一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法及应用

本发明属于高分子化学领域，尤其是涉及一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法及应用。

背景技术：

1、淀粉广泛存在于小麦、马铃薯和水稻等多种作物的种子、根和块茎中，是食品和非食品工业的重要原料。淀粉不仅用于食品，还广泛用于生物医学、可生物降解材料和造纸等领域。天然淀粉具有复杂的多尺度结构，从小到大依次可以分为以下几个层次：葡萄糖单元、双螺旋结构、片层结构、超螺旋结构、小体结构、半晶生长环结构和淀粉颗粒。淀粉的多尺度结构可以通过多种技术手段来进行表征。一方面，淀粉的长程分子有序性代表结晶度，通常由x射线衍射(xrd)和小角x射线散射(saxs)技术表征。另一方面，淀粉的短程分子有序性反映局部的螺旋结构排列顺序，可以通过拉曼光谱(raman)、傅里叶变换红外光谱(ftir)和核磁共振技术(nmr)来表征。淀粉的多尺度结构是影响淀粉在食品加工中功能特性和营养特性的关键因素。例如，加工后的淀粉消化率和消化程度主要取决于淀粉加工后残留的有序结构的含量。

2、在大多数工业应用中，半结晶淀粉颗粒通常被糊化或塑化成非晶形态。没有淀粉晶体x射线衍射峰或差示扫描量热法(dsc)吸热峰的凝胶化或塑化淀粉被认为失去了长程有序结构，但仍包含一些残留的短程有序结构。到目前为止，对于凝胶化/塑化淀粉中的这些短程有序结构还缺乏足够的认识，甚至还不清楚其应该如何定义。在我们之前的研究中，我们认为凝胶化淀粉中的短程有序性可能是部分解开的双螺旋、独立的双螺旋或小的双螺旋簇。残留在凝胶化或塑化淀粉中的短程有序结构被认为是凝胶化/塑化淀粉的功能性质和淀粉基产品性能的重要决定因素。然而，目前仅有我们构建了用于凝胶化淀粉中短程有序性结构的定性表征方法，但是有关其定量表征方法还未见报道。通过构建的定性表征方法研究发现，凝胶化淀粉中残留的短程分子有序程度对回生、凝胶特性和体外酶消化有显著影响。然而，定性表征方法并不能够从量化指标上理解加工淀粉中结构与功能的相关性，也就无法为加工淀粉或淀粉类产品的品质或功能控制提供良好地理论指导。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法及应用。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法，包括如下步骤：

4、(1)无定形淀粉的制备：将淀粉加入至去离子水中，混合后得到淀粉-水混合物，将所述的淀粉-水混合物静置后加热，得到凝胶化的淀粉糊，将所述的凝胶化的淀粉糊冷冻干燥后得到所述的无定形淀粉；

5、(2)不同短程有序性凝胶化淀粉的制备：将淀粉加入至去离子水中，混合后得到淀粉-水混合物，将所述的淀粉-水混合物静置后加热、压平、冷冻干燥后得到所述的不同短程有序性凝胶化淀粉；

6、(3)将所述的无定形淀粉与所述的不同短程有序性凝胶化淀粉进行检测，将得到的x射线衍射谱图进行分峰拟合，得到含水量与2θ峰的强度、相对峰面积、半峰宽的线性关系即成。

7、将待测样品制成表面平整的块状样品后进行x-射线衍射检测，得到x射线衍射谱图，将其2θ峰的强度与半峰宽代入至所述的步骤(3)的线性关系中，得到的2θ峰的相对峰面积即为该待测样品的短程有序结构的含量。

8、进一步，所述的步骤(1)中的淀粉与所述的步骤(2)中的淀粉相同或不同；所述的步骤(1)中的淀粉为a-、b-或c-型淀粉中的至少一种；优选的，所述的步骤(1)中的淀粉为小麦淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉、山药淀粉或大米淀粉中的至少一种；所述的步骤(2)中的淀粉为a-、b-或c-型淀粉中的至少一种；优选的，所述的步骤(2)中的淀粉为小麦淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉、山药淀粉或大米淀粉中的至少一种。进一步，所述的步骤(1)中的淀粉-水混合物的水分含量为95-99％(w/w)。

