合度35~40呈紫色；聚合度45以上呈藍色。支鏈淀粉吸收碘量不到1%,故支鏈淀粉遇碘不顯藍色。谷類淀粉中含有少量脂肪酸，它們也可以和直鏈淀粉分子結合生成螺旋包合物，但會引起一系列不利影響。（玉米、小麥含量較多，薯類含量少。）支鏈淀粉支鏈淀粉的分子結構與聚合度支鏈淀粉是一種高度分支的大分子，主鏈上分出支鏈，各葡萄糖單位之間以。-1,4糖苷鍵鏈接構成它的主鏈，支鏈通過a-1,6糖苷鍵與主鏈相連，分支點的。-1,6糖苷鍵占總糖苷鍵的4%?5%。支鏈淀粉含有還原端的為C鏈（主鏈），C鏈具有很多側鏈，稱為B鏈（內鏈），B鏈又具有側鏈，與其他的B鏈或A鏈相連，A鏈（外鏈）沒有側鏈。不同來源的淀粉其支鏈淀粉的聚合度不同，平均鏈長、內練及外鏈的平均長度也不同。支鏈淀粉與磷酸結合的反應磷酸與支鏈淀粉分子中葡萄糖單位的C6碳原子呈酯化結合存在，磷酸65%在A鏈和B鏈的外部鏈存在，35%在B鏈的內部鏈存在。這種結合不易被酸分解，在酸水解淀粉的產物中發現有葡萄糖-6-磷酸酯。（馬鈴薯淀粉含磷量最高）

CHiOHGHjOH；ILOHCHiOHGHjOH；ILOH澈CHiOI-l直鏈淀粉與支鏈淀粉的含量（1） 直鏈淀粉與碘生成純藍色，支鏈淀粉與碘作用依其分支與聚合度不同，生成紫-紅-棕色（聚合度由大到小）。（2） 不同來源的淀粉，直鏈淀粉含量不同。一般和谷類淀粉中直鏈淀粉的含量約為25%；薯類約為20%；豆類約為30%?35%；糯性糧食淀粉則幾乎為零，只含支鏈淀粉。（3） 同一種糧食中，直鏈淀粉的含量與類型、品種和成熟度有關。秈米的直鏈淀粉含量一般比粳米高；成熟的玉米為28%左右，未成熟的只有5%~7%.（4） 直鏈淀粉含量與顆粒大小有關。名 稱直鏈淀粉支鏈淀粉分子結構形狀直鏈結構支叉結構聚合的葡萄糖單位100-6000個1000-3000000個尾瑞基瑞為非還原瑞基，另一端為還原端基。分子只有一個還原尾端，有許多個非還原瑞基。遇碘的顯色反應深藍色，吸附碘量10-20%紫紅色，吸附碘量小于1%凝沉性溶液不穩定，凝沉性強。易溶于水，溶液穩定，凝沉性弱。顆粒結構結晶結構無定形結構淀粉的顆粒結構淀粉粒的形態淀粉在胚乳細胞中以顆粒狀存在，故可稱為淀粉粒。不同來源的淀粉粒其形狀、大小和構造各不相同，可借助顯微鏡鑒別其來源和種類。淀粉顆粒形狀不同種類的淀粉粒具有各自特殊的形狀，一般淀粉粒的形狀為圓形（或球形）、卵形（或橢圓形）和多角形（或不規則形），這取決于淀粉的來源。如小麥、黑麥、粉質玉米淀粉顆粒為圓形，馬鈴薯和木薯為卵形，大米和燕麥為多角形。同一種來源淀粉粒也有差異。如馬鈴薯淀粉顆粒大的為卵形，小的為圓形。淀粉顆粒大小不同來源的淀粉顆粒大小相差很大，一般以顆粒的長軸的長度表示淀粉粒的大小，介于2~120um之間。商業淀粉中一般以馬鈴薯淀粉顆粒為最大（15~120um），大米淀粉顆粒最小（2~10um）。另外，同一種淀粉其大小也不相同。淀粉顆粒的形狀、大小常常受種子生長條件、成熟度、直鏈淀粉含量及胚乳結構等影響。如馬鈴薯在溫暖多雨條件下生長，其淀粉顆粒小于在干燥條件下生長的淀粉顆粒。小麥淀粉顆粒有大小之分，大的稱為A淀粉，尺寸為5?30^m，占顆粒總數的65%；小的稱為B淀粉，尺寸5um以下，占35%。淀粉顆粒的結構淀粉顆粒的輪紋結構（環層結構）在顯微鏡下，可以看到有些淀粉顆粒呈現若干細紋，稱輪紋結構。