V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物定性定量分析

劉延奇，肖欣欣，鄭苗苗，李 紅，申瑞玲，楊留枝

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州450002)

V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物定性定量分析

劉延奇，肖欣欣，鄭苗苗，李 紅，申瑞玲，楊留枝

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州450002)

以B型微晶淀粉為原料，在一定的條件下，分別與乙醇、正丁醇、正己醇和正辛醇復(fù)合，制備得到系列的V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物。應(yīng)用紅外光譜對(duì)得到的V乙醇、V正丁醇、V正己醇、V正辛醇進(jìn)行測(cè)定，定性確定了V型復(fù)合物中醇類配體的存在;進(jìn)一步應(yīng)用主成分分析方法(PCA)結(jié)合SPSS13.0、DPS7.05統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)紅外吸收光譜進(jìn)行分析計(jì)算。結(jié)果表明，制備得到的V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇復(fù)合物中醇類配體的含量分別為:19.8%、14.1%、9.79%、8.3%。

V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物，紅外光譜，主成分分析方法，定量分析

短鏈直鏈淀粉易于從水溶液中結(jié)晶析出形成B型或A型微晶［1-2］，配體的出現(xiàn)引起了直鏈淀粉構(gòu)象的改變，其結(jié)果是直鏈淀粉的雙螺旋轉(zhuǎn)變成單螺旋，配體(如碘、線性醇等)與直鏈淀粉絡(luò)合形成復(fù)合物—V型直鏈淀粉復(fù)合物［3-6］?；谥辨湹矸坻湹膶?duì)稱性、每個(gè)螺旋圈可以有6～8個(gè)葡萄糖殘基以及配體存在復(fù)合物中所處位置等因素，使得V型直鏈淀粉復(fù)合物呈現(xiàn)很大的多樣性。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)V型復(fù)合物的研究所得到的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)信息可以解釋復(fù)合物的一些性質(zhì)，但是復(fù)合物結(jié)晶結(jié)構(gòu)中很多性質(zhì)還未被發(fā)現(xiàn)，很多細(xì)微結(jié)構(gòu)信息都是處于推測(cè)階段。本文通過對(duì)V型復(fù)合物紅外光譜定性分析確定復(fù)合物中配體的存在，同時(shí)利用主成分分析方法(PCA)結(jié)合SPSS13.0、DPS7.05統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)樣品的紅外吸收光譜進(jìn)行定量分析計(jì)算得出復(fù)合物中醇類配體的含量，從而為V型直鏈淀粉復(fù)合物結(jié)構(gòu)中配體含量的測(cè)定探索一種簡(jiǎn)便可行的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯淀粉 甘肅超星淀粉有限公司生產(chǎn);乙醇、正丁醇、正己醇、正辛醇、鹽酸、二甲基亞砜(DMSO) 分析純，天津德恩化學(xué)試劑有限公司。

SHC-II2型循環(huán)水式真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司;ZD-85型氣浴恒溫振蕩器 江蘇金壇市醫(yī)療儀器廠;LG10-24A型高速離心機(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī)廠;FTS3000型紅外光譜掃描儀 美國(guó)BIO-RAO。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 B型微晶淀粉的制備 B型微晶淀粉參照文獻(xiàn)［1］中方法制備得到。

1.2.2 V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物的制備 取B型微晶淀粉10.0g溶解在預(yù)熱的25mL DMSO中，隨后注入到175mL去離子水中配制成5%淀粉溶液，放入90℃的水浴鍋中恒溫備用。取2.5g醇類配體溶解在預(yù)熱的20mL 95%乙醇中，隨后逐滴加入到熱的淀粉溶液中。混合后的溶液在90℃下靜置4h，每半個(gè)小時(shí)緩慢搖晃一次。隨后取出使其緩慢冷卻到室溫。48h后離心分離，棄去上清液，收集沉淀并在室溫下晾干即得V型復(fù)合物。

1.2.3 傅里葉紅外光譜(FT-IR)測(cè)試 取約1mg干燥V型復(fù)合物于瑪瑙研缽中并加入約100mg干燥的KBr，混合物在研缽中混合均勻，隨后將其放置到壓膜器進(jìn)行壓制，取出樣品薄片進(jìn)行紅外掃描。

