我对淀粉的了解和研究始于博士研究生期间,毕业后从事淀粉方面课程的教学,随着对淀粉长达近六年的接触和一些“皮毛”的研究,对淀粉科学与工程领域的概况有了基本了解。
淀粉是一种可再生资源,来源于植物,在自然界分布广,取之不尽,是人们生活的重要食物和物质来源,广泛应用于食品、化工、材料、造纸、生物化工、发酵及医药等行业。
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D-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为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。淀粉颗粒一般都由直链淀粉(amylose)和支链淀粉(amylopectin)组成。支链淀粉构成淀粉颗粒的骨架,支链淀粉分子的侧链与直链淀粉分子间可通过氢键结合,在某些区域形成排列具有一定规律的“束网”结构,有些区域分子排列杂乱,成“无定形”结构,每个直链淀粉分子和支链淀粉分子都可能穿过几个不同区域的“束网”结构和“无定形 结构。这就是我们通常看到的淀粉颗粒,淀粉颗粒大小和形状会受淀粉种类、环境气候等影响,常见的天然马铃薯淀粉颗粒为椭圆形,玉米淀粉颗粒为球形,大米淀粉颗粒为多角形等。
淀粉分子具有羟基和糖苷键,是一种多羟基醇和酮。淀粉的化学反应点主要在分子中羟基(—OH)和糖苷键(C—O—C)两个区域,在羟基上发生取代反应,在糖苷键上发生断裂反应,糖苷上的三个羟基分别在C2、C3和C6的位置,表明淀粉的反应同醇相似,但我们不能仅仅把淀粉看作一种醇,因为淀粉具有天然高分子的特性。淀粉分子就像一个“如意分子",分子能大能小, 淀粉分子可以通过物理、化学和生物等手段降解成小分子糊精或功能性低聚糖或葡萄糖,也可以接入官能团变成大分子功能物质。
目 前,天然淀粉及其颗粒由于其功能方面的局限性,国内外研究不多。近年来的研究主要集中在淀粉变性方面,即变性淀粉。变性淀粉定义为:利用物理、化学或生物 处理,改变淀粉的天然性质,增加其某些功能或引进新的特性,使其适合于一定的应用要求,这种经过二次加工或多次加工的产品统称为变性淀粉。而变性淀粉又分 为普通变性淀粉或功能性变性淀粉。
变性淀粉是淀粉科学与工程领域最主要的的研究方向,它可从以下两方面去了解。
(一)普通变性淀粉主要研究方向为酸变性淀粉、氧化淀粉、酯化及醚化淀粉等方面。由于这些研究技术和手段比较成熟,目前这方面有些陈旧了。
(二) 功能性变性淀粉:目前,功能性变性淀粉研究非常热门,主要集中在以下几个方面:多孔淀粉、抗性淀粉、缓慢消化淀粉、淀粉微球、微细化淀粉、微晶淀粉与非晶 态淀粉、环糊精、脂肪替代物和淀粉基塑料、淀粉基絮凝剂、淀粉基高吸水性材料、淀粉基胶黏剂及淀粉基表面活性剂。不同功能性淀粉种类,具有不同的性质和用 途。这些均是淀粉科学与工程领域研究热点问题。
希望对淀粉科学与工程领域感兴趣的朋友相互交流。