稻米直链淀粉研究进展_卢敏

1、 0前言淀粉在自然界中分布很广,是高等植物中常见的组分,也是碳水化合物贮藏的主要形式,主要由直链淀粉和支链淀粉组成。随着直链淀粉和支链淀粉分离技术的不断发展,人们对获得的直链淀粉及其在淀粉工业中的应用产生了极大的兴趣。国外研究人员对不同来源或种类的淀粉级分的分子特性、晶体特性、热特性、黏性等理化特性1-9进行较深入的研究,并取得了大量的应用成果。国内研究人员对稻米直链淀粉的研究工作,主要集中在直链淀粉及其含量对稻米食用品质的影响方面,并取得了大量的成就,但是在其他领域的应用尚未得到足够重视。目前,国内生产中所需用的直链淀粉主要依靠进口,其价格昂贵,是普通淀粉的16倍,每年要花掉大量的外汇。研究

2、和利用稻米直链淀粉的特殊性质,开发附加值较高的稻米直链淀粉及其衍生物制品,必将成为对稻米淀粉有效开发利用的研究热点。同时也为我国杂交水稻(高直链含量的稻米加工转化开辟了一个广阔的应用领域,其前景十分可观。本文综述了稻米直链淀粉的理化特性、应用途径及其分离技术的研究进展。1稻米直链淀粉的结构与理化性质稻米淀粉是谷物淀粉中颗粒最小的一种,其形状多数呈不规则的多角形,且棱角显著10。成熟稻谷的淀粉团粒径长只有39m ,淀粉团粒的平均尺寸是46m 11。许多植物的淀粉颗粒在细胞的淀粉质体或卢敏,殷涌光(吉林大学生物与农业工程学院,长春130022摘要:对近年来国内外稻米直链淀粉的研究进行综述,全面地论

3、述稻米直链淀粉的结构及理化性质、分离原理及方法、应用方向及目标,探讨稻米直链淀粉的发展前景。关键词:稻米直链淀粉;结构;性质;分离技术中图分类号:TS210.1文献标识码:A文章编号:1005-9989(200508-0005-04Advance in the research of rice amylose and separate technologyLU Min,YIN Yong-guang(School of Biological and Agricultural Engineering,Jilin University,Changchun 130022Abstract:The res

4、earch of rice amylose over the recent years was summarized,and the rice amylose in the aspects of its molecular structure and physical and chemical qualities,separate basis and technology,useful field and future opportunities of rice amylose were discussed comprehensively.Key words:rice amylose;stru

5、cture;properties;separate technology稻米直链淀粉研究进展收稿日期:2005-03-20作者简介:卢敏(1963-,女,长春大学环境生态与工程学院食品科学系副教授,博士研究生,研究方向为谷物科学与工程。5 叶绿体中是以单粒形式存在的,而稻米淀粉粒是以复合形式存在于单个淀粉质体中。淀粉质体含有2060个小颗粒,形成球型簇和卵型簇,直径为730m 12-13。稻米直链淀粉是一种线形多聚物,主要是由-D-葡萄糖通过-D-1,4糖苷键连接而成的链状分子,一般由601200个葡萄糖残基组成,分子呈一条直链,但并不是直线形分子,而是由分子内的氢键使链卷曲成螺旋状,每6个葡

6、萄糖残基组成螺旋的每一个螺距,螺距为10.6",在螺旋内部只含氢原子是亲油的,羟基位于螺旋的外侧,分子的一端为非还原尾端,其另一端为还原尾端基14。除了稻米直链淀粉(线形分子外,还有在长链上带有非常有限的分支的分子,分点由-D-1,6糖苷键连接,平均每180320葡萄糖单位有一个支链,分支点-D-1,6糖苷键占总糖甘键的0.3%0.5%14。含支链的稻米直链淀粉分子中的支链有的很长,有的很短。每个分支稻米直链淀粉分子中有2.34.5个分枝,链长约为17.320.9个葡萄糖单位15-16。由于支链点隔开很远,因此它的物理性质基本上和直链分子相同。稻米直链淀粉与极性有机物和碘能生成络合结