1.2.4 紅外光譜定量分析數(shù)據(jù)處理 利用主成分分析方法(PCA)結(jié)合SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)樣品的紅外光譜進(jìn)行因子分析，確定主成分的個(gè)數(shù)并對(duì)其建立數(shù)學(xué)模型。利用主成分與紅外吸收曲線中振動(dòng)峰的相關(guān)性，結(jié)合DPS7.05統(tǒng)計(jì)軟件中主成分分析得出主成分的得分并將其轉(zhuǎn)換成配體含量。

表1 B型微晶淀粉和V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物主成分分析的特征根和貢獻(xiàn)率Table 1 Characteristic roots and the contribution rate of B-type microcrystalline starch and V-type amylose-alcohol complexes’s principal component analysis

2 結(jié)果與分析

2.1 V型直鏈淀粉－醇類復(fù)合物的定性分析

圖1分別是B型微晶、V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇的紅外吸收光譜圖。從圖1中可知，各樣品圖譜均在3407、2929、1645、1018、1369、1361cm-1和1000～1300cm-1處存在吸收峰，這些吸收峰位置所對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)分別為—OH(νCH)、—CH2—(νasCH)、—CHO (νC=O)、—OH(νCO)、—CH3(δsCH)、C—O—C基團(tuán)。除了V型復(fù)合物紅外吸收曲線中1645、1716cm-1處的吸收峰之外，其它振動(dòng)峰均明顯的比B型微晶所對(duì)應(yīng)振動(dòng)峰的強(qiáng)度和尖銳程度有所增強(qiáng)，這是因?yàn)榈矸劢Y(jié)構(gòu)與醇類配體結(jié)構(gòu)中相同官能團(tuán)相互疊加造成的。吸收峰強(qiáng)度的增大也表明隨著配體碳原子數(shù)目的降低，絡(luò)合在V型復(fù)合物中的配體含量是逐漸增加的。

2.2 V型直鏈淀粉－醇類復(fù)合物中配體含量的定量分析

圖1 B型微晶淀粉和V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物的紅外光譜Fig.1 Infrared spectrum of B-type microcrystalline starch and V-type amylose-alcohol complexes

B型微晶淀粉與V型復(fù)合物晶體紅外吸收光譜曲線的吸收特征大體是一致的(如圖1所示)，無法通過吸收特征峰進(jìn)行區(qū)別，可以采用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計(jì)量方法提取紅外光譜的特征信息并對(duì)V型復(fù)合物進(jìn)行定量分析。其中，主成分分析方法(PCA)就可以有效地強(qiáng)調(diào)光譜和化學(xué)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，從光譜中獲得復(fù)合物有用的相關(guān)信息且對(duì)其進(jìn)行定量分析。

2.2.1 V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物的紅外吸收光譜的因子分析 分別對(duì) B型微晶淀粉、V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇的紅外吸收光譜中峰1、峰2、峰3和峰4(見圖1)這4個(gè)特征峰進(jìn)行主成分分析。經(jīng)Bartlett球形檢驗(yàn)，P值均為0.0001＜0.05，達(dá)到顯著性差異水平，因此適合于因子分析。通過SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行因子分析，結(jié)果列于表1和表2中。

由表1中B型微晶淀粉紅外吸收?qǐng)D譜主成分分析看出，主成分a1的特征根為3.239，方差貢獻(xiàn)率為80.965%，代表了全部曲線信息的80.965%，是最重要的主成分;主成分a2的特征根為0.577，代表了全部曲線信息的14.432%，是僅次于主成分a1的重要主成分;其它主成分的貢獻(xiàn)率分別為 2.387%、2.216%，依次減小。主成分a1和a2的累積貢獻(xiàn)率為95.397%，表明前兩個(gè)主成分已經(jīng)把B型微晶紅外吸收曲線95.397%的信息反映出來。

同樣，V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇四種樣品的前兩個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率分別為97.552%、99.015%、97.414%和97.767%。

表2 B型微晶淀粉和V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物紅外曲線的因子載荷矩陣Table 2 Factor loading matrix of B-type microcrystalline starch and V-type amylose-alcohol complexes IR curve

表3 紅外吸收光譜特征峰與主成分因子載荷關(guān)系的數(shù)學(xué)模型Table 3 Mathematical model of relationship between IR absorption peak and principal component factor loading

由表2中各紅外曲線的因子載荷矩陣，可建立紅外吸收光譜特征峰與主成分因子的載荷關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果如表3所示。

