CN113984731A - 淀粉精细结构的快速测定方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了淀粉精细结构的快速测定方法及其应用，属于食品加工技术领域。本发明利用分子转子在淀粉微环境中对于平均链长和分支度的敏感性，通过荧光信号的强弱区分不同支链结构，在此基础上建立荧光强度与平均链长和分支度的线性方程，该方程可用于测定淀粉在加工过程中精细结构的变化。此外，本发明所使用的分子转子具有较高的灵敏度和良好的热稳定性，并且该法具有操作简单、快捷高效、方便省时等优势，在淀粉结构检测领域具有广阔的应用前景。

Description

淀粉精细结构的快速测定方法及其应用
技术领域
本发明属于食品加工技术领域，具体涉及淀粉精细结构的快速测定方法及其应用。
背景技术
淀粉是一种可再生的天然多糖，在自然界中储量丰富，已被广泛用作食品、医药、纺织及日化工业中的重要原料。淀粉主要由直链淀粉和支链淀粉组成，并且通过分子链内和链间的氢键连接形成高度有组织的颗粒结构。由于淀粉分子链排列的多样性和微观结构的复杂性，对其精细结构的表征成为淀粉资源开发利用的必要基础。
不同来源淀粉分子结构的改变会使其理化性质发生一系列的变化，例如支链淀粉的链长分布及长、中、短链的比例直接影响淀粉的糊化、老化和流变学等特性。针对结构的定向改造可用于生产多种功能性质的淀粉，因此研究淀粉的精细结构对建立其结构与功能性质之间的联系具有重要意义。目前已利用体积排阻色谱、不对称场流分离、荧光辅助毛细管电泳、透射电镜等技术对淀粉的结构有了较为深入的了解，但是仍存在诸多不足：体积排阻色谱需要使用多个检测器，而且存在较大分子(原淀粉)谱带展宽、糖链易剪切断裂和大分子回收率低等问题；不对称场流分离虽然可以利用样品多种理化性质差异进行分离，但是未解决信号定量问题；荧光辅助毛细管电泳通常需要对样品进行脱分支和荧光标记，然后再进行电泳分析；透射电镜能观察小于0.2μm亚显微结构，但是难得到半定量和可靠的分子尺寸分布。基于此，本发明对淀粉精细结构的快速测定方法及其应用进行了详细研究。
发明内容
[技术问题]本发明提供一种基于荧光光谱定量分析淀粉类物质的精细结构的快速测定方法，以扩展淀粉类物质的精细结构测试方法的种类。
[技术构思]
本发明利用分子转子可容纳于淀粉的分支结构与双螺旋间并产生局部空间位阻，从而导致荧光特性的改变，通过向淀粉微环境中加入分子转子形成淀粉-分子转子体系，基于荧光光谱测得相对荧光强度I，并与分支度DB、平均链长ACL分别建立线性关系，从而可依据相对荧光强度计算未知淀粉样品的分支度DB及平均链长ACL，以便高效测定淀粉加工和储藏的精细结构变化，该方法快捷高效，测试成本低，并且具有良好的检测灵敏度和可视化检测效果。
[技术方案]
本发明的第一目的在于提供一种淀粉精细结构的快速测定方法，包括如下步骤：
(1)将分子转子溶解于有机溶剂得到工作液，并置于低温避光环境下保存；
(2)选取不同分支度的支链淀粉和不同平均链长的直链淀粉作为标准淀粉样品，分别与水混匀得到淀粉乳，然后加热糊化处理得到淀粉糊，向淀粉糊中添加适量所述工作液混匀，得到淀粉-分子转子体系；
(3)使用荧光光谱仪扫描基于不同支链淀粉得到的淀粉-分子转子体系的发射光谱，得到对应的相对荧光强度I；将相对荧光强度I与分支度DB拟合得到线性方程I＝k1×DB+b1，其中，DB(％)为α-1,6糖苷键的百分比，k1为斜率，b1为截距；
(4)使用荧光光谱仪扫描基于不同直链淀粉得到的淀粉-分子转子体系的发射光谱，得到对应的相对荧光强度I；将相对荧光强度I与平均链长ACL拟合得到线性方程I＝k2×ACL+b2，k2为斜率，b2为截距。
作为本发明的一种实施方式，所述分子转子是具有π共轭发色团的荧光试剂，包括久洛啶衍生物、二烷基苯胺衍生物、硼-二吡咯亚甲基衍生物、咔唑衍生物、苯并噻唑衍生物中的任一种。。
作为本发明的一种实施方式，所述有机溶剂为二甲基亚砜，N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、丙酮、四氢呋喃中的任一种。
