第24卷第2期
2001年4月合肥工业大学学报(自然科学版) JOU RNAL O F H EFE I U N I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY . 24N o . 2V o l A p r . 2001, , 2
(1. 合肥工业大学2. 无锡轻工大学食品学院, 江苏无锡 214036)
摘 要:, 随着沉淀剂正丁醇的加入, 直链淀粉分子与正丁醇形成重结晶, 并按分子量的大小逐渐进入凝聚相, , 得到纯化的葛根直链淀粉组分。利用M ark 2Houw ink 方程, 在准确测定葛根直链淀粉溶液特性粘度[Γ]的基础上, 计算出葛根直链淀粉的分子量M Γ为4. 06×105。
关键词:分级分离; 葛根直链淀粉; 特性粘度; 分子量
中图分类号:Q 539. 1 文献标识码:A 文章编号:100325060(2001) 0220203204
D eterm i na tion of m olecular we ight of p uera ria
loba ta (W illd . ) Ohw i am ylose
122DU X ian 2feng , XU Sh i 2ying , W AN G Zhang
(1. D ep t . of B i o logy and Food Engineering , H efei U niversity of T echno logy , H efei 230009, Ch ina ; 2. Schoo l of Food Science and T echno logy, W uxi U niversity of L igh t Industry, W uxi 214036, Ch ina )
Abstract :P uera ria loba ta (W illd . ) O hw i starch w as fracti onated by recrystallizati on of am ylo se 2n 2bu tano l com p lex to sep arate the tw o com ponen ts —am ylo se and am ylop ectin . B ased on the determ inati on of the am ylo se li m iting visco sity num ber [Γ], the visco sity average m o lecu lar w eigh t (M Γ) w as deduced to be 4. 06×105by M ark 2Houw ink equati on .
Key words :fracti onati on ; p uera ria loba ta (W illd . ) O hw
i am ylo se ; li m iting visco sity num ber [Γ]; m o lecu lar w eigh t
0 引 言
葛根隶属于豆科葛属p uera ria DC 多年生落叶藤本植物野葛p uera ria loba ta (W illd . ) O hw i 的块根。鲜葛根中淀粉的含量一般在20%左右, 葛根淀粉具有一系列有别于其它淀粉的显著特点, 如淀粉糊具有极高的透明度, 且不易老化; 所形成淀粉凝胶的弹性模量远低于马铃薯淀粉凝胶的弹性模量, 并表现出极好的凝胶弹性等。
在淀粉所含的2种主要组分直链淀粉和支链淀粉中, 直链淀粉的含量及其分子量、分子的平均聚合收稿日期:2000206230; 修改日期:2001201220
作者简介:杜先锋(1963-) , 男, 安徽合肥人, 博士, 合肥工业大学副教授, 硕士生导师;
许时婴(1940-) , 女, 上海市人, 无锡轻工大学教授, 博士生导师;
王 璋(1941-) , 男, 上海市人, 无锡轻工大学教授, 博士生导师. [1]
204 合肥工业大学学报(自然科学版) 第24卷
[2～5]度等分子结构参数与淀粉糊的透明度、老化速率及形成凝胶的性能密切相关。直链淀粉是由数目较
大的结构单元——葡萄糖聚合而成的线性分子, 线性聚合物溶液的基本特性之一是具有较高的粘度, 其粘度值与分子量有关。将淀粉充分分散于二甲亚砜、甲酰胺或碱溶液中, 直链淀粉分子克服自身的内聚力而充分伸展, 极性基团暴露, 很容易与碘及一些极性化合物如正丁醇、百里酚及有机酸等通过氢键相互缔合, 形成结晶性络合物而沉淀。采用粘度法来测定葛根直链淀粉分子量, 论依据。
1 实验部分
1. 1
正丁醇、、氢氧化钾及氢氧化钠等化学试剂均为分析纯; 玉米直链淀粉(德国Carl Ro th KG 公司) ; Sep haro se 2B (瑞典Pharm acia 公司) ; 电热真空干燥箱(上海实验仪器总厂) ; 乌氏粘度计(毛细管直径
0. 78mm , 上海玻璃仪器一厂) 。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 淀粉组分的分级分离
