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淀粉的结构、老化与抗性淀粉

 lcy1971 2019-06-12

淀粉(starch)是植物中最重要的贮藏多糖,完全由葡萄糖构成,所以属于均一多糖。与其它多糖一样,淀粉没有甜味,没有还原性,也没有变旋现象。

淀粉是由麦芽糖单位构成的链状结构,有直链淀粉和支链淀粉两种。直链部分由α-1,4糖苷键连接,分支处由α-1,6糖苷键连接。所以支链淀粉不完全水解可以得到少量以α-1,6糖苷键连接的异麦芽糖。

支链淀粉结构

直链淀粉(amylose)分子量从几万到十几万,平均约在6万左右,相当于300-400个葡萄糖缩合而成的线性分子,没有分支。支链淀粉(amylopectin)的分子量在20万以上,含有1300个葡萄糖或更多。其分子中大约每24-30个葡萄糖中有一个具有支链结构。

支链淀粉模型

直链淀粉分子中虽然没有分支结构,但其构象并不是笔直的,而是卷曲成螺旋形,每一圈有六个葡萄糖分子。直链淀粉遇碘产生蓝色,就是由于多个三碘化物离子(I3-)被络合在螺旋中产生的,吸收峰在620-680nm。而支链淀粉(amylopectin)的直链部分较短,所以产生的络合物呈紫色,光吸收在530-555nm。

用碘染色的小麦淀粉颗粒

淀粉在植物中以球状或卵状淀粉颗粒的形式存在,颗粒中有结构致密的结晶区域和相对疏松的非结晶区(无定形区)。这种结构使淀粉不溶于冷水。在微观上,淀粉颗粒由于结晶区的光学各向异性,对不同偏振方向的偏振光具有不同的折射率,会产生一种有趣的双折射(消光十字)现象。

淀粉颗粒的双折射现象

淀粉粒在水中加热(一般60-80℃),会逐渐溶胀、开裂,最后形成均匀的糊状,称为糊化(gelatinization)。糊化过程中淀粉粒吸水膨胀,可以达到原始体积的50-100倍。利用这个特性,可以将淀粉作为崩解剂,在制作药物片剂时加入。当淀粉在胃肠液中溶胀,就会使片剂碎裂成细小颗粒,使其中的药物得以迅速吸收。

淀粉属于多糖,在水中不能形成真溶液,只能形成胶体。直链淀粉可溶于热水,支链淀粉不溶于热水,但更容易糊化,而且糊化形成的胶体粘度更高。不同来源的淀粉中二者比例不同,玉米淀粉和马铃薯淀粉分别含27%和20%的直链淀粉,而绿豆淀粉含60%的直链淀粉。有些淀粉(如糯米)全部为支链淀粉,所以更粘;而有的豆类淀粉则全是直链淀粉。

糊化后的淀粉胶体溶液如果逐渐降温,淀粉分子会重新排列成更紧密的晶体结构而发生沉淀,称为老化或回生(retrogradation)。直链淀粉线性区域长,更容易整齐排列,所以容易老化,而且老化后难以再次溶解(晶体熔化温度约150℃)。支链淀粉不易老化。所以,烹饪上用淀粉糊勾芡时一般会选择支链淀粉含量较高的淀粉,如马铃薯淀粉;而制作粉丝、粉皮时就要选择直链淀粉含量高的豆类淀粉。

直链淀粉老化后难以再次溶解,所以在肠道中难以消化,是一种抗性淀粉(resistant starch)。比如米饭、面包放冷后会变硬而难以消化。所以烹饪上一般尽量避免老化现象。不过,最近发现抗性淀粉可以被结肠菌群发酵,产生短链脂肪酸(SCFA)。SCFA能抑制有害细菌生长,有益肠道健康。而难以消化则有利于减肥,并可降低血糖波动,所以现在又受到追捧,甚至有人专门炒冷饭吃来减肥。

摄入适量的抗性淀粉确实有一定的益处,特别是对于需要饱腹感的减肥人士。但不要把它当成万能药。如果食用不当,抗性淀粉也会对健康不利。如果摄入过多,肠道菌群发酵会产生大量气体,导致腹胀。有胃炎或者胃溃疡的人群不宜长期食用较硬的食物。炒冷饭时如果加入过多食用油,会增加热量摄取,导致肥胖。所以说,均衡饮食,适度运动才是健康之道。

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