直链淀粉磷脂复合物的制备及表征

刘延奇，徐银龙

(郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南 郑州 450002)

摘 要：以短链直链淀粉和磷脂为原料，制备得到直链淀粉磷脂复合物，该复合物经红外光谱、X-射线衍射和差示量热分析，结果显示复合物的结构与原短链直链淀粉结构发生了变化，红外光谱分析在1730.04cm-1处出现吸收峰，表明磷脂与短链直链淀粉发生了络合，形成了淀粉磷脂复合物；X-射线衍射图谱证实，复合物为V型结晶结构，复合物经紫外分光光度法测试，其磷脂的质量分数量为19.80%。

关键词：直链淀粉；磷脂；复合物

Preparation and Characterization of Amylose-Phospholipid Complex

LIU Yan-qi，XU Yin-long

(School of Food and Biological Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)

Abstract：Amylose-phospholipid complex was prepared with short chain amylase and phospholipid. IR spectroscopy, X-ray diffractometry and DSC analyses showed structural changes of the native amylase after this complexation reaction and an absorption peak at 1730.04 cm-1, confirming the formation of complex. Moreover, the structure of this complex showed V-shaped crystals and it contained 19.80% phospholipid.

Key words：amylose；phospholipid；complex

中图分类号：TS231 文献标志码：B 文章编号：1002-6630(2013)22-0336-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201322068

淀粉是由两种多糖α-1,4糖苷键链接形成的线性多糖和α-1,4和α-1,6糖苷键组成的分支多糖组成的。直链淀粉本身能够结晶形成A型、B型结晶结构，直链淀粉所具有的双螺旋结构中含有一个疏水的螺旋腔，而这个螺旋腔在某种程度上可以捕获客体分子，能与许多其他的分子如醇类、芳香类化合物，表面活性剂形成复合物或者配合物[1-3]。据报道，直链淀粉与正辛醇、正己醇[4]、萘酚[5]、单甘酯[6]、硬脂酸[7]、油酸[8-9]等形成了配合物，
X-射线衍射显示其结构均为V型结晶结构。具有V型结构的复合物可以减少直链淀粉向周围水中的溶出量，限制淀粉的重结晶，从而延缓淀粉类食品的老化，乳化剂的抗老化机理也被认为是由于直链淀粉复合物的形成[10]。Gelders等[11]报道直链淀粉复合物可以作为脂质控释剂。直链淀粉复合物能保护易氧化的敏感性分子[12]，如不饱和脂肪酸[13]、易氧化的维生素[14]等，也能保护芳香物质等易挥发的组分，从而增加保留时间。Alves等[15]发现直链淀粉复合物可以用作淀粉基可食用膜。本实验以磷脂为配体与淀粉进行复合，探讨淀粉磷脂复合物的制备方法，结构特点，为磷脂的稳定化及其应用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

马铃薯淀粉(食品级) 河南恒祥进出口有限公司；卵磷脂(PC) 北京源华美磷脂科技有限公司；无水乙醇、浓硫酸(分析纯) 天津德恩化学试剂有限公司；钼酸钠、抗坏血酸、磷酸二氢钾、双氧水等均为分析纯试剂。

钼酸钠稀硫酸溶液：称取2.5g钼酸钠，用15%稀硫酸溶液溶解并稀释至100mL；抗坏血酸溶液：称取5.0g抗环血酸，用适量的水溶解并稀释至100mL；磷标准储备液：将磷酸二氢钾(KH2PO4)于105℃条件下干燥2h，置于干燥器中冷却，称取0.4393g，精确至0.5mg，用蒸馏水溶解并定容至1000mL，此溶液含磷100μg/mL；磷标准溶液：用移液管准确吸取10mL磷标准储备液，置于100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，混匀，此溶液含磷10μg/mL。