輪紋結構是淀粉內部密度不同的表現，白天光合作用強，轉移到胚乳細胞中的葡萄糖多，合成的淀粉密度大，夜間則較小，晝夜相間便造成輪紋結構。但馬鈴薯在一定條件下連續照射培養，仍有環層結構，這對上述說法提出質疑。所以輪紋結構形成的真正原因，目前還不能做出適當說明。淀粉顆粒水分低于10%是看不到環層結構，有時需要用熱水處理或冷水長期浸泡，或用稀薄的銘酸溶液或碘的碘化鉀溶液慢慢作用后，會表現出環層結構。各環層共同圍繞的一點稱為粒心或臍。粒心位于中央，稱“中心輪紋”，如禾谷類淀粉；粒心偏于一端，稱“偏心輪紋”，如馬鈴薯淀粉。粒心部分含水較多，比較柔軟，故在加熱干燥時常常造成裂紋，根據裂紋的形狀，可辨別淀粉粒的來源與種類，如玉米淀粉為星狀裂紋。

淀粉粒依其本身構造（如淀粉的數目和環層的排列不同）又可分為單粒、復粒、半復粒三種。單粒只有一個粒心，如玉米、小麥；復粒由幾個單粒組成，具有幾個粒心，在外圍形成統一的輪廓，如大米、燕麥；半復粒的內部有兩個或更多單粒，各有各的粒心和環層，但是最外圍的幾個環輪則是共同的，從而構成一個整粒。淀粉的顆粒性質淀粉品種輪紋粒心單復粒整齊度馬鈴薯明顯，螺殼形偏心明顯單粒多，復粒也有不太整齊甘薯不清楚明顯，裂紋呈星狀或放射狀或不規則的十字形單粒不整齊玉米比較清楚中間，呈星狀環紋單粒整齊小麥不清楚中間可以看出單粒多，復粒少有大、小粒，少數有中粒大米不清楚放大400倍中央可看出復粒整齊圈t激粉黝粒華柑模烈淀粉的晶體構造（1） 雙折射性與偏光十字雙折射性是由于淀粉粒的高度有序性（方向性）所引起的，高度有序的物質都有雙折射性。淀粉粒配成1%的淀粉乳，在偏光顯微鏡下觀察，呈現黑色的十字，將顆粒分為四個白色的區域，稱為偏光十字或馬其他十字。這是淀粉粒為球晶體的重要標志。十字的交叉點位于粒心，可用來對粒心定位。當淀粉顆粒充分膨脹、壓碎或受熱干燥時，晶體結構即行消失，分子排列變成無定形，就觀察不到偏光十字了。（2） 淀粉顆粒的結晶形態淀粉顆粒不是一種淀粉分子，而是由許多直鏈和支鏈淀粉分子構成的聚合體，這種聚合體不是無規律的，它是由兩部分組成，即有序的結晶區和無序的無定形區（非結晶區）。結晶區的構造可通過X射線衍射確定，從而分辨出三種晶體結構，即A型（熱穩定性較好）、B型、C型。其中A型多為禾谷類淀粉；B型多為馬鈴薯等塊莖淀粉、高直鏈玉米和回升淀粉；C型多為竹芋、甘薯等快根、某些豆類淀粉。此外，淀粉與脂類物質形成的復合物則為E型，直鏈淀粉同各種有機極性分子形成的復合物為V型，疊加在A型或B型上。淀粉顆粒中水分參與結晶結構。干燥淀粉時，隨水分含量的降低，X射線衍圖樣線條的明顯程度降低，再將干燥淀粉于空氣中吸收水分，圖樣線條的明顯程度恢復。結晶態部分占整個顆粒的百分比，稱為結晶化度。淀粉結晶部分不是依靠線狀的直鏈淀粉分子，而主要是支鏈淀粉分子，淀粉顆粒的結晶部分主要來自支鏈淀粉分子的非還原性末端附近（N端）。直鏈淀粉在顆粒中難結晶，是因為其分子線狀過長，聚合度在10?20之間的短直鏈就能很好結晶。因此可認為，支鏈淀粉容易結晶是因為其分子每個末端基的聚合度小的適宜，能夠符合形成結晶的條件。淀粉顆粒由許多微晶束構成，這些微晶束排列成放射狀，垂直于顆粒表面，構成一個同心環狀結構。結晶性的微膠束之間由非結晶的的無定形區分隔，結晶區經過一個弱結晶區的過度，轉變為非結晶區，這是一個逐漸轉變的過程。