作为本发明的一种实施方式，所述工作液的摩尔浓度为1-50mM。优选地，所述工作液的摩尔浓度为1-30mM。
作为本发明的一种实施方式，所述工作液与淀粉糊的混合体积比为1:50-100。
作为本发明的一种实施方式，所述淀粉糊化处理条件为：80-140℃下加热20-60min。
作为本发明的一种实施方式，所述荧光光谱仪的检测条件：激发波长范围为250-550nm，样品检测量为0.1-1.0mL。
作为本发明的一种实施方式，所述淀粉的种类包括谷类淀粉、薯类淀粉、豆类淀粉及其他植物源淀粉中的任一种或几种。
作为本发明的一种实施方式，所述拟合的I与DB的线性方程可用于测定未知样品的分支度，具体步骤包括：取分支度未知的支链淀粉样品，参照标准样品的配制步骤得到淀粉糊待测样，添加适量分子转子工作液后使用荧光光谱仪检测待测样品，得到对应的相对荧光强度I，代入线性方程I＝k1×DB+b1计算出样品的分支度DB。
作为本发明的一种实施方式，所述拟合的I与ACL的线性方程可用于测定未知样品的平均链长，具体步骤包括：取平均链长未知的支链淀粉样品并进行脱支处理，参照标准样品的配制步骤得到淀粉糊待测样，添加适量分子转子工作液后使用荧光光谱仪检测待测样品，得到对应的相对荧光强度I，代入线性方程I＝k2×ACL+b2计算出待测样品的平均链长ACL。
作为本发明的一种实施方式，将所述淀粉替换为淀粉类热加工食品。
本发明的第二目的在于提供淀粉精细结构的快速测定方法在预测淀粉类热加工食品的加工性能中的应用。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用分子转子可容纳于淀粉的分支结构与双螺旋间并产生局部空间位阻，从而导致荧光特性的改变，通过不同分支模式和链长分布的淀粉中表现出不同的荧光强度特性，来量化淀粉的结构特征。在此基础上建立荧光强度与平均链长和分支度的线性方程，该方程可用于测定淀粉在加工过程中精细结构的变化。
(2)本发明中的分子转子具有较高的灵敏度与荧光稳定性，对于不同的淀粉体系均可以通过转子的荧光光谱表征其分子结构(分支度、平均链长)并建立相应的线性关系，具有良好的可视化检测效果，在淀粉结构检测领域具有广阔的应用前景。
(3)本发明提供的方法与现有的核磁共振及阴离子色谱等分析方法相比，具有快捷高效，操作简单，测试成本低等优点，可为淀粉支链结构和加工特性的研究提供技术支撑。
(4)本发明提供一种利用荧光光谱定量分析淀粉结构参数的方法，可用于高效测定淀粉加工和储藏的精细结构变化，进而预测淀粉类热加工食品的加工性能，从而为改善和调控淀粉加工性能提供一定理论依据。
附图说明
图1为淀粉待测样1#的1H NMR谱图；
图2为淀粉待测样2#的阴离子交换色谱图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明所保护的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
称取一定9-(2-羧基-2-氰基乙烯基)久洛啶粉末溶解于DMSO中配制摩尔浓度2mM的工作液，并置于低温避光环境下保存。称取5个已知分支度的支链淀粉(200mg)按质量体积比1:50(mg/mL)于水中混匀得到淀粉乳，置于100℃中水浴中加热20min，冷却至室温后添加10μL上述工作液得到相应的淀粉糊标准样品。使用荧光光谱仪在λex＝440nm处扫描淀粉糊标准样品的发射光谱，测得各体系中相对荧光强度I。相对荧光强度I与分支度DB拟合得到线性方程I＝1.17×DB+0.45(R2＝0.982)，其中，DB(％)为淀粉中α-1,6糖苷键比例。
选用分支度未知的淀粉待测样1#，按上述方法制备得到淀粉糊，通过荧光光谱仪测定得到I＝4.10(×103RFI)，代入上述线性方程得到DB为5.25。
实施例2
