澱粉
澱粉（英語：starch, amylum）是一種多醣類，由通過糖苷鍵連接的大量葡萄糖單元組成的聚合型碳水化合物。
| 澱粉 | |
|---|---|
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| 識別 | |
| CAS號 | 9005-25-8 
|
| ChemSpider | NA |
| EC編號 | 232-679-6 |
| RTECS | GM5090000 |
| 性質 | |
| 化學式 | variable |
| 摩爾質量 | variable g·mol⁻¹ |
| 外觀 | 白色粉末 |
| 密度 | 1.5 g/cm3 |
| 熔點 | 256-258 °C (decomp.) |
| 溶解性（水） | 50 g/100ml 水 (90°C) |
| 危險性 | |
| MSDS | ICSC 1553 |
| 歐盟編號 | not listed |
| 自燃溫度 | 410 °C |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
純澱粉為一種白色、無味、無臭的粉末，不溶於冷水或酒精，分子式為(C6H10O5)n。澱粉因分子內氫鍵捲曲成螺旋結構的不同，可分為直鏈澱粉（糖澱粉）和支鏈澱粉（膠澱粉）。前者為無分支的螺旋結構；後者以24~30個葡萄糖殘基以α-1,4-糖苷鍵首尾相連而成，在支鏈處為α-1,6-糖苷鍵。直鏈澱粉遇碘呈藍色，支鏈澱粉遇碘呈紫紅色。這是由於澱粉螺旋中央空穴恰能容下碘分子，由於范德華力，兩者形成一種藍黑色錯合物。單獨的碘分子與三碘陰離子（I3-）都能使澱粉變藍。
製造澱粉是綠色植物貯存能量的一種方式，也是人類飲食中最常見的碳水化合物，廣泛存在於馬鈴薯、小麥、玉米、大米、木薯等主食中。由於澱粉呈粉狀，且比重約為 1.5g/cm3，分散在水中會向下沉澱，故名「澱粉」。食品工業中的澱粉經常被加工，以獲得多種用途的糖。澱粉在溫水中溶解產生糊精，這可以用作增稠劑，硬化則作為粘接劑，因此澱粉在非食品工業最廣泛的用途是在造紙過程中作為黏合劑[1]。
歷史
已經確定，在歐洲發現的30000年前石磨麵粉顆粒中存在蒲菜（cattails, bullrushes）的根莖澱粉。[2]
在古埃及紙莎草紙膠中也發現可能提取純小麥澱粉糊的紀錄。[3] 根據老普林尼的《自然史》，公元77-79年始有人提取澱粉。[4] 羅馬人也將澱粉用在美容霜中，給頭髮撒粉。波斯人和印度人用它來作菜，使醬汁更濃。早在公元700年起，中國人已在生產用大米澱粉作表面處理的紙張。[5]
到2008年，世界各地生產非直接食用性澱粉就有6600萬噸。在歐盟約850萬噸，約40％用於工業應用中，60％用於食品用途，[6] 後者為高果糖漿。[7]
2021年9月24日，中國科學院天津工業生物技術研究所的二氧化碳人工合成澱粉技術相關成果在學術期刊《科學》上發表。[8][9]研究員從頭設計、構建了11步反應的非自然固碳與澱粉合成途徑ASAP（Artificial Starch Anabolic Pathway），在實驗室中首次實現從二氧化碳到澱粉分子的全合成。該技術將二氧化碳用無機催化劑還原為甲醇，轉換為三碳後合成六碳，聚合成為澱粉，轉換速率和效率都明顯高於自然界合成澱粉。（自然平均效率約2%，合成的10%左右）
化學性質
澱粉可以在稀酸（如稀硫酸）（需要加熱）或酶的催化下水解：(C6H10O5)n(澱粉)+nH2O→nC6H12O6(葡萄糖)。[10]
澱粉水解的幾種狀態的檢驗
| 水解狀態 | 加入銀氨溶液水浴加熱的現象 | 加入新制氫氧化銅的現象 | 加入碘水的現象 |
|---|---|---|---|
| 未水解 | 無明顯現象 | 無明顯現象 | 溶液變藍 |
| 部分水解 | 產生銀鏡 | 產生磚紅色沉澱 | 溶液變藍 |
| 完全水解 | 產生銀鏡 | 產生磚紅色沉澱 | 無明顯現象 |
化學檢驗
向試樣中加入碘溶液呈深藍色可以說明澱粉的存在。
食用
沒有煮熟的天然食物澱粉，不易被人類澱粉酶分解進而消化，因為其以澱粉粒的形式存在。烹調時會讓水分進入澱粉顆粒中，產生糊化作用，進而形成凝膠，人體消化酶就容易分解了。若食用較大量的未煮熟卻富含澱粉的植物，這些未被消化的澱粉在進入大腸後，會被細菌利用而產生大量氣體，造成腹痛。
食品應用