UV-2102型紫外-可见分光光度计 上海洪富仪器仪表有限公司；LG10-24A型高速离心机 北京医用离心机厂；Scientz-12N压盖型冷冻干燥机 宁波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 短链直链淀粉的制备[4,16-17]

取一定量的马铃薯淀粉，用2.2mol/L的盐酸配成质量分数30%的淀粉悬浮液，35℃条件下恒温机械搅拌酸解4d，减压抽滤，除去并回收滤液，滤饼用蒸馏水洗涤4～6次，再用无水乙醇洗涤2～4次，收集固体，室温晾干备用。将酸解的马铃薯淀粉配成质量分数10%的悬浮液，加热煮沸5min使其充分糊化，自然冷却到室温，离心分离除去不溶物，上层清液在－18℃条件下冷冻12h。将冷冻样品在室温下缓慢解冻，当残余有少量冰晶时，及时抽滤，并用冷水洗涤，收集滤饼在室温下晾干即为短链直链淀粉，其收率约为40%。

1.2.2 淀粉磷脂复合物的制备

称取5.0g短链直链淀粉于100mL三口烧瓶中，加入50mL蒸馏水，上接回流冷凝管，加热煮沸至透明，继续加热，同时从侧口缓慢滴加磷脂乙醇溶液(0.2g磷脂溶于5mL热的无水乙醇中)，整个装置回流10min左右，关闭热源，缓慢冷却至室温。静置2d，可明显看到有沉淀出现，分层，6000r/min离心20min，冷冻干燥即得复合物样品，得率约为19%。

1.2.3 短链直链淀粉的凝胶渗透色谱(GPC)测定

将样品加热溶解，配制成0.2g/100mL的淀粉溶液，以0.7% NaNO3＋0.05% NaN3作为流动相，用LC-10AVP型凝胶渗透色谱仪对样品进行分析测定。

1.2.4 X-射线衍射分析(X-ray diffraction，XRD)

分别取适量短链直链淀粉粉末和复合物样品置于正方形托盘片中央的圆形螺纹处(圆形直径约为10mm，厚约为2mm)，随后用光滑的玻片压平，用BurkerD8型X射线衍射仪测定，所用波长为0.1542nm的单色Cu2Ka射线，测试条件为管压3kV、管流20mA、扫描速度4°/min、扫描区域5°～35°、采样步宽0.02°，扫描方式为连续，重复次数为1。

1.2.5 差示扫描量热法分析(differential scanning calorimetry，DSC)

分别取约5mg干燥样品放入已称好的样品盘中，并将样品盘压紧密封，放入仪器中进行测定。测试条件为升温速率1℃/min，扫描范围30～180℃。

1.2.6 红外光谱(infrared spectroscopy，IR)分析

分别取约2mg干燥的短链直链淀粉和复合物样品，加入约150mg干燥的KBr，置于高速研磨器中混合均匀，然后将混合物加到压片器中压制，压片厚约1mm左右，随后取出样品薄片进行红外扫描。

1.2.7 样品中磷脂含量的测定[18-21]

通过用硫酸/双氧水破坏有机物质，并将磷酸盐转化为正磷盐，通过加入钼酸钠和还原剂，再形成磷酸钼，在最大吸收波长处用分光光度计测定其吸光度，并转化计算磷的总含量，通过对磷含量的测定反映出复合物中磷脂的含量。

1.2.7.1 测定波长的选择

用移液管取10mL磷标准溶液于50mL锥形瓶中，按样品测定方法进行显色，于波长200～1000nm范围内扫描，得到其吸收曲线。从图1可以看出，其最大吸收波长为825nm，这与周建勇等[21]以及GB 12092—89《淀粉及其衍生物磷总含量测定方法》[18]报道基本一致。故本实验中选择825nm为其测定波长。