取一定量的葛根淀粉, 用95%乙醇以Soxh let 提取器回流24h , 进行充分的脱脂处理, 然后将样品干燥(40℃, 48h ) , 过80目筛, 再按以下步骤进行分级分离:
1. 2. 2 葛根直链淀粉溶液的特性粘度([Γ])
准确称取0. 6018g 葛根直链淀粉(干基) 置于烧杯中, 先以1mL 95%乙醇将其分散, 然后加入
第2期 杜先锋, 等:
葛根直链淀粉分子量的测定20560mL 0. 5m o l L KO H , 沸水浴中加热轻微搅拌10m in , 冷却至室温过夜, 再定量转移至100mL 容量瓶中, 用0. 5m o l L KO H 溶液定容至刻度。
在乌氏粘度计中, 用移液管加入15mL 上述配制好的直链淀粉溶液, 在25℃测定流动时间, 重复操作3次, 然后求平均值t 1。加5mL 0. 5m o l L KOH 再测定流动时间t 2。同法再依次加入5mL 、5mL 、5mL 0. 5m o l C 4、C 5, t 3、t 4、t 5。每L KO H , 使在粘度计中直链淀粉溶液的浓度分别为C 3、
次加KO H 必须用洗耳球来回抽气, 使溶液混合均匀。, 用5m o 流动时间t 0。
1. 2. 3 碘亲和力和蓝值的测定
[7]22. 1 直链淀粉的纯度
采用粘度法测定聚合物的分子量时, 聚合物必须是线性无分支的分子。由于在淀粉的组成中含有以21, 6糖苷键与主链相连的带有分支链的支链淀粉, 因此对淀粉组分的分级分离将直接关系到对直链Α
淀粉分子量测定的准确性。将淀粉充分分散于碱溶液中, 直链淀粉便从溶液中分离出来, 使溶液分成两相(相分离) , 即溶液相和凝聚相。溶液中直链淀粉分子能否进入凝聚相以及在凝聚相中所占的比例取决于直链淀粉分子量的大小、溶剂的良性程度和温度的高低。显然直链淀粉分子量越大, 溶剂的良性程度越差, 温度越低, 越有利于产生相分离。
当葛根淀粉以N aO H 溶解时, 再加入沉淀剂正丁醇, 溶液中直链淀粉分子量最大的成分首先进入凝聚相, 产生相分离, 接着分子量较小的直链淀粉分子也进入凝聚相, 从而依次得到分子量不等的若干直链淀粉组分——“级分”。支链淀粉因呈树枝状结构, 存在空间位阻, 故不易形成沉淀。
由图1a 可见, 显示在洗脱液的外水体积有一明显的吸收峰, 将此峰收集并测得其碘亲和力和蓝值分别为0. 08和0. 133, 这些数值都是典型的支链淀粉的特征, 表明在Sep haro se 2B 凝胶层析的外水体积中出现的级分为支链淀粉。图1b 是经正丁醇重结晶8次的葛根直链淀粉的凝胶层析图, 其外水体积中无吸收峰, 表明经正丁醇重结晶8次可得完全纯化的葛根直链淀粉。
图1试验条件:层析柱内直径1. 6c m 、高70c m , 洗脱剂50mm o l L N aC l (含0. 02%叠氮钠) , 洗脱速率为10mL h , 每管收集5mL , 苯酚硫酸法比色
。
(a ) 葛根淀粉 (b ) 葛根直链淀粉
图1 葛根淀粉和经重结晶8次的葛根直链淀粉的凝胶层析图
2. 2 葛根直链淀粉分子的粘均分子量M Γ
高分子线性聚合物在较稀的浓度范围内其溶液的粘度与浓度的关系符合H uggin s 方程, 即
2=[Γ]+k [Γ]C C (1)
206 合肥工业大学学报(自然科学版) 第24卷
t 0式中 Γsp ——增比粘度, Γsp =
Γsp C 、Γ、C ——分别表示比浓粘度、特性粘度和直链淀粉溶液的浓度
t 、t 0——分别表示溶液在毛细管内流动的时间和纯溶剂在毛细管内流动的时间
k ——H uggin s 常数
作Γsp C —C 图, 并外推至C →0处Y ,
m
从图2看出葛根直链淀粉和玉米直链淀
粉的比浓粘度对浓度均具良好线性关系, 相关系数为r 葛根=0. 9741, r 9根据图2[Γ]=212mL g M ark 2Houw 方程给出特性粘度与粘02所示。
均分子量之间的关系为
[Γ]=K (M Γ) Α(2)
Α、K 值与溶剂的性质、浓度以及测定时
的温度有关。在本实验条件(溶剂为KO H , 浓
1. 玉米直链淀粉 2. 葛根直链淀粉度为0. 5m o l L , 测定温度为25℃) 下, 根据
图2 葛根直链淀粉和玉米直链淀粉比浓粘度—浓度图-3文献[8]采用Α=0. 76, K =8. 50×10。将
5[Γ]、Α、K 值代入(2) 式, 得葛根直链淀粉的分子量M Γ=4. 06×10。
3 结 论
本文通过正丁醇与直链淀粉形成重结晶的方式对葛根淀粉组分进行分级分离, 最终得到完全纯化的葛根淀粉组分——葛根直链淀粉。采用0. 5m o l L KO H 为溶剂, 在25℃条件下, 测得葛根直链淀粉
5溶液的特性粘度[Γ]=212mL g , 从而推算出葛根直链淀粉的分子量M Γ为4. 06×10。
[参 考 文 献]
[1] 杜先锋. 葛根淀粉的研究[D ]. 无锡:无锡轻工大学食品学院, 1999.