7、构,其碘结合力为19.9920.31mg I 2/g 淀粉,碘兰值为0.200.25OD/0.1g 淀粉,特性黏度为74108mL/g ,结晶度为23%25%,稻米直链淀粉与碘的复合物的可见光最大吸收波长为600620nm ,直链淀粉的分子量为0.44×106(籼稻1.62×106(粳稻17。稻米直链淀粉的数均聚合度DPn 为9201100,重均聚合度DPw 为27503800,数均分子量Mn 为1.5×1053.8×105,重均分子量与数均分子量之比为1.23.6,平均分子链长为25032018-19。稻米直链淀粉溶液不稳定,凝沉性强。稻米直链淀粉分子

8、与脂肪易形成螺旋状结构,表现出遇热稳定的性质,并能截留脂肪酸和烃类物质。稻米直链淀粉的分子结构对淀粉的糊化性和老化性有很大的影响,其螺旋状结构中所含的脂肪对淀粉的糊化也有很大的影响,稻米的直链淀粉比支链淀粉更易老化,其老化速度及其结晶性随自身链长不同而异,直链淀粉含量越高,老化速度越快20。遂导致随淀粉含量的升高,淀粉糊的弹性模量逐步升高,当直链淀粉含量为80%时达最大极限值;而淀粉的吸水膨胀能力,则随着直链淀粉含量的升高逐渐降低,当直链淀粉含量为60%时达最低值。在脂肪的存在下,稻米直链淀粉溶液是不透明的,原因是溶液中存在脂肪酸复合物,脱脂的直链淀粉溶液具有良好的透明度。其衍生物(如醋酸衍生

9、物在性质上与纤维素由-1,4葡萄糖苷键组成的直线型葡萄糖多聚物相似,能制成强度很高的纤维如薄膜。稻米淀粉中直链淀粉含量随品种而变化。国际水稻研究所根据直链淀粉含量的高低,将稻米分成糯性(2.0%、极低含量型(3%9%、低含量型(9%20%、中等含量型(20%25%和高含量型(25%5个级别。不同来源的稻米直链淀粉含量见表1。表1各种稻米试样的直链淀粉含量与归属类型稻米类别样品数试样来源直链淀粉含量平均值(%直链淀粉含量归属类型籼米3四川24.89中等含量型和高含量型粳米8江苏、吉林、天津21.54中等含量型粳稻谷4辽宁、黑龙江、天津15.81低含量型杂交稻米8江苏25.05多数属高含量型,少数

10、属中等含量型籼糯米2四川0糯性粳糯米6四川、江苏0糯性黑米5江苏、吉林13.61低含量型2稻米直链淀粉的分离原理和方法稻米直链淀粉的分离主要是利用其凝沉特性来实现的。其纯化程度取决于其应用方向(研究和工业生产。分离的原则:(1不能使淀粉的性质发生变化;(2淀粉不能发生降解。2.1盐析法利用直链淀粉和支链淀粉在同一盐浓度下盐析所需温度不同将直链淀粉分离出来。直链淀粉和支链淀粉在室温下都能从13%硫酸镁溶液中沉淀,但在80只有直链淀粉能沉淀。这种分离方法的分离效率和纯度都在90%以上。2.2凝沉分离法(回生与控制结晶分离法直链淀粉具有很强的凝沉性质,易于结合成结晶状沉淀出来,不需用任何络合剂,利用

11、这种性质可将直链淀粉分离出来。直链淀粉凝沉的速率是时间、温度、pH 、直链淀粉的浓度和所用溶解方法的函数。2.3正丁醇沉淀法(选择沥滤法利用直链淀粉与正丁醇可形成结晶性复合物的特性来分离直链淀粉。首先将充分脱脂的淀粉的水悬浮液保持在糊化温度或略高于糊化温度的情况下,6 由于直链淀粉易溶于热水,并形成黏度很低的溶液。根据这一特性,用热水处理,将淀粉粒中低分子量的直链淀粉溶解出来,残留的粒状物可采用离心分离除去,上层清液中的直链淀粉再用正丁醇形成结晶性复合物沉淀析出。此复合物沉淀后再用乙醇洗去正丁醇,最后得到直链淀粉。这是实验室目前普遍采用的方法2.4溶液分散法利用直链淀粉与有机化合物形成不溶性复