称取一定9-(2-羧基-2-氰基乙烯基)久洛啶粉末溶解于DMSO中配制摩尔浓度2mM的工作液，并置于低温避光环境下保存。称取5个已知平均链长的直链淀粉(200mg)按质量体积比1:50(mg/mL)于水中混匀得到淀粉乳，置于140℃中高压灭菌锅中加热30min，冷却至室温后添加10μL上述工作液得到相应的淀粉糊标准样品。使用荧光光谱仪在λex＝440nm处扫描淀粉糊标准样品的发射光谱，测得各体系中相对荧光强度I。相对荧光强度I与平均链长ACL拟合得到线性方程I＝0.081×ACL+1.36(R2＝0.989)。
选用未知链长分布的淀粉待测样2#，经普鲁兰酶脱支处理后按上述方法测定荧光光谱得到I为2.62(×103RFI)，代入上述线性方程得到平均链长为15.6。
对比例1
以实施例1中分支度未知的淀粉待测样1#作为测试对象，以质量体积比1:10(mg/mL)与重水混合后，80℃水浴中加热20min后通过核磁氢谱(如图1所示)测得其分支度DB为5.13。
对比例2
以实施例2中平均链长未知的淀粉待测样2#作为测试对象，脱支处理后稀释至2mg/mL，再过0.22μm滤膜，通过进样系统注入高效阴离子交换色谱柱(HPAEC)，洗脱30min得到链长分布结果(如图2所示)，通过峰面积归一化法计算平均链长ACL为15.23。本方法所得链长结果与HPAEC法的结果没有显著差异，且耗时短，仪器成本较低。
需要说明的是，本发明的方法理论上能够适用于谷类淀粉、薯类淀粉、豆类淀粉及其他植物源淀粉，还可以适用于淀粉类食品。
基于本发明的方法，本领域技术人员能够快速测得淀粉加工或储藏中分支度和平均链长的数据，结合本领域的常规技术，可以分析预测淀粉类热加工食品的加工性能，从而为改善和调控淀粉加工性能提供一定理论依据。

Claims (9)

1.一种淀粉精细结构的快速测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将分子转子溶解于有机溶剂得到工作液，并置于低温避光环境下保存；
(2)选取不同分支度的支链淀粉和不同平均链长的直链淀粉作为标准淀粉样品，分别与水混匀得到淀粉乳，然后加热糊化处理得到淀粉糊，向淀粉糊中添加适量所述工作液混匀，得到淀粉-分子转子体系；
(3)使用荧光光谱仪扫描基于不同支链淀粉得到的淀粉-分子转子体系的发射光谱，得到对应的相对荧光强度I；将相对荧光强度I与分支度DB拟合得到线性方程I＝k1×DB+b1，其中，DB(％)为α-1,6糖苷键的百分比，k1为斜率，b1为截距；
(4)使用荧光光谱仪扫描基于不同直链淀粉得到的淀粉-分子转子体系的发射光谱，得到对应的相对荧光强度I；将相对荧光强度I与平均链长ACL拟合得到线性方程I＝k2×ACL+b2，k2为斜率，b2为截距。
2.根据权利要求1所述的淀粉精细结构的快速测定方法，其特征在于，所述分子转子是具有π共轭发色团的荧光试剂，包括久洛啶衍生物、二烷基苯胺衍生物、硼-二吡咯亚甲基衍生物、咔唑衍生物、苯并噻唑衍生物中的任一种。。
3.根据权利要求1所述的淀粉精细结构的快速测定方法，其特征在于，所述有机溶剂为二甲基亚砜，N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、丙酮、四氢呋喃中的任一种。
4.根据权利要求1所述的淀粉精细结构的快速测定方法，其特征在于，所述工作液的摩尔浓度为1-50mM。
5.根据权利要求1所述的淀粉精细结构的快速测定方法，其特征在于，所述工作液与淀粉糊的体积混合比为1:50-100。
6.根据权利要求1所述的淀粉精细结构的快速测定方法，其特征在于，所述荧光光谱仪的检测条件：激发波长范围为250-550nm，样品检测量为0.1-1.0mL。
7.根据权利要求1所述的淀粉精细结构的快速测定方法，其特征在于，所述淀粉包括谷类淀粉、薯类淀粉、豆类淀粉中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的淀粉精细结构的快速测定方法，其特征在于，将所述淀粉替换为淀粉类热加工食品。
9.权利要求8所述的淀粉精细结构的快速测定方法在预测淀粉类热加工食品的加工性能中的应用。
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