非結晶區域結晶區域潤濕狀態（水分非結晶區域結晶區域潤濕狀態（水分45%）淀粉的物理性質淀粉的潤脹天然淀粉中含有相當高得水分，但淀粉仍呈粉狀，是因為淀粉分子中存在的羥基與水分子相互作用形成氫鍵的緣故。淀粉顆粒不溶于冷水，但將干燥的天然淀粉置于冷水中，它們會吸水，并經歷一個有限的可逆潤脹。此時，水分子進入淀粉顆粒的非結晶部分，與游離的親水基相結合，淀粉顆粒慢慢吸收少量水分，產生極限的膨脹，淀粉顆粒保持原有的特征與晶體的雙折射。若在冷水中不加以攪拌，淀粉顆粒因密度大而沉淀，將其分離干燥仍可恢復成原來的淀粉顆粒。淀粉的糊化將淀粉乳加熱，則顆粒可逆的吸水膨脹，而后加熱至某一溫度時，顆粒突然膨脹，晶體結構消失，最后變成粘稠的糊，雖停止攪拌，也不會很快下沉，這種現象稱為淀粉的糊化。糊化后的淀粉顆粒稱為糊化淀粉（又稱為a-化淀粉）。糊化的本質是高能量的熱和水破壞了淀粉分子內部彼此間氫鍵的結合，使分子混亂度增大，成為親水性的膠體溶液，糊化后的淀粉-水體系的行為直接表現為黏度增加。糊化過程可分為三個階段：（1） 可逆的吸水階段：水分子進入淀粉的微晶束的間隙中，與無定形部分的游離羥基相結合，淀粉顆粒慢慢吸收少量水分，產生有限的膨脹，黏度及淀粉粒外形未變，淀粉顆粒保持原有的特征與晶體的雙折射。（發生可逆潤脹）（2） 不可逆吸水階段：進一步加熱到糊化溫度，淀粉顆粒周邊迅速伸長，大量吸水，偏光十字開始在臍點處變暗，淀粉分子間的氫鍵破壞，從無定形區擴展到有秩序的輻射狀膠束組織區，結晶區氫鍵開始裂解，分子結構開始發生伸展，雙螺旋伸展形成分離狀態，其后顆粒繼續擴展至巨大的膨脹性網狀結構（突然膨脹），偏光十字徹底消失，這一過程屬不可逆潤脹。比較小的直鏈淀粉從顆粒中滲出，淀粉分子間的締合狀態被破壞，黏度大為增加，成為黏稠的糊狀液體（膠體體系），透明度增加，冷卻后淀粉粒外形已變，不能恢復原來的晶體狀態。（3） 高溫階段：淀粉糊化后，繼續加熱，膨脹到極限的淀粉粒開始破碎支解。分子間作用力變弱，淀粉粒全部失去原形，微晶束解體，變成碎片，最后只剩下一個環層，最終淀粉全部溶解，形成膠狀分散物，黏度升至最高。淀粉粘度測定原理：轉子在淀粉糊中轉動，由于淀粉糊的阻力產生扭矩，形成的扭矩通過指針指示出來。多采用布拉班德連續粘度計測的黏度曲線。影響淀粉糊化的因素（1） 淀粉顆粒晶體結構的影響。一般來說分子間的締合程度大，分子排列緊密，那么拆散分子間的聚合、拆開微晶束就要消耗更多的能量這樣的淀粉顆粒就不容易糊化。一般較小的淀粉顆粒因內部結構比較緊密，所以糊化溫度比大粒較高。直鏈淀粉分子間的結合力較強，含直鏈淀粉高的難于糊化。（2） 水分的影響。淀粉顆粒水分低于30%時，對其加熱，淀粉顆粒不會糊化，少量微晶熔融，這個過程與糊化相比是較慢的，淀粉顆粒的膨脹是有限的，雙折射性只是降低，不是消失，這種淀粉的濕熱處理稱淀粉的韌化。天然淀粉的韌化，將導致糊化溫度升高，糊化溫程縮短。（3） 堿的影響。淀粉在強堿作用下，室溫下可糊化。（煮稀飯加堿）（4） 鹽類的影響。某些鹽如硫氤酸鉀、水楊酸鈉、碘化鉀、硝酸銨、氯化鈣等濃溶液在室溫下促進淀粉糊化；硫酸鹽、偏磷酸鹽則能抑制糊化。（5） 糖類。有些糖類可抑制小麥淀粉顆粒溶脹，糊化溫度隨糖濃度加大而增高。對糊化溫度的影響：蔗糖＞D-葡萄糖〉D-果糖。（6） 急性高分子有機化合物。如尿素等在室溫下或低溫下，促進糊化。