在食品工業中，可以利用高直鏈玉米澱粉生產減肥食品和煎炸食品，也是糖尿病人的理想食品，被稱為「功能性食品」；此外，高直鏈澱粉還是膽結石及高血壓病人的理想食品，具有防止膽結石形成及降低血液膽固醇的作用；還可以用來製造一種半透明紙，可通透二氧化碳，但不透氧氣和氮氣，且這種紙可食用。在非食品工業中，除了利用它作為紡織工業加漿的原料，一個重要的潛在利用價值是生產生物降解塑料，即光降解膜。
利用現代工業手段，生產出來的某些特別性質的澱粉，被稱為「修飾澱粉」（Modified starch）。
澱粉工業
從種子，塊根和塊莖澱粉行業的提取和精製澱粉，濕法研磨，水洗，篩分和乾燥。今天，商業澱粉主要是玉米澱粉、木薯澱粉、小麥粉和馬鈴薯澱粉。來自水稻，紅薯，西米，綠豆的澱粉則占比較少。從歷史上看，佛羅里達葛粉也被商業化。現在，澱粉可以在來自50多個種類的植物中提取。
未經處理的澱粉需要加熱才能用於勾芡或塗膠。預煮的澱粉可以即刻在冷水中溶解，可用來增稠。這被稱為預糊化澱粉。
| 原料 | 名稱 | 用途、備註 |
|---|---|---|
| 小麥 | 麵粉、澄粉（無筋麵粉） | 適合西點麵食製作。 |
| 馬鈴薯 | 太白粉、生粉 | 適合勾芡和醃食物，湯汁放涼後會還水變稀。 |
| 玉米 | 玉米澱粉、玉米麵粉、粟粉、生粉 | 適合西點製作、勾芡，湯汁放涼後依然濃稠。 |
| 番薯 | 地瓜粉、蕃薯粉 | 顆粒較為粗糙，適合油炸。 |
| 木薯 | 樹薯粉、木薯粉（太白粉） | 泰國木薯粉有時被當成地瓜粉或太白粉。 |
| 蓮藕 | 蓮藕粉 | 製作藕粉羹、蒸藕粉。 |
| 其他食用粉類 | ||
| 稻米 | 糯米粉、在來米粉 | 製作湯圓、年糕 |
| 紅藻 | 洋菜粉 | 製作果凍。非單純由葡萄糖聚合而成之澱粉類。 |
| 海藻類 | 果凍粉 | 製作果凍。非單純由葡萄糖聚合而成之澱粉類。 |
| 蒟蒻 | 蒟蒻粉 | 製作蒟蒻。非單純由葡萄糖聚合而成之澱粉類。 |
澱粉糖
澱粉可以被水解成更簡單的碳水化合物，由酸，各種酶，或兩者的組合。將所得的片段是已知為糊精。轉換的程度通常是量化的右旋糖當量（DE），這大約是在澱粉中的糖苷鍵已經被打破。
這些澱粉糖是目前最常見的基於澱粉的食品成分和作為許多飲料和食品中的甜味劑使用。這些措施包括：
改性澱粉
化製澱粉，亦稱修飾澱粉，或稱改性澱粉。是將源自穀粒或根部（如玉米、米、小麥、馬鈴薯……等）之天然澱粉，以少量化學藥品處理，改變其物理特性而得；以使澱粉正常處理或貯存過程中經常遇到的條件下，如高耐熱，高剪切，低pH條件下，凍結/解凍和冷卻。食物澱粉在食品添加劑國際編碼系統（INS）之中為正面表列。[13][14]
食品添加劑
澱粉是一種食品添加劑，通常用於做增稠劑和穩定劑，如布丁、奶油蛋羹、湯、調味汁、肉汁、餡餅、沙拉醬等。
工業應用
造紙
造紙是澱粉在世界上最大的非食品應用，每年消耗幾百萬噸[6]。例如，在典型的一張拷貝用紙之中，澱粉的含量可達到紙張重量的8%。
瓦楞紙板粘合劑
瓦楞紙板粘合劑是澱粉在世界上第二大的非食品應用。
服裝澱粉
服裝或洗衣澱粉是通過混合在水（較早的製劑也有以煮沸）的蔬菜澱粉製備的液體中，並用於漿洗服裝。
其他
另一大類非食品澱粉的應用是在建築行業，其中澱粉在石膏隔牆板生產過程中使用。化學改性或未改性的澱粉中加入主要成分為石膏的灰泥。
- 澱粉被用於生產各種生物塑料，是可生物降解的合成聚合物。一個例子是聚乳酸 polylactic acid。
- 氫的生產，可以用澱粉作為原料，以酶加工。[15] 氫氣是一種清潔能源，但它的製取、存儲和運輸都很困難。美國科學家研究出一種用多糖製取氫的新技術，有望一舉解決這幾大問題。
- 在乾電池中，澱粉的功用為增稠，避免液體流出。
參考資料
- ^ 存档副本. [2022-12-29]. （原始內容存檔於2022-12-29）.
- ^ Revedin, A.; Aranguren, B.; Becattini, R.; Longo, L.; Marconi, E.; Lippi, M. M.; Skakun, N.; Sinitsyn, A.; Spiridonova, E. Thirty thousand-year-old evidence of plant food processing. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2010, 107 (44): 18815–9. PMC 2973873
. PMID 20956317. doi:10.1073/pnas.1006993107.
