澱粉

澱粉是高分子碳水化合物，是由單一類型的糖單元組成的多糖。澱粉的基本構成單位為α-D-吡喃葡萄糖，葡萄糖脫去水分子后經由糖苷鍵連接在一起所形成的共價聚合物就是澱粉分子。澱粉屬於多聚葡萄糖，遊離葡萄糖的分子式以C6H12O6表示，脫水后葡萄糖單位則為C6H10O5，因此，澱粉分子可寫成(C6H10O5)n，n為不定數。組成澱粉分子的結構單體(脫水葡萄糖單位)的數量稱為聚合度，以DP表示。

澱粉是經由α-1,4糖苷鍵連接組成的。其後，人們把澱粉分為直鏈分子和支鏈分子，直鏈分子是D-六環葡萄糖經α-1,4-糖苷鍵組成，支鏈分子的分支位置為α-1,6-糖苷鍵，其餘為α-1,4糖苷鍵。

直鏈澱粉含幾百個葡萄糖單元，支鏈澱粉含幾千個葡萄糖單元。在天然澱粉中直鏈的佔20%～26%，它是可溶性的，其餘的則為支鏈澱粉。直鏈澱粉分子的一端為非還原末端基，另一端為還原末端基，而支鏈澱粉分子具有一個還原末端基和許多非還原末端基；當用碘溶液進行檢測時，直鏈澱粉液呈顯深藍色，吸收碘量為19%~20%，而支鏈澱粉與碘接觸時則變為紫紅色，吸收碘量為1%。

澱粉可以吸附許多有機化合物和無機化合物，直鏈澱粉和支鏈澱粉因分子形態不同具有不同的吸附性質。直鏈澱粉分子在溶液中分子伸展性好，很容易與一些極性有機化合物如正丁醇、脂肪酸等通過氫鍵相互締合，形成結晶性複合體而沉澱。

澱粉的溶解度是指在一定溫度下，在水中加熱30 min后，澱粉樣品分子的溶解質量分數。澱粉顆粒不溶於冷水，受損傷的澱粉或經過化學改性的澱粉可溶於冷水，但溶解后的潤脹澱粉不可逆。隨著溫度的上升，澱粉的膨脹度增加，溶解度加大。

將澱粉懸浮液進行加熱，澱粉顆粒開始吸水膨脹，達到一定溫度后，澱粉顆粒突然迅速膨脹，繼續升溫，體積可達原來的幾十倍甚至數百倍，懸浮液變成半透明的黏稠狀膠體溶液，這種現象稱為澱粉的糊化。澱粉發生糊化現象的溫度稱為糊化溫度。即使同一品種的澱粉，因為存在顆粒大小的差異，因此糊化難易程度也各不相同，所需糊化溫度也不是一個固定值。

糊化的澱粉在稀糊狀態下放置一定時間後會逐漸變渾濁，最終產生不溶性的白色沉澱。而在濃糊狀態下，可形成有彈性的膠體，這種現象稱為澱粉的回生，也叫澱粉的老化或凝沉。

加熱澱粉乳，澱粉顆粒會膨脹。對於不同種類澱粉其顆粒膨脹能力不同。將澱粉乳祥品在一定溫度水浴中加熱30 min，然後離心，傾出上清液，將沉澱的顆粒稱重，澱粉膨脹后沉澱顆粒的重量與原來干澱粉重量之比稱為膨脹能力。

澱粉的臨界濃度是指澱粉在95℃條件下膨脹后正好將100 mL水全部吸收，無遊離水遺留的干基重量。當澱粉濃度超過臨界值時，澱粉將形成膨脹粒的連續相，全部自由水都被截留；低於臨界值將會有遊離水分存在。工業上應用的澱粉糊濃度遠高於臨界濃度，澱粉的臨界濃度是配製一定黏度糊所需要澱粉量的依據。

澱粉的許多化學性質與葡萄糖相似，但由於它是葡萄糖的聚合體，又有自身獨特的性質，生產中應用澱粉化學性質改變澱粉分子可以獲得兩大類重要的澱粉深加工產品。

第一大類是澱粉的水解產品，它是利用澱粉的水解性質將澱粉分子進行降解所得到的不同DP的產品。澱粉在酸或酶等催化劑的作用下，α-1,4糖苷鍵和α-1,6糖苷鍵被水解，可生成糊精、低聚糖、麥芽糖、葡萄糖等多種產品。

第二大類產品是變性澱粉，它是利用澱粉與某些化學試劑發生的化學反應而生成的。澱粉分子中葡萄糖殘基中的C2、C3和C6位醇羥基在一定條件下能發生氧化、酯化、醚化、烷基化、交聯等化學反應，生成各種澱粉衍生物。