（7） 脂類的影響。脂肪酸與直鏈淀粉能形成螺旋包合物，抑制糊化及膨潤。（8） 化學變性的影響。一般氧化、離子化使淀粉的糊化溫度降低，而酸改性、交聯、醚化、酯化使淀粉的糊化溫度升高。還有一些因素如表面活性劑、淀粉顆粒形成時的環境因素、以及其他物理的和化學的處理都影響淀粉的糊化。淀粉的回升（老化或凝沉）淀粉稀溶液或淀粉糊在低溫下靜置一定的時間，渾濁度增加，溶解度減少，在稀溶液中會有沉淀析出，如果冷卻速度快，特別是高濃度的淀粉糊，就會變成凝膠體，這種現象稱為淀粉的回升，或稱為老化、凝沉。這種淀粉稱為回升淀粉（或稱為B-淀粉）。回升的本質是糊化的淀粉分子在溫度降低時由于分子運動減慢，此時直鏈淀粉分子和支鏈淀粉分子的分支趨向于平形排列，互相靠攏，彼此以氫鍵結合，重新組成混合微晶束。這種情況和原來的生淀粉結構頗類似，但不再呈放射狀排列，而是種零亂的組合。老化后的直鏈淀粉非常穩定，就是加熱加壓也很難使它再溶解。如果有支鏈淀粉分子混合在一起，則仍然有加熱恢復成糊的可能。回升后的米飯面包等不容易被酶消化吸收。影響老化的因素：（1） 分子組成（直鏈淀粉的含量）直鏈淀粉的鏈狀結構在溶液中空間阻礙小，易于取向，故易于回升；支鏈淀粉呈分支結構在溶液中空間阻礙大，不易于取向，故難于回升，但若支鏈淀粉的分支長、濃度高，也可回升。（2） 分子的大小（鏈長）直鏈淀粉分子如果鏈太長，取向困難，也不易回升；相反如果鏈太短，易于擴散，不一定向排列，也不易回升，所以只有中等長度的直鏈淀粉才易回升。少量脂類物質可促進回升。（3） 淀粉溶液的濃度濃度大，分子碰撞機會大，易于回升。一般水分占30%?60%的淀粉溶液易回升。水分小于10%難于回升。溫度0?4°C貯存可加速淀粉回升。冷卻速度緩慢冷卻，可使淀粉分子有充分時間取向平行排列，因而有利于回升。迅速冷卻，可減少回升，直鏈淀粉來不及重新排列成束狀結構，便形成凝膠體。PHPH中性易回升，在更高或更低的PH不易回升。如回升速率在PH5~7最快，PH10以上不發生回升現象，低于PH2回升緩慢。各種無機離子及添加劑等添加適量的食鹽、糖、油脂，來延緩淀粉的老化。因為鹽可以增強面筋網絡，對淀粉速膠的形成帶來一定的困難；糖有吸濕潮解的性能，它能吸收一定量的水分，保持制品長期的鮮軟度；油脂有吸濕性，能吸收空氣中的水分，同時又有乳化作用。在面制品中添加各種抗老化添加劑和乳化劑。防止回升的方法有快速冷卻干燥，添加乳化劑，控制淀粉的濃度、溫度、水分和PH，膨化處理。淀粉的密度與溶解度密度是指單位體積的質量，用比重瓶測量法可以對淀粉顆粒密度進行準確的測量°1g淀粉加到過量的水中后凈增的容積，叫做視比容，其倒數稱為淀粉的視密度。淀粉的溶解度是指在一定的溫度下，淀粉樣品分子的溶解質量分數。天然淀粉不溶于冷水。淀粉的化學性質淀粉的化學組成水分淀粉的含水量取決于貯存的條件(溫度和相對濕度)，一般在10%~20%范圍內。淀粉顆粒水分與周圍空氣水分相平衡，大氣相對濕度(RH)低，空氣干燥，淀粉失水；空氣濕潤，淀粉吸水，這是可逆的。脂類化合物谷類淀粉(玉米、小麥、高粱、大米)中的脂類化合物含量較高(~%)，馬鈴薯和木薯淀粉的脂類化合物含量則低得多(<%)。脂類化合物分子可以與直鏈淀粉分子形成一種包合物，。谷物淀粉中存在的直鏈淀粉脂類包合物會抑制谷物淀粉顆粒的膨脹和溶解，使其糊化溫度提高；使淀粉糊和淀粉膜不透明；影響糊化淀粉增稠能力和粘合能力；使淀粉帶有原谷物的氣味。