[2] M iles M J , M o rris V J , R ing S G . Gelati on of am ylo se [J ]. Carbohydr R es , 1985, 135(2) :257—269.
[3] O ates , Ch ristopher G . Tow ards an understanding of starch granule structure and hydro lysis [J ]. T rends Food Sci T echno l , 1997,
8(11) :375—382.
[4] 久下 乔. 淀粉の物性[J]. 淀粉科学, 1992, 39(1) :51—56.
[5] J ideani I A , T akeda Y, H izukuri S . Structures and physicochem ical p roperties of starches from A cha (D ig ita ria ex ilis ) , Iburu
(D . I bu rua ) , and T am ba (E leusine coracana ) [J ]. Cereal Chem , 1996, 73(6) :677—685.
[6] T akeda Y , H izukuri S , T akeda C , et al . Structures of branched mo lecules of am ylo ses of vari ous o rigins , am d mo lar fracti ons of
barnched and unbranched mo lecules [J ]. Carbohydr R es , 1987, 165(1) :139—145.
[7] 铃木绫子, 金山睦子, 柴沼清, 等. ゎらび淀粉の构造と性质[J ]. 应用糖质科学, 1994, 41(1) :41—47.
[8] W h istler R L . M ethods in carbohydrate chem istry I V —Starch [M ]. N ew Yo rk
and L ondon :A cadem ic P ress , 1964. 67—73.
(责任编辑 张秋娟)
第24卷第2期
2001年4月合肥工业大学学报(自然科学版) JOU RNAL O F H EFE I U N I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY . 24N o . 2V o l A p r . 2001, , 2
(1. 合肥工业大学2. 无锡轻工大学食品学院, 江苏无锡 214036)
摘 要:, 随着沉淀剂正丁醇的加入, 直链淀粉分子与正丁醇形成重结晶, 并按分子量的大小逐渐进入凝聚相, , 得到纯化的葛根直链淀粉组分。利用M ark 2Houw ink 方程, 在准确测定葛根直链淀粉溶液特性粘度[Γ]的基础上, 计算出葛根直链淀粉的分子量M Γ为4. 06×105。
关键词:分级分离; 葛根直链淀粉; 特性粘度; 分子量
中图分类号:Q 539. 1 文献标识码:A 文章编号:100325060(2001) 0220203204
D eterm i na tion of m olecular we ight of p uera ria
loba ta (W illd . ) Ohw i am ylose
122DU X ian 2feng , XU Sh i 2ying , W AN G Zhang
(1. D ep t . of B i o logy and Food Engineering , H efei U niversity of T echno logy , H efei 230009, Ch ina ; 2. Schoo l of Food Science and T echno logy, W uxi U niversity of L igh t Industry, W uxi 214036, Ch ina )
Abstract :P uera ria loba ta (W illd . ) O hw i starch w as fracti onated by recrystallizati on of am ylo se 2n 2bu tano l com p lex to sep arate the tw o com ponen ts —am ylo se and am ylop ectin . B ased on the determ inati on of the am ylo se li m iting visco sity num ber [Γ], the visco sity average m o lecu lar w eigh t (M Γ) w as deduced to be 4. 06×105by M ark 2Houw ink equati on .
