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第五章、酶的性质与应用——5.1 淀粉水解酶类 5.1.1、概述 淀粉是植物中碳水化合物贮存的主要形式,是一种由D-葡萄糖单体以α-1,4糖苷键和α-1,6糖苷键组成的多聚糖,淀粉可分为两种 直链淀粉(Amylose):葡萄糖残基借助于α-1,4糖苷键连接起来的直链分子,分子量为几万-几十万(6-10万),温水中易溶,粘度不大,与碘液呈蓝色分子。 支链淀粉(Amylopectin):由α-1,4糖苷键和α-1,6糖苷键共同构成的分枝状多聚糖,分子量为几十万—几百万(50-100万),需加热才能溶解,粘度大,遇碘呈蓝紫色。 直链淀粉结构 支链淀粉结构 直链淀粉与I2形成兰色络合物 淀粉是自然界分布极广的碳水化合物,高等植物的根、茎、叶、花、果、种子等组织器官中都有淀粉的存在。谷物种子、薯类块茎、各种水果和坚果等,是储存淀粉最多的器官。一般淀粉谷物中,都是由直链和支链淀粉共同构成的。 薯类和谷物淀粉中,支链淀粉占10-20%,直链淀粉占80-90%。 淀粉的特性 糯米淀粉中,支链淀粉99%。 豆类(如豌豆、绿豆等)淀粉,直链淀粉含量较高。 淀粉是白色或类白色,不溶于乙醚、乙醇、丙酮等有机溶剂,也不溶于冷水。淀粉是以颗粒状态存在于胚乳细胞中,其内部呈复杂的结晶组织,随原料品种不同,淀粉具有不同的形状和大小,淀粉颗粒可分为圆形、椭圆形和多角形三种。 一般水分高,蛋白质含量少的植物淀粉颗粒较大,形状也比较整齐,多呈圆形或椭圆形,如马铃薯淀粉;反之颗粒较小,呈多角形,如米淀粉。 不同淀粉粒不仅颗粒形状不一样,其大小也不相同,不同淀粉粒平均颗粒大小为: 马铃薯淀粉粒65μm,小麦淀粉粒20μm,甘薯淀粉粒15μm,玉米淀粉粒16μm,稻米淀粉粒5μm。 就同一种淀粉而言,淀粉粒的大小也不均匀,如玉米淀粉粒中最大的为26μm,最小的为5μm。 在常见的淀粉中马铃薯淀粉的颗粒最大,稻米淀粉的颗粒最小。 淀粉的糊化 淀粉的糊化:又称“α—化”,是指淀粉颗粒在水中被加热,水分迅速渗透到淀粉颗粒内部,使淀粉颗粒吸水膨胀,晶体结构消失,淀粉颗粒外膜完全破裂而解体,变成粘稠状的液体。 在这一过程中,淀粉颗粒吸水,体积增加50-100倍;α-淀粉酶水解颗粒淀粉(天然淀粉)和水解糊化淀粉的速度比为1:20000。 淀粉的老化 淀粉的老化(凝沉):糊化淀粉缓慢冷却,会变浑浊,甚至产生凝结沉淀,这种现象称为“老化”或“回生、凝沉”,是分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成新氢键的过程,也就是一个复结晶过程,发生凝沉的淀粉不易溶解,淀粉酶很难进入老化淀粉的结晶区,淀粉很难液化,更谈不上糖化。 直链淀粉容易老化,支链淀粉难老化; 在高温(60℃)或低于-20 ℃条件下,淀粉不易老化;而在2-4℃条件下,极易老化。快速升温及快速降温,淀粉不易老化,反之容易老化。 淀粉糊浓度越高,淀粉糊极易老化; DE值越小,越易老化;一般在碱性条件下,有抑制老化的作用。 利用淀粉加热糊化、冷却又老化的原理,可制作粉丝、粉皮、龙虾片等食品,选用含直链淀粉多的绿豆淀粉,糊化后使它在4℃左右冷却,促使老化发生。 淀粉的液化 淀粉的液化:淀粉经糊化后,晶体结构被破坏,淀粉分子就直接暴露在酶(α-淀粉酶)分子的作用之下,分子链迅速断开、变短,最终形成含有少量葡萄糖的低分子糊精溶液,液体的粘度随之降低,这就是淀粉的液化过程。 5.1 淀粉水解酶类 凡是能催化淀粉(或糖元)分子及其分子片段中的α-葡萄糖苷键水解的酶,统称为淀粉酶,包括α-淀粉酶,糖化酶,β-淀粉酶,异淀粉酶,普鲁蓝酶,环状糊精生成酶,麦芽寡糖生成酶等。 5.1.2、α-淀粉酶 α-淀粉酶:是一种内切酶,作用于淀粉时,它能水解淀粉分子内α-1,4葡萄糖苷键(但该酶不能切开α-1,6键),将淀粉分子任意切断成长短不一的短链糊精和少量低聚糖,使淀粉糊粘度迅速下降,即为液化作用,故α-淀粉酶又称为液化酶。因水解产物还原性末端葡萄糖的第一位C1的光学性质呈α-构型,故称α-淀粉酶。 α-淀粉酶的用量与液化终点的判断 α-淀粉酶用量:中温α-淀粉酶,6-8U/g淀粉;高温α-淀粉酶,10U/g淀粉左右。 液化终点的判断: 取2-3稀碘液于小试管内,滴入液化后的料液2-3滴,显示浅黄色或浅棕红色为液化良好,紫色为一般,兰色为较差。 DE值:葡萄糖值,表示淀粉水解程度及糖化程度,指的是还原糖占干物质的百分率。 DE=还原糖(%)/干物质(%)×100% 还原糖用斐林氏法或碘量法测定;干物质(可溶固形物)用阿贝折光仪测定。 纯净的葡萄糖DE值为100%,DE值越高,水解越彻底,反之亦然。 酶活力定义: 1毫升酶液于60℃,pH6.0条件下,1小时液化可溶性淀粉1克即为一个酶活力单位,以u/mL来表示。 α-极限糊精:α-淀粉酶作用
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