玉米淀粉含有％的脂肪酸和％的磷脂，小麥淀粉則含有%游離脂肪酸和％的磷脂。含氮物質淀粉中的含氮物質主要是蛋白質，所以通常把氮物質含量習慣說成蛋白質的含量，其含量是通過實測含氮量乘以來計算的。蛋白質含量高對淀粉的加工利用有許多不利的影響，如淀粉生產中蛋白分離困難，使用時會產生氣味或臭味，蒸煮時易產生泡沫，水解時易產生顏色等。（4） 磷淀粉中的磷主要以磷酸酯的形式存在，木薯淀粉含磷量最低，馬鈴薯淀粉含磷量最高，它是以共價鍵結合于淀粉中；帶負電荷的磷酸基賦予馬鈴薯淀粉一些聚電解質的特征，盡管離子電荷不高，但在水溶液中排斥類似的電荷，使馬鈴薯淀粉具有低的糊化溫度、快速潤長、淀粉糊的粘性高和膜的透明度高。（5） 灰分灰分是淀粉產品在特定溫度下完全燃燒后的殘余物。天然馬鈴薯淀粉灰分含量相對較高，其灰分主成分是磷酸鹽基團，而其他品種淀粉的灰分就相對較低。淀粉的化學特性（1） 淀粉的水解淀粉與酸共煮時，即行水解，最后生成葡萄糖。如圖所示淀可溶性淀4 糊將麥芽糖葡萄糖淀粉也可用淀粉酶水解，生成的麥芽糖和糊精，在經酸作用全部水解成葡萄糖。這時測定葡萄糖的生成量即可換算出淀粉的含量，這就是酶法和酸法測定淀粉含量的原理。（2） 淀粉的氧化作用淀粉氧化因氧化劑種類及反應條件不同而變得相當復雜。輕度氧化可引起羥基的氧化，C2--C3間間的斷裂等。比較實用的有高碘酸氧化、次氯酸氧化或氯氣的氧化作用。（3） 淀粉的成酯作用淀粉分子既可以與無機酸（如硝酸、硫酸及磷酸等）作用，生成無機酸酯；也可以與有機酸（如甲酸、乙酸等）作用生成有機酸酯。直鏈淀粉分子的乙酸酯和乙酸纖維具有同樣的性質，強度和韌度都較高，可制成薄膜、膠卷及塑料。支鏈淀粉分子的乙酸酯質脆，品質不好。淀粉的硝酸酯，可以用來做炸藥。（4） 淀粉的烷基化作用淀粉分子中的羥基可醚化、離子化、交聯、接枝共聚等。陽離子淀粉陽離子淀粉的概念淀粉與胺類化合物反應生成含有氨基和銨基的醚衍生物，氮原子上帶有正電荷，稱之為陽離子淀粉。陽離子淀粉的正電荷使它與帶負電荷的基質結合，并能將帶負電荷的其他添加劑吸附并保持在基質上。棉纖維在加工過程中，與金屬機件摩擦時，常帶有負電荷，對疏水性合成纖維來說更為嚴重，如果用帶有正電荷的陽離子淀粉上漿時，不僅會有良好的粘合力，而且還具有消除靜電的效果。陽離子淀粉的種類很多，其中以叔胺型陽離子淀粉、季銨型陽離子淀粉、兩性陽離子淀粉以及就地生產陽離子淀粉最為常見。工業上生產的主要品種是叔胺陽離子淀粉和季銨陽離子淀粉。陽離子淀粉是一類重要的淀粉醚類衍生物，廣泛應用于造紙、紡織和油田鉆井等工業領域。陽離子淀粉的品種繁多，但用帶環氧基的陽離子化試劑制備的季銨烷基淀粉醚，由于其工藝簡單、成本低，各方面的性能均優于其他淀粉醚，發展更為迅速。國外季銨型陽離子淀粉的應用己十分普遍，造紙工業用量約以每年7%?10%的比例增長。國內開發研究已取得可喜成績，正處在推廣應用階段，但品種系列還太少，應用方面也不廣。陽離子淀粉的制備叔胺烷基淀粉酵的制備醚化劑2-氯乙基二乙基胺的制備化學反應式:C1CH2CH2C1+NH(C2H5)2°^^C1CH2C1CH2CH2C1+NH(C2H5)2這是一個SN2雙分子親核取代反應，在堿性條件下，由于誘導效應有利于反應的進行，且反應適宜于極性溶劑，故在反應時加入適當比例的水。