Key words :fracti onati on ; p uera ria loba ta (W illd . ) O hw
i am ylo se ; li m iting visco sity num ber [Γ]; m o lecu lar w eigh t
0 引 言
葛根隶属于豆科葛属p uera ria DC 多年生落叶藤本植物野葛p uera ria loba ta (W illd . ) O hw i 的块根。鲜葛根中淀粉的含量一般在20%左右, 葛根淀粉具有一系列有别于其它淀粉的显著特点, 如淀粉糊具有极高的透明度, 且不易老化; 所形成淀粉凝胶的弹性模量远低于马铃薯淀粉凝胶的弹性模量, 并表现出极好的凝胶弹性等。
在淀粉所含的2种主要组分直链淀粉和支链淀粉中, 直链淀粉的含量及其分子量、分子的平均聚合收稿日期:2000206230; 修改日期:2001201220
作者简介:杜先锋(1963-) , 男, 安徽合肥人, 博士, 合肥工业大学副教授, 硕士生导师;
许时婴(1940-) , 女, 上海市人, 无锡轻工大学教授, 博士生导师;
王 璋(1941-) , 男, 上海市人, 无锡轻工大学教授, 博士生导师. [1]
204 合肥工业大学学报(自然科学版) 第24卷
[2～5]度等分子结构参数与淀粉糊的透明度、老化速率及形成凝胶的性能密切相关。直链淀粉是由数目较
大的结构单元——葡萄糖聚合而成的线性分子, 线性聚合物溶液的基本特性之一是具有较高的粘度, 其粘度值与分子量有关。将淀粉充分分散于二甲亚砜、甲酰胺或碱溶液中, 直链淀粉分子克服自身的内聚力而充分伸展, 极性基团暴露, 很容易与碘及一些极性化合物如正丁醇、百里酚及有机酸等通过氢键相互缔合, 形成结晶性络合物而沉淀。采用粘度法来测定葛根直链淀粉分子量, 论依据。
1 实验部分
1. 1
正丁醇、、氢氧化钾及氢氧化钠等化学试剂均为分析纯; 玉米直链淀粉(德国Carl Ro th KG 公司) ; Sep haro se 2B (瑞典Pharm acia 公司) ; 电热真空干燥箱(上海实验仪器总厂) ; 乌氏粘度计(毛细管直径
0. 78mm , 上海玻璃仪器一厂) 。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 淀粉组分的分级分离
取一定量的葛根淀粉, 用95%乙醇以Soxh let 提取器回流24h , 进行充分的脱脂处理, 然后将样品干燥(40℃, 48h ) , 过80目筛, 再按以下步骤进行分级分离:
1. 2. 2 葛根直链淀粉溶液的特性粘度([Γ])
准确称取0. 6018g 葛根直链淀粉(干基) 置于烧杯中, 先以1mL 95%乙醇将其分散, 然后加入
第2期 杜先锋, 等:
葛根直链淀粉分子量的测定20560mL 0. 5m o l L KO H , 沸水浴中加热轻微搅拌10m in , 冷却至室温过夜, 再定量转移至100mL 容量瓶中, 用0. 5m o l L KO H 溶液定容至刻度。
在乌氏粘度计中, 用移液管加入15mL 上述配制好的直链淀粉溶液, 在25℃测定流动时间, 重复操作3次, 然后求平均值t 1。加5mL 0. 5m o l L KOH 再测定流动时间t 2。同法再依次加入5mL 、5mL 、5mL 0. 5m o l C 4、C 5, t 3、t 4、t 5。每L KO H , 使在粘度计中直链淀粉溶液的浓度分别为C 3、
次加KO H 必须用洗耳球来回抽气, 使溶液混合均匀。, 用5m o 流动时间t 0。
1. 2. 3 碘亲和力和蓝值的测定
[7]22. 1 直链淀粉的纯度
采用粘度法测定聚合物的分子量时, 聚合物必须是线性无分支的分子。由于在淀粉的组成中含有以21, 6糖苷键与主链相连的带有分支链的支链淀粉, 因此对淀粉组分的分级分离将直接关系到对直链Α
淀粉分子量测定的准确性。将淀粉充分分散于碱溶液中, 直链淀粉便从溶液中分离出来, 使溶液分成两相(相分离) , 即溶液相和凝聚相。溶液中直链淀粉分子能否进入凝聚相以及在凝聚相中所占的比例取决于直链淀粉分子量的大小、溶剂的良性程度和温度的高低。显然直链淀粉分子量越大, 溶剂的良性程度越差, 温度越低, 越有利于产生相分离。
当葛根淀粉以N aO H 溶解时, 再加入沉淀剂正丁醇, 溶液中直链淀粉分子量最大的成分首先进入凝聚相, 产生相分离, 接着分子量较小的直链淀粉分子也进入凝聚相, 从而依次得到分子量不等的若干直链淀粉组分——“级分”。支链淀粉因呈树枝状结构, 存在空间位阻, 故不易形成沉淀。