12、合物的特性来分离直链淀粉。首先将淀粉粒分散成为溶液,然后添加适量的有机化合物,使直链淀粉成为一种不溶性的复合物而沉淀。常用的有机化合物有正丁醇、百里香酚和异戊醇等。江南大学杨光、丁文平等人和浙江大学刘志强都采用碱液分散法取得了较好的分离效果。由于稻米中80%的蛋白为碱溶性蛋白,并且直链和支链的结合较紧密。为了破坏淀粉的内部结构使淀粉分散,必须先进行预处理,常用的方法有高压加热法、碱液增溶法和二甲基亚砜法。2.5酶脱支法在加热糊化的淀粉溶液中加入一定量的异淀粉酶,异淀粉酶有选择地水解-1,6葡萄糖苷键,将支链淀粉中的分枝部分除去,使原来的大分子支链淀粉有选择地水解成为小些的直链淀粉分子,同时使溶

13、液黏度下降,采用离心方法可将大分子的、成为固体组分沉淀下来的直链淀粉分离出来。酶的添加量根据淀粉糊化液初始温度、期望黏度降低的程度和范围、酶的活性、淀粉溶液的浓度和反应条件等来决定。一般来说,所用酶的量以能开始有效地从淀粉溶液中析出直链淀粉沉淀物为原则。正常情况下,所用酶的量是以在24h 内最好在12h 内将淀粉糊化液黏度降低到10000mPa s 以下来确定。该法由于酶的添加,淀粉溶液的浓度可增加到25%40%。淀粉的预糊化可在常压下进行,一般加热到95100即可。3稻米直链淀粉应用方向直链淀粉在淀粉深加工工业中已成为不可缺少的原料,尤其当今世界石油资源匮乏更显重要。由于直链淀粉的抗切力、强

14、度高和良好的抗水性,可用于起皱和胶黏剂工业。直链淀粉还可用于多种胶片和各种胶条的制造,用直链淀粉制造的胶片具有突出的透明度、弹性、抗拉强度和抗水性。直链淀粉可使淀粉发泡产品的密度下降,硬度增大而剪切强度下降。直链淀粉不仅在强化食品的物性改良与品质方面应用广泛,而且直链淀粉及其衍生物制品在食品、医药、工农业以及生态环境材料方面也有广泛的用途。用直链淀粉可制造一种半透明纸,不透氧气和氮气,透二氧化碳和脂肪也很少,且这种纸可食用;直链淀粉和环氧丙烷可合成羟丙基淀粉,其具有成膜不透氧性、保水性、受pH 值影响小的非离子特性,无毒、易溶于水,具有良好的生物降解性。美国曾申请过直链淀粉生产薄膜的专利,这种

15、膜不管是冷还是热的情况下都不溶化,即可包装粉料又可包装速冻食品。美国玉米公司在内布拉斯加(中西部研究所驻地建立了大型的直链淀粉膜的实验工厂。目前,国外直链淀粉衍生物已广泛应用于食品、造纸、纺织、医药、皮革、选矿、涂料、塑料、铸造、环保和日用化妆品等工业部门。表2直链淀粉及其衍生物的应用应用方向应用目标性能包装材料食品包装、普通包装与覆盖层、药品及糖果类包装高透明度、无毒、可食、不透油、不透氧、耐水、增塑、可生物降解等食品添加剂各种糕点、面包、果酱、果汁、肠类、果胶与胶质蜜饯等改善品质、抗老化性、增稠、减少收缩、降低凝胶化时间医药工业药品造粒黏合剂、血浆增量剂、绷带、缝合线等无毒、水溶性、黏合纺

16、织工业印花浆料、纺织浆料等高黏度与所需求的不黏着的低稠度,提高润滑性和耐磨性建筑材料吸声贴片、瓦楞板、混凝土等黏合、高度保水性和成膜性日用化工造纸工业化妆品等影印制版保护涂膜液、美术纸和涂料的涂饰薄膜等成膜性、透明性、水溶性高强度、高弹性、高硬度、高透明度目前,直链淀粉及其衍生物在多个领域取得较显著的进展(见表2。国内淀粉和淀粉衍生物的研发主要以玉米和木薯这两类淀粉为主要原料。我国有丰富的稻米资源,稻米淀粉结构和性质的独特性,使得稻米淀粉能更好地满足一切特殊的应用需求。随着科研人员对其研发的不断深入,稻米直链淀粉将会有更广阔的应用领域。参考文献:1C C Manigat,B O Juliano

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