图 1 磷酸钼蓝吸收曲线

Fig.1 Absorption curve of phosphoric acid molybdenum blue

1.2.7.2 标准曲线的绘制

精密吸取磷标准溶液0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0mL，分别置于50mL锥形瓶中按样品测定方法进行显色定容，定容后相当于含磷质量分别0、10、20、40、60、80、100μg，磷质量浓度分别对应为0、0.2、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0μg/mL，于825nm波长处测吸光度，绘制标准曲线。得到在0.2～2.0μg/mL范围内，吸光度(y)与磷含量(x)的线性关系良好，线性回归方程为：y = 0.0161x－0.0035，R² = 0.9988。

1.2.7.3 磷脂含量的测定方法

精确称取50mg淀粉磷脂复合物于消化瓶中，加入6mL浓硫酸溶液，混合均匀，置于加热器上逐渐加热至瓶内复合物碳化完全，关闭加热器冷却至室温，缓慢滴加5～6滴30%的过氧化氢，继续加热至黑色完全消失，消化瓶内液体澄清透明，继续加热10min，关闭火源，消化完毕。

将消化冷却后的样品液转移到100mL容量瓶中，并加蒸馏水至刻度，用移液管取10mL于50mL锥形瓶中，加入5mL钼酸钠稀硫酸溶液，摇匀静置几秒，加入2mL抗坏血酸溶液，混匀并置于90℃以上水浴锅中10min，取出冷却后转移到50mL容量瓶中并加蒸馏水至刻度，摇匀。用分光光度计在波长825nm处测定其吸光度，对照标准曲线，同时用做空白实验。计算方法见下式：

式中：X为样品中磷脂总含量/%；m0为样品的质量/mg；m1为从标准曲线上确定的样品液中的磷质量/μg；v1为样品消化后定容总体积/mL；v2为从v1中吸取的样品体积/mL；25为磷换算成磷脂的系数。

2 结果与分析

2.1 短链直链淀粉平均聚合度的测定

将样品制成溶液注入到连续流动的溶剂流中，同溶剂一起流过色谱柱，由于大分子向凝胶填料的渗透几率和深度小于小分子，所以大分子比小分子先淋出色谱柱，以检测器响应为纵坐标，淋出色谱柱的时间为横坐标，绘制出GPC谱图，并得到GPC数据，根据标样的已知分子质量，计算得到直链淀粉分子质量及其分布，凝胶渗透色谱分析图谱见图2。

图 2 直链淀粉的GPC测试

Fig.2 GPC analysis of short chain amylose

表 1 样品聚合度的测定

Table 1 Determination of polymerization degree

注：Mw为重均分子量；MN为数均分子量；MP为峰值分子量；Z为分散系数；DP为聚合度。

淀粉经过酸解，糊化，离心分离等处理，除去了在加热冷却之后，在室温下不能溶于水的链较长的淀粉。从图2可看出，直链淀粉的滞留时间相对比较集中，分散系数较小，计算得到短链直链淀粉的平均聚合度约为25。

2.2 X-射线衍射分析

对短直链淀粉和复合物分别进行XRD测试，得到的X-射线衍射图谱如图3所示。

从图3可以看出，短链直链淀粉的特征衍射峰，在2θ为5.63º、14.61º、17.12º、22.28º、24.48º，是明显的B型结晶结构，与空白(不加磷脂)对比发现：空白图中仅保留了B型结构的两个较强衍射峰，其他的衍射峰被削弱了；复合物的衍射峰2θ分别为7.6º、12.56º、19.92º，为明显的V型包合物结晶结构。对比直链淀粉衍射图可以明显看出，两种物质衍射峰位的不同，表明加入磷脂后改变了淀粉的晶型结构，磷脂与直链淀粉发生了络合，形成了复合物，因为衍射谱图在衍射峰数目、角度位置、相对强度次序以至衍射峰的形状等与晶态物质的结构或者基团紧密相关，可以间接反映晶态物质的结构变化。该图谱进一步证实了直链淀粉与磷脂发生了络合，形成了新的V型结晶结构。Jade 5.0软件计算得到复合物和短链直链淀粉的相对结晶度分别为70.8%和65.3%。

