淀粉線性糊精的分離與篩選主要通過(guò)色譜、超濾和梯度反相溶劑法實(shí)現(xiàn)。色譜和超濾需要特定的色譜柱和膜材料，由于設(shè)備投資和操作成本高，限制了它們?cè)诙嗵欠蛛x中的應(yīng)用；而梯度反相溶劑法不需要特殊設(shè)備，只需要攪拌槽和離心機(jī)等簡(jiǎn)單設(shè)備，因此在糊精分離中得到廣泛應(yīng)用。但是，梯度反相溶劑法操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不便于大規(guī)模的糊精分離。因此，開發(fā)一種簡(jiǎn)便可行的分離方法將有助于線性糊精的高效分離與篩選。
2022年9月，F(xiàn)ood Hydrocolloids（IF= 11.5）雜志上發(fā)表一篇題為“A facile method for classifying starch fractions rich in long linear dextrin”的研究論文。該研究利用線性糊精聚集體熱穩(wěn)定性差異分離獲得長(zhǎng)鏈線性糊精，建立長(zhǎng)鏈線性糊精分離的方法，為線性糊精的分離與篩選提供理論指導(dǎo)。我司提供淀粉分子量及鏈長(zhǎng)分布技術(shù)支持，同時(shí)在數(shù)據(jù)分析方面提供幫助。
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研究材料
蠟質(zhì)玉米淀粉(WMS)及普魯蘭酶
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研究方法
WMS淀粉乳經(jīng)100 ℃加熱30 min后冷卻至58 ℃，并將淀粉糊pH調(diào)為5.2，加入240 ASPU/g淀粉的普魯蘭酶酶解24 h。隨后，將淀粉酶解液置于-80 ℃冰箱冷凍，冷凍干燥后用乙醇洗滌并鈍化普魯蘭酶。所得淀粉配置成淀粉乳并置于60-90 ℃加熱20 min；經(jīng)70和80 ℃加熱處理的淀粉乳在5000 r/min條件下離心5 min，獲得的沉淀物分別標(biāo)記為P70、P80，所得上清液標(biāo)記為S70、S80。冷凍干燥后的淀粉酶解液標(biāo)記為DWMS。
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實(shí)驗(yàn)路線
蠟質(zhì)玉米淀粉的脫支處理→脫支淀粉熱處理與不同淀粉片段分離→淀粉熱穩(wěn)定性及精細(xì)結(jié)構(gòu)解析（DSC、SEC、HPAEC）
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研究結(jié)果
1 不同溫度下脫支淀粉溶液的外觀
脫支淀粉溶液在25 ℃時(shí)呈乳白色、不透明，隨著溫度從60 ℃增加到90 ℃，溶液逐漸變?yōu)橥该鳎欢?0和80 ℃熱溶液中也含有淀粉顆粒，說(shuō)明此時(shí)溶液含有一些耐熱淀粉結(jié)構(gòu)（圖2）。
圖1 不同溫度下脫支淀粉溶液的外觀
2 淀粉的熱性質(zhì)
由圖3中可知，WMS和DWMS在DSC曲線上都表現(xiàn)出相變峰(G)。DWMS的相轉(zhuǎn)變范圍是58.8-95.4 ℃，說(shuō)明脫支淀粉在60-90 ℃范圍內(nèi)發(fā)生部分相轉(zhuǎn)變（表1）。P70和P80分別在87.9-116.2 ℃和94.0-120.2 ℃范圍內(nèi)發(fā)生相轉(zhuǎn)變，表明所制備的淀粉具有較高耐熱性。P80表現(xiàn)出比P70更高的糊化溫度，標(biāo)明P80可能含有更多耐熱性較低的淀粉結(jié)構(gòu)。
圖2 淀粉的DSC曲線
表1 淀粉的相轉(zhuǎn)變參數(shù)
3 淀粉分子尺寸分析