- ^ Pliny the Elder, The Natural History (Pliny), Book XIII, Chapter 26, The paste used in preparation of paper （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- ^ Pliny the Elder, The Natural History (Pliny), Book XIII, Chapter 17, [1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- ^ Hunter, Dard. Papermaking. DoverPublications. 1947: 194. ISBN 978-0-486-23619-3.
- ^ 6.0 6.1 NNFCC Renewable Chemicals Factsheet: Starch. [2012-10-19]. （原始內容存檔於2021-03-13）.
- ^ International Starch Institute Denmark, Starch production volume （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- ^ Synthetic starch from the lab is more efficient than plant. Ruetir. 2021-09-23 [2021-09-24]. （原始內容存檔於2021-11-01）.
- ^ Tao Cai. Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide. SCIENCE. 2021, 373 (6562): 1523-1527 [2021-09-24]. doi:10.1126/science.abh4049. （原始內容存檔於2021-12-26）.
- ^ 《化學》選修3-1，人民教育出版社，第一章
- ^ 地瓜粉、樹薯粉、太白粉 傻傻分不清？ | 料理小知識 | | udn閱讀藝文
- ^ 地瓜粉、太白粉、玉米粉、洋菜粉、果凍粉、蒟酪粉有什麼不同? @ 我的自由天地 :: 痞客邦 PIXNET ::[來源可靠？]
- ^ Modified Starches （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. CODEX ALIMENTARIUS published in FNP 52 Add 9 (2001)
- ^ [http://www.codexalimentarius.net/gsfaonline/docs/CXS_192e.pdf TABLE THREE Additives Permitted for Use in Food in General, Unless Otherwise Specified, in Accordance with GMP ] 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2013-11-07.. CODEX ALIMENTARIUS published in CODEX GENERAL STANDARD FOR FOOD ADDITIVES CODEX STAN 192-1995 (revision 2012)
- ^ Zhang, Y.-H. Percival; Evans, Barbara R.; Mielenz, Jonathan R.; Hopkins, Robert C.; Adams, Michael W.W. Melis, Anastasios , 編. High-Yield Hydrogen Production from Starch and Water by a Synthetic Enzymatic Pathway. PLoS ONE. 2007, 2 (5): e456. PMC 1866174 . PMID 17520015. doi:10.1371/journal.pone.0000456.
外部連結
- Starch - Stärke[永久失效連結], scientific journal on starch
- CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, information for workers