图 3 短链直链淀粉(A)、复合物(B)及空白(C)X射线衍射图

Fig.3 X ray diffraction diagram of short chain amylose and its complex with phospholipid

2.3 差示扫描量热法分析

从图4可以看出，加入磷脂之后复合物的曲线吸热峰变宽且吸热峰的峰顶温度发生了变化，其中短链直链淀粉的吸热峰的峰顶温度是92.67℃，复合物吸热峰的峰顶温度是101.58℃，Origin计算得到的峰面积，复合物的峰面积略大于短链直链淀粉的峰面积，分别为76.40706、74.36833J，基线Automatic设为3。吸热峰和峰面积的变化，说明其结构发生的变化，直链淀粉与磷脂发生了络合。因为这与淀粉的单螺旋结构与络合的配体的性质和配体的络合能力有关，磷脂配体与淀粉络合，使得峰值温度比短链直链淀粉的高；短链直链淀粉晶束间依靠氢键结合，结合能力比较强，微晶淀粉束缚水会引起结晶结构在一定温度范围内发生溶胀，溶胀焓与束缚水的体积分数和结晶数量呈正比；直链淀粉的螺旋结构和亲水性的磷脂结合后，使得束缚水的体积分数增加，熔化焓和熔化温度增加。

图 4 短链直链淀粉(A)和复合物(B)的DSC曲线

Fig.4 DSC analysis of short chain amylose and its complex with phospholipid

2.4 红外光谱(IR)分析

图 5 短链直链淀粉(A)和复合物(B)的红外光谱图

Fig.5 Infrared spectra of short chain amylose and its complex with phospholipid

两种物质的图谱(图5)显示，在3374.87cm-1附近出现的强而宽的吸收峰为淀粉中—OH基团的伸缩振动吸收峰，为淀粉的红外特征吸收峰。2929.39cm-1附近出现了明显的—CH2—的伸缩振动吸收峰，1639.22cm-1是淀粉中羰基的非对称伸缩振动峰，1200～1500cm-1之间是醇羟基中—OH的面内变形振动峰。1000～1200cm-1之间是醇羟基中—C—O—的伸缩振动峰。图5B在1730.04cm-1处出现一较为明显的吸收峰，此处为磷脂中的酯键的伸缩振动峰，对比XRD和DSC可以知道该复合物只有一种晶型结构，因为在复合物的X-射线衍射图中没有出现磷脂和B型微晶的衍射峰，在DSC图中也只有一个较宽的吸热峰，说明淀粉与磷脂并不是发生简单的物理混合，而是形成了一种新的结晶复合物。

2.5 复合物中磷脂的测定

复合物样品经过消化、显色，对照标准曲线测定，空白不加样品，方法同上，平行3次实验结果见表2。淀粉复合物中磷脂的含量为19.80%，直链淀粉的平均聚合度为25，也即是短链直链淀粉的平均相对分子质量在4000左右，又因为卵磷脂的相对分子质量约为750，可以推测每一个短链直链淀粉螺旋结构只能结合一个卵磷脂分子，而不是像长直链淀粉分子那样两头分别结合一个客体分子。

表 2 复合物中磷脂含量

Table 2 Phospholipid contents in the complex

3 结 论

以短链直链淀粉和磷脂为原料，制备得到了直链淀粉磷脂复合物，该复合物经X-射线衍射、差示量热和红外光谱分析，结果显示复合物的晶型结构与原短链直链淀粉的晶型结构发生了变化，IR分析在1730.04cm-1出现吸收峰，表明磷脂与短链直链淀粉发生了络合，形成了淀粉磷脂复合物；X-射线衍射图谱证实，复合物为V型结晶结构，复合物经紫外分光光度法测试，其磷脂的平均含量为19.80%。

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