由图1a 可见, 显示在洗脱液的外水体积有一明显的吸收峰, 将此峰收集并测得其碘亲和力和蓝值分别为0. 08和0. 133, 这些数值都是典型的支链淀粉的特征, 表明在Sep haro se 2B 凝胶层析的外水体积中出现的级分为支链淀粉。图1b 是经正丁醇重结晶8次的葛根直链淀粉的凝胶层析图, 其外水体积中无吸收峰, 表明经正丁醇重结晶8次可得完全纯化的葛根直链淀粉。
图1试验条件:层析柱内直径1. 6c m 、高70c m , 洗脱剂50mm o l L N aC l (含0. 02%叠氮钠) , 洗脱速率为10mL h , 每管收集5mL , 苯酚硫酸法比色
。
(a ) 葛根淀粉 (b ) 葛根直链淀粉
图1 葛根淀粉和经重结晶8次的葛根直链淀粉的凝胶层析图
2. 2 葛根直链淀粉分子的粘均分子量M Γ
高分子线性聚合物在较稀的浓度范围内其溶液的粘度与浓度的关系符合H uggin s 方程, 即
2=[Γ]+k [Γ]C C (1)
206 合肥工业大学学报(自然科学版) 第24卷
t 0式中 Γsp ——增比粘度, Γsp =
Γsp C 、Γ、C ——分别表示比浓粘度、特性粘度和直链淀粉溶液的浓度
t 、t 0——分别表示溶液在毛细管内流动的时间和纯溶剂在毛细管内流动的时间
k ——H uggin s 常数
作Γsp C —C 图, 并外推至C →0处Y ,
m
从图2看出葛根直链淀粉和玉米直链淀
粉的比浓粘度对浓度均具良好线性关系, 相关系数为r 葛根=0. 9741, r 9根据图2[Γ]=212mL g M ark 2Houw 方程给出特性粘度与粘02所示。
均分子量之间的关系为
[Γ]=K (M Γ) Α(2)
Α、K 值与溶剂的性质、浓度以及测定时
的温度有关。在本实验条件(溶剂为KO H , 浓
1. 玉米直链淀粉 2. 葛根直链淀粉度为0. 5m o l L , 测定温度为25℃) 下, 根据
图2 葛根直链淀粉和玉米直链淀粉比浓粘度—浓度图-3文献[8]采用Α=0. 76, K =8. 50×10。将
5[Γ]、Α、K 值代入(2) 式, 得葛根直链淀粉的分子量M Γ=4. 06×10。
3 结 论
本文通过正丁醇与直链淀粉形成重结晶的方式对葛根淀粉组分进行分级分离, 最终得到完全纯化的葛根淀粉组分——葛根直链淀粉。采用0. 5m o l L KO H 为溶剂, 在25℃条件下, 测得葛根直链淀粉
5溶液的特性粘度[Γ]=212mL g , 从而推算出葛根直链淀粉的分子量M Γ为4. 06×10。
[参 考 文 献]
[1] 杜先锋. 葛根淀粉的研究[D ]. 无锡:无锡轻工大学食品学院, 1999.
[2] M iles M J , M o rris V J , R ing S G . Gelati on of am ylo se [J ]. Carbohydr R es , 1985, 135(2) :257—269.
[3] O ates , Ch ristopher G . Tow ards an understanding of starch granule structure and hydro lysis [J ]. T rends Food Sci T echno l , 1997,
8(11) :375—382.
[4] 久下 乔. 淀粉の物性[J]. 淀粉科学, 1992, 39(1) :51—56.
[5] J ideani I A , T akeda Y, H izukuri S . Structures and physicochem ical p roperties of starches from A cha (D ig ita ria ex ilis ) , Iburu
(D . I bu rua ) , and T am ba (E leusine coracana ) [J ]. Cereal Chem , 1996, 73(6) :677—685.
[6] T akeda Y , H izukuri S , T akeda C , et al . Structures of branched mo lecules of am ylo ses of vari ous o rigins , am d mo lar fracti ons of
barnched and unbranched mo lecules [J ]. Carbohydr R es , 1987, 165(1) :139—145.
[7] 铃木绫子, 金山睦子, 柴沼清, 等. ゎらび淀粉の构造と性质[J ]. 应用糖质科学, 1994, 41(1) :41—47.
[8] W h istler R L . M ethods in carbohydrate chem istry I V —Starch [M ]. N ew Yo rk
and L ondon :A cadem ic P ress , 1964. 67—73.
(责任编辑 张秋娟)