淀粉

高分子碳水化合物

淀粉（amylum）是高分子碳水化合物，是由葡萄糖分子聚合而成的多糖。其基本构成单位为α-D-吡喃葡萄糖，分子式为(C6H10O5)n。

简介

淀粉是高分子碳水化合物，是由单一类型的糖单元组成的多糖。淀粉的基本构成单位为α-D-吡喃葡萄糖，葡萄糖脱去水分子后经由糖苷键连接在一起所形成的共价聚合物就是淀粉分子。

淀粉属于多聚葡萄糖，游离葡萄糖的分子式以C6H12O6表示，脱水后葡萄糖单位则为C6H10O5，因此，淀粉分子可写成(C6H10O5)n，n为不定数。组成淀粉分子的结构单体(脱水葡萄糖单位)的数量称为聚合度，以DP表示。

分类

淀粉分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉是D-六环葡萄糖经α-1,4-糖苷键连接组成；支链淀粉的分支位置为α-1,6-糖苷键，其余为α-1,4糖苷键。

直链淀粉含几百个葡萄糖单元，支链淀粉含几千个葡萄糖单元。在天然淀粉中直链的占20%～26%，它是可溶性的，其余的则为支链淀粉。直链淀粉分子的一端为非还原末端基，另一端为还原末端基，而支链淀粉分子具有一个还原末端基和许多非还原末端基；当用碘溶液进行检测时，直链淀粉液呈显深蓝色，吸收碘量为19%~20%，而支链淀粉与碘接触时则变为紫红色，吸收碘量为1%。

物理性质

吸附性质

淀粉可以吸附许多有机化合物和无机化合物，直链淀粉和支链淀粉因分子形态不同具有不同的吸附性质。直链淀粉分子在溶液中分子伸展性好，很容易与一些极性有机化合物如正丁醇、脂肪酸等通过氢键相互缔合，形成结晶性复合体而沉淀。

溶解度

淀粉的溶解度是指在一定温度下，在水中加热30 min后，淀粉样品分子的溶解质量分数。淀粉颗粒不溶于冷水，受损伤的淀粉或经过化学改性的淀粉可溶于冷水，但溶解后的润胀淀粉不可逆。随着温度的上升，淀粉的膨胀度增加，溶解度加大。

糊化

将淀粉悬浮液进行加热，淀粉颗粒开始吸水膨胀，达到一定温度后，淀粉颗粒突然迅速膨胀，继续升温，体积可达原来的几十倍甚至数百倍，悬浮液变成半透明的黏稠状胶体溶液，这种现象称为淀粉的糊化。淀粉发生糊化现象的温度称为糊化温度。即使同一品种的淀粉，因为存在颗粒大小的差异，因此糊化难易程度也各不相同，所需糊化温度也不是一个固定值。

回生

糊化的淀粉在稀糊状态下放置一定时间后会逐渐变浑浊，最终产生不溶性的白色沉淀。而在浓糊状态下，可形成有弹性的胶体，这种现象称为淀粉的回生，也叫淀粉的老化或凝沉。

膨胀能力

加热淀粉乳，淀粉颗粒会膨胀。对于不同种类淀粉其颗粒膨胀能力不同。将淀粉乳样品在一定温度水浴中加热30 min，然后离心，倾出上清液，将沉淀的颗粒称重，淀粉膨胀后沉淀颗粒的重量与原来干淀粉重量之比称为膨胀能力。

临界浓度

淀粉的临界浓度是指淀粉在95℃条件下膨胀后正好将100 mL水全部吸收，无游离水遗留的干基重量。当淀粉浓度超过临界值时，淀粉将形成膨胀粒的连续相，全部自由水都被截留；低于临界值将会有游离水分存在。工业上应用的淀粉糊浓度远高于临界浓度，淀粉的临界浓度是配制一定黏度糊所需要淀粉量的依据。

化学性质

淀粉的许多化学性质与葡萄糖相似，但由于它是葡萄糖的聚合体，又有自身独特的性质，生产中应用淀粉化学性质改变淀粉分子可以获得两大类重要的淀粉深加工产品。

第一大类是淀粉的水解产品，它是利用淀粉的水解性质将淀粉分子进行降解所得到的不同DP的产品。淀粉在酸或酶等催化剂的作用下，α-1,4糖苷键和α-1,6糖苷键被水解，可生成糊精、低聚糖、麦芽糖、葡萄糖等多种产品。

第二大类产品是变性淀粉，它是利用淀粉与某些化学试剂发生的化学反应而生成的。淀粉分子中葡萄糖残基中的C2、C3和C6位醇羟基在一定条件下能发生氧化、酯化、醚化、烷基化、交联等化学反应，生成各种淀粉衍生物。

应用

淀粉的应用广泛，其中变性淀粉是重点。变性淀粉是指利用物理、化学或酶的手段改变原淀粉的分子结构和理化性质，从而产生新的性能与用途的淀粉或淀粉衍生物。其种类多样，根据处理方式分为以下几类。

