項目文章|小球藻MBFJNU-17的超小粒徑淀粉

淀粉被廣泛應用于日常生活的不同領域,具有提供卡路里、乳液穩定和營養物包封等作用。淀粉的功能性通常受不同結構和顆粒大小的影響。特別是,小粒徑的淀粉具有更好的Pickering乳液穩定性,還可以提升品包裝的機械、阻隔和熱穩定性能。因此,科學家們對獲取新型小顆粒淀粉的工作特別感興趣。
2022年11月,International Journal of Biological Macromolecules(IF=8.02)雜志上發表了一篇題為“A novel very small granular starch from Chlorella sp. MBFJNU-17”的研究論文。該研究論文首次從小球藻中提取出超小粒徑的淀粉,并對其進行了結構表征,為非常小的顆粒淀粉生產的原料篩選提供理論指導。我公司參為淀粉相變行為及鏈結構測試提供技術支持,同時在數據分析提供幫助。

小球藻粉和藜麥種子

小球藻粉和藜麥種子在0.45%的Na2S2O5溶液中,4℃條件下浸泡12 h。將浸泡后的藜麥種子置于研磨機中全速研磨2 min。將浸泡后的小球藻使用高壓均質機在50Mpa壓力下處理三個周期。用尼龍紗布分別過濾小球藻和藜麥種子的處理液,然后在轉速為5000×g條件下離心3 min,棄上清。用刀刮去沉淀的上層,取剩余沉淀物重懸于磷酸鹽緩沖液中(pH 7.5),在轉速為3000×g條件下離心3 min,棄上清,重復5次操作。將所得的淀粉顆粒用胰蛋白酶和乙醚處理以去除蛋白和脂類雜質。最后,將淀粉用蒸餾水洗滌三次,在35℃的烘箱中干燥36小時,得到小球藻和藜麥兩種不同的淀粉干粉。

微藻和藜麥淀粉的蛋白質、脂質和灰分含量都很低,說明提取得到的兩種淀粉純度較高(表1)。
圖1A是脫支鏈淀粉的典型重量鏈長分布,在X>100處的脫支鏈淀粉通常被表征為直鏈淀粉鏈,在X≤ 100為支鏈淀粉鏈。直鏈淀粉可分為短直鏈淀粉(100<X≤ 1000)、中等直鏈淀粉(1000<X≤ 5000)和長直鏈淀粉級分(5000<X≤ 20000)。由表2可知,兩種淀粉的直鏈淀粉含量均高于10%,而藜麥淀粉的直淀粉含量高于小球藻淀粉。與藜麥淀粉相比,小球藻的短直鏈和中等直鏈淀粉含量更低,長直鏈淀粉含量水平相當。
圖1 淀粉多尺度結構的表征(去支鏈藜麥和小球藻淀粉的SEC重量鏈長度分布(A)、X射線衍射圖案(B)、粒度分布(C)、粘貼曲線(D)、SEM圖像(E))。
由表1可知,藜麥淀粉54.77℃開始糊化(To),結束于67.27℃(Tc),焓值為8.09J/g(△H)。小球藻淀粉比藜麥淀粉的To、Tp和Tc值更高,說明具有更高的熱穩定性。此外,小球藻淀粉焓值也比藜麥淀粉更高,這表明小球藻淀粉含有更有序的分子結構。
由圖1B可知,藜麥淀粉和小球藻淀粉都在約15、17、18和23°(2θ)處顯示出了特征峰,說明兩種淀粉都是A型晶體結構。此外兩種淀粉在20°(2θ)處也有一個明顯峰,說明兩種淀粉還存在V型晶體結構。
由圖2A可知,藜麥淀粉在約0.6nm-1處有一個明顯的峰,說明藜麥淀粉主要為層狀結構。小球藻淀粉在約1.2nm-1處還存在一個額外的峰,說明小球藻淀粉顆粒內的還有另一個半結晶薄片結構。
圖2 藜麥和小球藻淀粉的SAXS模式(原始SAXS模式(A)、藜麥淀粉SAXS模式的擬合曲線(B)、小球藻淀粉SAXS模式的擬合曲線(C)、一維相關函數剖面(D))
圖1E是兩種淀粉的掃描電鏡圖。由圖可知,藜麥淀粉顆粒呈不規則、有角和多邊形,表面幾乎光滑。小球藻淀粉顆粒不規則,幾乎呈橢圓形,表面光滑,沒有明顯的損傷/裂縫跡象。根據顯微照片,發現藜麥淀粉和小球藻的尺寸均為約1μm,小球藻淀粉粒徑略小于藜麥淀粉粒徑。
由表4可知,煮熟的藜麥淀粉幾乎在120分鐘內消化,前20分鐘消化率為84.96%,120分鐘消化率達91.44%。與煮熟的藜麥淀粉相比,煮熟的小球藻淀粉顯示出較高的快速消化淀粉(RDS)含量、較低的慢速消化淀粉(SDS)含量和相同的抗性淀粉(RS)含量。

在本研究中,首次從小球藻MBFJNU-17中提取出了淀粉顆粒,并對其進行了系統表征。與藜麥淀粉相比,小球藻淀粉具有更小的尺寸,這表明小球藻MBFJNU-17將是非常小顆粒淀粉的良好資源。此外,小球藻淀粉含有較少的直鏈淀粉、較長的支鏈淀粉分支和結晶結構、較薄的無定形薄片、較厚的結晶薄片、較好的熱穩定性和較低的酶消化。研究結果為開發生產新型易得的小顆粒淀粉提供了新思路。
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