反應產物與未參加反應的反應物以及水形成兩相四元物系。上層液組分是二乙胺、水及少量的產物，下層液組分是1，2一二氯乙烷。反應產物采用水蒸氣精餾進行分離較萃取精餾經濟方便。淀粉醚化化學反應式淀粉一OH+C1—CH2CH2N(CH2CH3)2 淀粉—o—CHCHN(CHCH)OHC1A[淀粉一0—cHcCHcNH(CHcCH/]+C1-2 2 2 32通常將淀粉與水攪拌成漿狀，加入抗凝膠劑(如NaCl、Na2S04等)、催化劑(NaOH、Ca(0H)2等)，在40~50°C，反應12~48h，淀粉叔胺醚以游離堿的形式存在。中和后，游離胺轉變為陽離子叔胺鹽。這也是一個雙分子取代反應：反應主要發生在C6伯醇羥基上。在堿的作用下，淀粉大分子活化，伯醇羥基變為負氧離子親核基團。季鉉烷基淀粉酵制備原理陽離子試劑的制備

以三甲胺、環氧氯丙烷為原料制備陽離子試劑（GTA），化學反應式如下。林+ CH^CIk —° [壓CTH3H2）nNRj，CT式4]I】二I也可用氯丙烯為僚料制務；1袖+Cl—CJfe—CH=CHi-[H2C=Cll-C}h—NRd+CS岑'—|IhC—CH—C!-d—+HhC—CH—CHi—XRH+aIIF I1ClOH OHCl環氧試劑與瓠代醇試劑在不同的pH條件卜-可以坦相迅速轉化：[任頊*L（H—NR2*CI號土OHCl|HiC—CH—（：|{2—NKi|*（：|-+IH1C—Cll—CH2—OHClC1（川R為命宜鏈烷怪（2）陽離子淀粉的制備環氧季銨型陽離子劑，由于其環氧基具有較強的反應活性，用其制備陽離子淀粉比較容 易。可以用濕法、干法和半干法制備工藝。

濕法制備工藝一般制備方法：在NaOH存在下，添加硫酸鈉或食鹽以防止淀粉膨脹。制備取代度?的產品，氫氧化鈉與試劑的物質的量比為：1,試劑與淀粉的物質的量比是?的淀粉懸浮液在50°C左右反應4h,轉化率約為84%。較低的溫度需要較長的反應時間，試劑與淀粉的濃度均影響轉化率。該工藝的優點是反應條件溫和，生產設備簡單。反應轉化率高。但其弊端不少，如：陽離子必須經純化處理，否則殘余的環氧氯丙烷與副產物會影響產品的質量；必須增加化學試劑，如催化劑、抗膠凝劑等；后處理困難。包括用大量的水洗滌和干燥；三廢問題突出。后處理時會有大量的未反應試劑與淀粉流失，造成嚴重的廢水污染問題。干法制備工藝一般將淀粉與試劑摻和，60C左右干燥至基本無水（＜1%），于120~150C反應約1h得產品。反應轉化率40%~50%。干法工藝的特點有：陽離子劑不必精制，多余的環氧氯丙烷與副產物沸點比較低，一般在干燥過程中可除去；不必添加催化劑與抗膠凝劑，降低成本；不必進行后處理；工藝簡單，基本無三廢；反應周期短。缺點是反應轉化率低，因是固相反應，對設備工藝要求比較高，同時反應溫度高，淀粉在較高溫度下容易解聚。半干法制備工藝為提高反應效率與速率，用半干法制備環氧季銨型陽離子淀粉，即在反應體系中加入堿催化劑和少量有機或無機溶劑，在70C~80C反應1?2h，該反應轉化率為75%~100%。該法反應如下：[HiJC—CH<CH3)rtNR3]*Gl-+Starch—OH—()11[Staich—0—CH2—CH(CHz)nNRj]+G1式中IL=1()11該工藝的優點很突出，除干法反應的②?⑤優點外，且反應條件緩和，轉化率高。