如圖4所示，WMS在35-60 min出現(xiàn)一個(gè)洗脫峰，對(duì)應(yīng)支鏈淀粉的洗脫峰，而其余淀粉在50-65 min、71-77 min和77-90 min出現(xiàn)的3個(gè)洗脫峰可能分別歸屬于分子量較低的支鏈淀粉、長(zhǎng)鏈線性糊精和短鏈線性糊精。從圖4B可以看出，所有脫支淀粉的Rh都要小得多(< 40 nm)。Zhao等人(2021)報(bào)道，Rh大于30 nm左右的淀粉鏈歸屬于支鏈淀粉。P70和P80在1.7 < Rh < 5.0 nm范圍內(nèi)表現(xiàn)出較高的峰值強(qiáng)度，說(shuō)明這兩種淀粉含有更多的長(zhǎng)鏈線性糊精。
圖3 SEC-RI色譜圖的RI響應(yīng)（A）和SEC重量分布（w(log (Vh)))與淀粉分子大小（Rh）的關(guān)系
4 淀粉分子量分析
淀粉的分子量分布見(jiàn)表2。經(jīng)過(guò)普魯蘭酶脫支處理后，淀粉分子鏈顯著降低。與DWMS相比，S70和S80不含80 k < Mw < 800 k g/mol (DP 500-5000)，但含有較少的8 k < Mw < 80 k g/mol (DP 50-500)和較多的Mw < 8 k g/mol (DP <50)，說(shuō)明S70和S80含有較多的短鏈線性糊精。此外，P70和P80的分子量< 5 k g/mol的組分比例較低，而5 k < Mw < 8 k g/mol的組分(DP 31-50)和8 k < Mw < 80 k g/mol的組分比例較高(DP 50-500)，說(shuō)明這兩種淀粉可能含有更多的長(zhǎng)鏈線性糊精。
表2 淀粉分子量分布
5 淀粉鏈長(zhǎng)分布
淀粉的鏈長(zhǎng)分布如表3所示。不同淀粉的平均鏈長(zhǎng)順序?yàn)镾70 < S80 < DWMS < P70 = P80，表明該方法對(duì)長(zhǎng)鏈糊精分離效率較高。與DWMS相比，S70和S80表現(xiàn)出更多的DP 6-24片段，P70和P80表現(xiàn)出較少的DP 6-24片段和較多的DP > 25片段，表明P70和P80含有較多長(zhǎng)鏈線性糊精。
表3 支鏈淀粉的鏈長(zhǎng)分布
6 長(zhǎng)鏈線性糊精分離的機(jī)制探討
長(zhǎng)鏈線性糊精分離的機(jī)制如示意圖5所示。脫支淀粉在脫支過(guò)程中形成了相對(duì)有序的結(jié)構(gòu)。根據(jù)研究結(jié)果，有序結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性與線性糊精的鏈長(zhǎng)呈正相關(guān)(表1和表3)。因此，脫支淀粉在70和80 ℃的溶液中部分糊化并促進(jìn)有序性較低、熱穩(wěn)定性較差的淀粉結(jié)構(gòu)溶解，繼而游離出短鏈線性糊精（表2、表3）。因此，溶液離心沉淀物中長(zhǎng)鏈線性糊精含量較高。
圖4 長(zhǎng)鏈線性糊精分離過(guò)程中淀粉結(jié)構(gòu)變化的示意圖
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總結(jié)
在本研究中，通過(guò)對(duì)脫支淀粉溶液進(jìn)行簡(jiǎn)單加熱和離心即可實(shí)現(xiàn)從DWMS中分離獲得富含長(zhǎng)鏈線性糊精的淀粉片段。淀粉脫支過(guò)程中產(chǎn)生的線性糊精形成的有序結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性與線性糊精的鏈長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)關(guān)系。在70或80 ℃加熱過(guò)程中，結(jié)構(gòu)有序性較低、熱穩(wěn)定性較差的淀粉結(jié)構(gòu)溶解在溶液中，此時(shí)通過(guò)離心可以除去短鏈線性糊精，得到富含長(zhǎng)鏈線性糊精的淀粉片段。研究結(jié)果為長(zhǎng)鏈線性糊精的分離與篩選提供了一種新方法。