2.2.2 V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物紅外吸收光譜的主成分得分 B型微晶淀粉和V型直鏈淀粉-醇類晶體的紅外曲線中峰4代表的是C-O伸縮振動(dòng)峰(醇類的特征峰)，同時(shí)根據(jù)主成分分析方法(PCA)得出的主成分a2、b2、c2、d2和e2均代表紅外曲線中峰4。V型復(fù)合物晶體紅外吸收曲線比B型微晶淀粉晶體紅外曲線中超出的吸收強(qiáng)度即是醇類配體存在引起的。因此，將V型復(fù)合物主成分b2、c2、d2或e2的得分分別減去B型微晶淀粉主成分a2的得分，即得到晶體中醇類配體含量。

為了簡(jiǎn)化操作，利用DSP7.05多元分析中主成分分析計(jì)算得出 B型微晶淀粉、V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇的紅外吸收光譜中峰4的因子得分列于表4，可以看出隨著醇類配體C原子數(shù)目的增加，V型復(fù)合物絡(luò)合的醇類配體逐漸減少。

表4 B型微晶淀粉和V型直鏈淀粉-醇類晶體紅外曲線中主成分a2、b2、c2、d2和e2的因子得分和配體含量Table 4 The principal component a2，b2，c2，d2and e2’s factor scores and ligand concentration of B-type microcrystalline starch and V-type amylose-alcohol complexes crystal IR curve

3 結(jié)論

對(duì)V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇的紅外吸收光譜進(jìn)行定性分析，確定了本文制備的V型直鏈淀粉-醇類復(fù)合物中添加醇類配體的存在。利用主成分分析方法(PCA)結(jié)合SPSS13.0、DPS7.05統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)相關(guān)紅外吸收光譜進(jìn)行定量分析，計(jì)算得出淀粉溶液濃度為5%條件下制備得到的V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇復(fù)合物中醇類配體的含量分別為19.8%、14.1%、9.79%和8.3%。

［1］劉延奇，于九皋，孫秀萍.B型淀粉球晶的制備及表征［J］.中國(guó)糧食學(xué)報(bào)，2004，21(2):137-140.

［2］劉延奇，于九皋，孫秀萍.A-型淀粉球晶的制備及表征［J］.中國(guó)糧食學(xué)報(bào)，2004，19(1):31-34.

［3］Mary A Whittam，Paul D Orford，et al.Aqueous dissolution of crystalline and amorphous amylose-alcohol complexes［J］.Int J Biol Macromol，1989，11.

［4］P Le Bail，C Rondeau，A Bul'eon.Structural investigation of amylose complexes with small ligands:helical conformation，crystalline structure and thermostability［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2005，35:1-7.

［5］Jeannette Nuessli，Jean Luc Putaux，Patricia Le Bail，et al. Crystal structure of amylose complexes with small ligands［J］. International Journal of Biological Macromolecules，2003，33: 227-234.

［6］Shiran Zabar，Uri Lesmes，Itai Katz，et al.Studying different dimensions ofamylose-long chain fatty acid complexes: Molecular，nano and micro level characteristics［J］.Food Hydrocolloids，2009，23:1918-1925.

Qualitative and quantitative analysis of V-type amylose-alcohol complexes

LIU Yan-qi，XIAO Xin-xin，ZHENG Miao-miao，LI Hong，SHEN Rui-ling，YANG Liu-zhi
(School of Food and Biological Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China)

B-type microcrystalline starch made a combination with ethanol，butanol，hexanol and octanol respectively under certain conditions，a series of V-type amylose-alcohol complexes were prepared.Infrared spectrum of obtained Vethanol，Vn-butanol，Vhexanol，Vn-octanolwere measured qualitatively to determine the certain alcohol in V-type complexes;Further application of principal component analysis(PCA)with SPSS13.0，DPS7.05 statistical software for analysis calculation of infrared absorption spectra.The results showed that obtained the alcohol content of Vethanol，Vn-butanol，Vhexanol，Vn-octanolwere 19.8%，14.1%，9.79%，8.3%.

V-type amylose-alcohol complexes;infraredspectroscopy;principal component analysis; quantitative analysis

TS236.9

A

1002-0306(2012)04-0132-03

2011-04-11

劉延奇(1964-)，男，工學(xué)博士，教授，研究方向:天然聚合物改性及應(yīng)用。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21076201);河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(102102110103)。