甚至利用本法將陽離子劑、堿催化劑與淀粉按一定比例摻和后，即使室溫放置一段時間后，也能取得反應轉化率相當高的產品。因此，這是一種很值得推廣使用的方法。就地陽離子化指的是用戶購買醚化劑和原淀粉就地進行現場制備和應用的方法，這在造紙行業比較普遍。這種方法的工藝特點是：價格低于商品陽離子淀粉。制備過程不必加抗凝膠劑（因不用擔心淀粉凝膠化），產品也無需經過水洗、干燥、包裝等處理，可一步到位，將合成好的淀粉膠液進行直接應用；用戶可根據自身的需要選擇原淀粉的種類和調節取代度的大小。但缺點是工藝不容易控制好，容易造成產品質量和應用效果的波動。陽離子淀粉的性質淀粉與陽離子試劑的反應主要發生在單元葡萄糖基的2、3、6位的活性羥基上。衡量陽離子淀粉變性程度的主要指標是取代度（DS），即指每摩爾葡萄糖基上活性羥基被取代的摩爾數。由此可見，理論上最大取代度為3。造紙上所用取代度一般為?。盡管取代度不高，但原淀粉的性質已大大改變，主要表現下述原因：（1） 膠化溫度大大下降；（2） Zeta電位升為陽性；（3） 隨著取代度的提高，糊液的粘度、透明度和穩定性明顯提高。4.陽離子淀粉的應用（1） 在造紙上的應用優點：①能改善紙的耐破度、拉伸力、耐折度、抗掉毛性等諸多物理性質。提高松香、磯土的施膠效果。提高紙漿濾水性能和抄造速度。能提高各種顏料和填料的保留率，從而降低造紙成本。作為膠乳、合成樹脂、烷基乙烯酮二聚物等的固定劑和乳化劑，以及中性施膠劑的分散劑，也同樣顯示出良好的效果。減少廢水污染的程度（BOD），有益于消除公害。（2） 在其他行業的應用陽離子淀粉不僅大量應用于造紙行業，而且在紡織、選礦、油田、黏合劑及化妝品等領域中葉有著許多重要的應用。淀粉的酸解（酸變性淀粉）酸解淀粉是指在糊化溫度以下將天然淀粉用無機酸進行處理，改變其性質而得到的一類變性淀粉。該類淀粉粘度低，能配制高濃度糊液，適合于要求高濃低粘的食品及化工行業。但是，以玉米、小麥等谷物類淀粉作為原料生產的酸解淀粉凝沉性較強，限制了酸解淀粉的廣泛應用反應機理酸作用于糖苷鍵使淀粉分子水解，淀粉分子變小。淀粉顆粒是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，前者具有a-1，4鍵，后者除a-1，4鍵，還有少量a-1，6鍵，這兩種糖苷鍵被酸水解的難易存在差別。由于淀粉顆粒結晶結構的影響，直鏈淀粉分子間經由氫鍵結合成晶態結構，酸滲入困難，其a-1,4鍵不易被酸水解。而顆粒中無定形區域的支鏈淀粉分子的a-1，4鍵、a-1，6鍵較易被酸滲入，發生水解。1(1)酸改性淀粉淀粉+H*'FT*淀粉片段工藝與原理通常制取酸變性淀粉是使用濃淀粉淤漿，含固量約為36%?40%，加熱到糊化溫度之下(常為40?60°C)，加入無機酸并攪拌一個小時或幾個小時。攬拌均場升tUJWS°C,血I3LI0NHCJ*師m.511〔政變片煩L〕甩干.用性米水沖涂，再租干(含般酸華性違物) (網牲酸浪)《供下批生產用)SNNmCD］中JIH或吊勤臼來水博洗，抑甩干姬吊潺|F［強鷹窖佳燮疊］ 心1盛變性淀粉〕(M接使用) 供干酸變性淀粉的生產工藝流程工藝操作要點為：調制淀粉乳：稱取10公斤玉米淀粉，在攪拌下倒入已加適量自來水的搪瓷罐里，攪拌均勻；酸解：接通加熱和控溫設備，使淀粉乳升溫到37-38C加入約3升10NHCl，恒溫酸解小時；回收酸液：把酸變性淀粉乳倒入不銹鋼甩干機中，開機甩約20分鐘，添加4升自來水，再甩約5分鐘，回收酸液供下批生產用，如果沒有不銹鋼甩干機，或者不需要回收酸液，可以免去這一操作；中和：用5NNa2CO3溶液中和含酸酸變性淀粉乳至左右，甩干；清水沖洗：用自來水沖洗至流出液無咸味止，甩干得酸變性淀粉濕烘干：80°C下烘干，使含水量在12%以下，即得成品。