1.物理变性：预糊化(α-化)淀粉、γ射线、超高频辐射处理淀粉、机械研磨处理淀粉、湿热处理淀粉等。

2.化学变性：用各种化学试剂处理得到的变性淀粉。其中有两大类：一类是使淀粉分子量下降，如酸解淀粉、氧化淀粉、焙烤糊精等；另一类是使淀粉分子量增加，如交联淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、接枝淀粉等。

3.酶法变性（生物改性）：各种酶处理淀粉。如α、β、γ-环状糊精、麦芽糊精、直链淀粉等。

4.复合变性：采用两种以上处理方法得到的变性淀粉。如氧化交联淀粉、交联酯化淀粉等。采用复合变性得到的变性淀粉具有两种变性淀粉的各自优点。

另外，变性淀粉还可按生产工艺路线进行分类，有干法（如磷酸酯淀粉、酸解淀粉、阳离子淀粉、羧甲基淀粉等）、湿法、有机溶剂法（如羧基淀粉制备一般采用乙醇作溶剂）、挤压法和滚筒干燥法（如天然淀粉或变性淀粉为原料生产预糊化淀粉）等。

①预糊化淀粉

预糊化淀粉是一种加工简单，用途广泛的变性淀粉，应用时只要用冷水调成糊，免除了加热糊化的麻烦。广泛应用与医药、食品、化妆品、饲料、石油钻井、金属铸造、纺织、造纸等很多行业。

②酸变性淀粉

酸变性淀粉引是指在糊化温度以下将天然淀粉用无机酸进行处理，改变其性质而得到的一类变性淀粉。通常制备酸变性淀粉的条件是：淀粉乳浓度为 36%～40%，温度低于糊化反应温度（35～60℃），反应时间为 0.5h 至数小时。当达到所需要的粘度或转化度时，中和、过滤、洗涤、干燥即得产品，在食品工业（糖果厂）、造纸工业（施胶料）、纺织工业应用较多。

③氧化淀粉

淀粉经氧化剂处理后形成的变性淀粉为氧化淀粉，其在建筑工业（用作绝缘板、墙壁纸和隔音板原材料的粘合剂）、食品工业、造纸工业、纺织工业应用较多。

④交联淀粉

使淀粉分子间发生交联反应的试剂叫交联剂，其种类很多，分子结构中含双官能团和多官能团。工业生产中常用的交联剂有：环氧氯丙烷、三氯氧化磷和三偏磷酸钠等。前者具有两个官能团，后两者具有三个官能团。淀粉经交联剂处理后发生交联反应，促使一个淀粉分子与另一个分子间搭成键桥，产生交联结构。由于淀粉分子具有众多的醇羟基，除分子与分子之间的交联反应外，起反应的两个不同羟基也有的是来自同一个淀粉分子，没有起到不同淀粉分子间的交联反应。反应试剂也可能只与一个羟基起了反应，没有在不同淀粉分子之间形成交联键。这两种情况都有发生，但整个反应过程趋向分子间交联，在食品工业（常使用交联的磷酸酯、醋酸酯和羟烷基淀粉）、医疗业（外科手术橡胶手套的润滑剂）、纺织工业应用较多。

⑤酯化淀粉

酯化淀粉是指在糊化温度以下淀粉乳与有机酸酐（醋酸酐，丁二酸酐等）在一定条件下进行酯化反应而得到的一类变性淀粉，在食品工业（作为增稠剂）、造纸工业（施胶料）、纺织工业（经纱上浆）应用较多。

⑥醚化淀粉

醚化淀粉是淀粉分子的羟基与烃化合物中的羟基通过氧原子连接起来的淀粉衍生物。它有许多品种，其中工业化生产的主要有三种类型，即羧甲基淀粉、羟烷基淀粉和阳离子淀粉。对淀粉进行醚化变性，可提高黏度的稳定性，特别是在高pH条件下，醚化淀粉较前面提到的氧化淀粉和酯化淀粉性能更加稳定，应用更加广泛，在食品工业（增稠剂）、医药工业（药片的粘合剂和崩解剂）、石油钻井（降滤失剂）、纺织工业、造纸工业、日化工业（可作肥皂、家用洗涤剂的抗污垢再沉淀剂）。

⑦功能性淀粉

功能性变性淀粉主要指对人体有一定保健作用和生理作用的变性淀粉，如抗性淀粉、多孔淀粉等，主要用于食品、医疗、制药、日用化工等行业，可显著提高相关产品的品质和档次。尽管当前产量不大，但却具有较高的附加值，是国内外研究开发的热点。

食物营养成分

人工合成

2021年9月24日，中国科学院天津工业生物技术研究所所长马延和与副研究员蔡韬等在国际学术期刊《科学》发表淀粉人工合成方面取得重大突破性进展，在国际上首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。

提取

淀粉是人类粮食的最主要成分，同时也是重要的工业原料。目前淀粉主要由农作物通过光合作用，将太阳光能、二氧化碳和水转化而成。

科研成果

中国林科院挖掘出调控淀粉等合成的关键基因。

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