9、进一步，所述的步骤(1)中的加热步骤的温度为120-130℃，时间为30-60min。

10、进一步，所述的步骤(2)中的淀粉-水混合物的水分含量为70-95％(w/w)。

11、进一步，所述的步骤(2)中的加热步骤的温度为80-100℃，时间为2-10min。

12、进一步，所述的步骤(2)中的检测步骤的条件为工作电压为40kv，工作电流为40ma，扫描速率为2°/min，步长为0.06°，扫描范围为5～50°。

13、进一步，所述的步骤(3)中的2θ为5～50°。

14、进一步，所述的步骤(3)中的分峰拟合步骤具体为：先进行线性基线校正，然后拟合函数选取高斯函数；所述的步骤(3)中的2θ峰的相对峰面积＝2θ峰面积/所有衍射峰的面积。

15、一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法的应用，所述的定量表征方法在食品、化工或医药领域中的应用。

16、相对于现有技术，本发明具有以下优势：

17、本发明所述的凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法：首先制备无定形淀粉和凝胶化淀粉，然后通过分析无定形淀粉和凝胶化淀粉x-射线衍射图谱的差异，首次找到了凝胶化淀粉短程有序性的特征衍射峰，并用特征峰的相对峰面积比例来描述凝胶化淀粉中短程有序结构的含量，对于深入理解加工淀粉类食品和其他产品中凝胶化或塑化淀粉短程有序结构-功能特性相关性提供了方法依据。

18、本发明所述的一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法适用于a-、b-和c-型淀粉，为更好地研究凝胶化或塑化淀粉结构与功能特性之间的相关性奠定了理论基础。

技术特征：

1.一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的淀粉与所述的步骤(2)中的淀粉相同或不同；所述的步骤(1)中的淀粉为a-、b-或c-型淀粉中的至少一种；优选的，所述的步骤(1)中的淀粉为小麦淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉、山药淀粉或大米淀粉中的至少一种；所述的步骤(2)中的淀粉为a-、b-或c-型淀粉中的至少一种；优选的，所述的步骤(2)中的淀粉为小麦淀粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉、山药淀粉或大米淀粉中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的淀粉-水混合物的水分含量为95-99w/w％。

4.根据权利要求1所述的一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的加热步骤的温度为120-130℃，时间为30-60min。

5.根据权利要求1所述的一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的淀粉-水混合物的水分含量为70-95w/w％。

6.根据权利要求1所述的一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的加热步骤的温度为80-100℃，时间为2-10min。

7.根据权利要求1所述的一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的检测步骤的条件为工作电压为40kv，工作电流为40ma，扫描速率为2°/min，步长为0.06°，扫描范围为5～50°。

8.根据权利要求1所述的一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的2θ为5～50°。

9.根据权利要求1所述的一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法，其特征在于：所述的步骤(3)中的分峰拟合步骤具体为：先进行线性基线校正，然后拟合函数选取高斯函数；所述的步骤(3)中的2θ峰的相对峰面积＝2θ峰面积/所有衍射峰的面积。

10.一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法的应用，其特征在于：所述的定量表征方法在食品、化工或医药领域中的应用。

技术总结
本发明提供了一种凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法及应用，包括如下步骤：(1)无定形淀粉的制备；(2)不同短程有序性凝胶化淀粉的制备；(3)分别将所述的无定形淀粉与所述的凝胶化淀粉进行检测，将得到的X射线衍射谱图进行分峰拟合，得到含水量与2θ峰的强度、相对峰面积、半峰宽的线性关系。本发明所述的凝胶化淀粉短程有序性的定量表征方法及应用，首先制备无定形淀粉和凝胶化淀粉，然后通过分析无定形淀粉和凝胶化淀粉X‑射线衍射图谱的差异，首次找到了凝胶化淀粉短程有序性的特征衍射峰，并用特征峰的相对峰面积比例来表征凝胶化淀粉中短程有序结构的含量。该方法在食品、化工或医药领域中具有潜在的广泛应用。

技术研发人员：王书军,刘泽松,王晋伟,于璟琳
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13