淀粉酶酶是一種由活細胞產生的生物催化劑，具有促進化學反應發生的作用，對能作用于淀粉的酶，統稱為淀粉酶。淀粉糖應用的酶主要以a-淀粉酶、B-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和脫支酶，都屬于水解酶，能水解分子中的葡萄苷鍵。淀粉酶不僅能水解淀粉分子，也能水解淀粉的水解產物、糊精、低聚糖、生成麥芽糖和葡萄糖。a-淀粉酶.作用原理a-淀粉酶是一種內切淀粉酶，它作用于淀粉時從淀粉分子內部以隨機的方式切斷a-1，4葡萄糖苷鍵。酶作用后可使糊化淀粉的粘度迅速降低，變成液化淀粉，水解生成糊精及少量葡萄糖和麥芽糖。來源于芽孢桿菌的任-淀粉酶水解淀粉分子中的a-1,4-糖苷鍵時，最初速度很快，淀粉分子急速減小，粉漿粘度迅速下降，工業上稱之為液化。隨后水解速度變慢。可用碘液檢驗a-淀粉酶對淀粉的水解程度：淀粉遇碘顯藍色，糊精隨分子由大到小，分別呈紫、紅和棕色，到糊精分子小到一定程度(聚合度小于6個葡萄糖單位)就不起碘色反應。作用條件a-淀粉酶水解位于分子中間的a-1，4糖苷鍵的概率高于位于分子末端的a-1，4糖苷鍵，a-淀粉酶不能水解支鏈淀粉中的a-1，6糖苷鍵，也不能水解相鄰分支點的a-1，4糖苷鍵。a-淀粉酶不能水解麥芽糖，但可水解麥芽三糖及以上的含a-1，4糖苷鍵的麥芽低聚糖。影響因素.PH值一般而言，工業生產用a-淀粉酶均不耐酸，當PH值低于時，活力基本消失。通常在PH為?之間較穩定，最適PH為?。.溫度不同來源的a-淀粉酶具有不同的熱穩定性和最適反應溫度。名稱來源最適PH范最適作用溫熱穩定性范鈣離子保護圍度/C圍/C作用耐高溫a-淀粉酶地衣牙孢桿菌~9595~110+中溫a-淀粉酶枯草桿菌~7065~90++真菌a-淀粉酶米曲菌~5050~70+++我國淀粉糖生產傳統使用的液化淀粉酶為枯草桿菌.鈣離子濃度不同來源的a-淀粉酶均含有鈣離子，鈣與酶分子結合緊密，鈣能保持酶分子最適空間構象，使酶具有最高活力和最大穩定性。鈣鹽對細菌^-淀粉酶的熱穩定性的提高有很大作用，液化操作時，一般在淀粉漿中添加少量氯化鈣，添加量達％即可。B-淀粉酶（1）作用機理B一淀粉酶是一種外切型淀粉酶（exoamylase），它是從淀粉的非還原性末端以麥芽糖為單位順次分解a—1.4糖苷鍵，水解產物全為麥芽糖，所以也稱為麥芽糖酶。由于麥芽糖還原性末端的葡萄糖殘基構型（C1）轉變成B型，故稱為B一淀粉酶。（2）作用條件B一淀粉酶不能水解支鏈淀粉的a—1.6糖苷鍵，也不能跨越a—1.6糖苷鍵繼續水解，水解作用在a—1.6鍵前2-3個葡萄糖殘基處停止。故水解支鏈淀粉是不完全的，殘留的大分子就是B一極限糊精。當直鏈淀粉含有偶數的葡萄糖基時B-淀粉酶作用的最終產物是麥芽糖；當直鏈淀粉含有奇數的葡萄糖基時，B-淀粉酶作用的最終產物除含有麥芽糖外還有麥芽三糖和葡萄糖。（3）影響因素.鈣離子鈣離子對B一淀粉酶有降低穩定性的作用（