澱粉的應用廣泛，其中變形澱粉是重點。變性澱粉是指利用物理。化學或酶的手段改變原澱粉的分子結構和理化性質，從而產生新的性能與用途的澱粉或澱粉衍生物。其種類多樣，根據處理方式分為以下幾類。

1.物理變性：預糊化(α-化)澱粉、γ射線、超高頻輻射處理澱粉、機械研磨處理淀粉、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。其中有兩大類：一類是使澱粉分子量下降，如酸解澱粉、氧化澱粉、焙烤糊精等；另一類是使澱粉分子量增加，如交聯澱粉、酯化澱粉、醚化澱粉、接枝澱粉等。

3.酶法變性(生物改性)：各種酶處理澱粉。如α、β、γ-環狀糊精、麥芽糊精、直鏈澱粉等。

4.複合變性：採用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。採用複合變性得到的變性澱粉具有兩種變性澱粉的各自優點。

另外，變性澱粉還可按生產工藝路線進行分類，有干法（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（如羧基澱粉製備一般採用乙醇作溶劑）、擠壓法和滾筒乾燥法（如天然澱粉或變性澱粉為原料生產預糊化澱粉）等。

①預糊化澱粉

預糊化澱粉是一種加工簡單，用途廣泛的變性澱粉，應用時只要用冷水調成糊，免除了加熱糊化的麻煩。廣泛應用與醫藥、食品、化妝品、飼料、石油鑽井、金屬鑄造、紡織、造紙等很多行業。

②酸變性澱粉

酸變性澱粉引是指在糊化溫度以下將天然澱粉用無機酸進行處理，改變其性質而得到的一類變性澱粉。通常製備酸變性澱粉的條件是：澱粉乳濃度為 36%～ 40%，溫度低於糊化反應溫度（35 ～ 60℃） ，反應時間為 0.5h 至數小時。當達到所需要的 粘度或轉化度時，中和、過濾、洗滌、乾燥即得產品，在食品工業（糖果廠）、造紙工業（施膠料）、紡織工業應用較多。

③氧化澱粉

澱粉經氧化劑處理后形成的變性澱粉為氧化澱粉，其在建築工業（用作絕緣板。牆壁紙和隔音板原材料的粘合劑）、食品工業、造紙工業、紡織工業應用較多。

④交聯澱粉

使澱粉分子間發生交聯反應的試劑叫交聯劑，其種類很多，分子結構中含雙官能團和多官能團。工業生產中常用的交聯劑有：環氧氯丙烷、三氯氧化磷和三偏磷酸鈉等。前者具有兩個官能團，后兩者具有三個官能團。澱粉經交聯劑處理后發生交聯反應，促使一個澱粉分子與另一個分子間搭成鍵橋，產生交聯結構。由於澱粉分子具有眾多的醇羥基，除分子與分子之間的交聯反應外，起反應的兩個不同羥基也有的是來自同一個澱粉分子，沒有起到不同澱粉分子間的交聯反應。反應試劑也可能只與一個羥基起了反應，沒有在不同澱粉分子之間形成交聯鍵。這兩種情況都有發生，但整個反應過程趨向分子間交聯，在食品工業（常使用交聯的磷酸酯、醋酸酯和羥烷基澱粉）、醫療業（外科手術橡膠手套的潤滑劑）、紡織工業應用較多。

⑤酯化澱粉

酯化澱粉是指在糊化溫度以下澱粉乳與有機酸酐（醋酸酐，丁二酸酐等）在一定條件下進行酯化反應而得到的一類變性澱粉，在食品工業（作為增稠劑）、造紙工業（施膠料）、紡織工業（經紗上漿）應用較多。

⑥醚化澱粉

醚化澱粉是澱粉分子的羥基與烴化合物中的羥基通過氧原子連接起來的澱粉衍生物。它有許多品種，其中工業化生產的主要有三種類型，即羧甲基澱粉、羥烷基澱粉和陽離子澱粉。對澱粉進行醚化變性，可提高黏度的穩定性，特別是在高pH條件下，醚化澱粉較前面提到的氧化澱粉和酯化澱粉性能更加穩定，應用更加廣泛，在食品工業（增稠劑）、醫藥工業（藥片的粘合劑和崩解劑）、石油鑽井（降濾失劑）、紡織工業、造紙工業、日化工業（可作肥皂、家用洗滌劑的抗污垢再沉澱劑）。

⑦功能性澱粉

功能性變性澱粉主要指對人體有一定保健作用和生理作用的變性澱粉，如抗性澱粉、多孔澱粉等，主要用於食品、醫療、製藥、日用化工等行業，可顯著提高相關產品的品質和檔次。儘管目前產量不大，但卻具有較高的附加值，是國內外研究開發的熱點。