阅读说明：本技术 一种分析淀粉相对结晶度的新方法 (Novel method for analyzing relative crystallinity of starch ) 是由 余徐润 章蓉 熊飞 冉莉萍 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种分析淀粉相对结晶度的新方法,包括：利用天然淀粉制备无定型淀粉,并获取天然淀粉和无定型淀粉波谱；以天然淀粉为背景作图,确保两类淀粉2θ角4°位置重叠,变形无定型淀粉的峰强度,寻找第二重叠2θ角位置；在无定型淀粉谱图的4°至40°处画一条直线,利用软件统计结晶峰和无定型峰的相对面积,计算淀粉的相对结晶度。本发明通过X-射线衍射仪完成淀粉相对结晶度的计算,基于利用无定型淀粉结晶峰消失的原理差减波峰面积后来分析淀粉的相对结晶度,可有效避免传统方法人工寻找锚点带来的偏差,更科学、可信、准确,针对不同植物来源的淀粉均可实施,使用范围广。(The invention discloses a novel method for analyzing relative crystallinity of starch, which comprises the following steps: preparing amorphous starch by using natural starch, and acquiring natural starch and amorphous starch spectrum; drawing by taking natural starch as a background, ensuring that the 2 theta angle positions of the two types of starch are overlapped at 4 degrees, deforming the peak intensity of amorphous starch, and searching a second overlapped 2 theta angle position; drawing a straight line at the position of 4-40 degrees of an amorphous starch spectrogram, counting the relative areas of a crystallization peak and an amorphous peak by using software, and calculating the relative crystallinity of the starch. The method completes the calculation of the relative crystallinity of the starch by the X-ray diffractometer, analyzes the relative crystallinity of the starch after reducing the peak area based on the principle that the amorphous starch crystallization peak disappears, can effectively avoid the deviation caused by manually searching the anchor point by the traditional method, is more scientific, credible and accurate, can be implemented aiming at the starch of different plant sources, and has wide application range.)

一种分析淀粉相对结晶度的新方法

技术领域

本发明涉及淀粉结晶度的分析方法，特别涉及一种分析淀粉相对结晶度的新方法。

背景技术

淀粉是人类主要的碳水化合物来源，在日常膳食中占据重要地位。植物天然淀粉为半晶体结构，由直链淀粉和支链淀粉分子构成。其中直链淀粉构成了松散的无序结构，也称无定型区，而支链淀粉分子以双螺旋的形式构成了结构较为致密的结晶区。根据X-射线衍射图谱峰值位置的不同可将自然界天然淀粉分为A-(禾谷类)，B-(块茎类)和C-型淀粉(豆类、薯蓣块根类)三种类型，不同类型的淀粉无定型区和结晶区特征和比例也不同。两者的比例对淀粉的物理和化学性质影响较大，其中无定型区易被酸和酶破坏，消化速度比较快，而结晶区对酸和酶的抗性较强，消化速度较慢。因此，准确计算淀粉颗粒中结晶区的相对比例，即相对结晶度，明确淀粉的颗粒结构特征，对淀粉在食品和非食品工业中的应用意义重大。目前计算淀粉相对结晶度的方法主要有软件峰拟合法、软件曲线法、曲线作图法和直线作图法等，这些方法涉及到了对波谱进行平滑处理以及人为添加结晶峰基线的锚点，导致计算出的相对结晶度的数值与实际数值产生较大误差，尤其是在比较同类型淀粉的相对结晶度时很难得贴合客观规律的结果，影响了人们对淀粉结晶区构成比例的判断。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种科学、准确、简便的分析淀粉相对结晶度的新方法。

技术方案：本发明提供一种分析淀粉相对结晶度的新方法，包括如下步骤：

(1)利用天然淀粉制备无定型淀粉，并获取天然淀粉和无定型淀粉波谱；

(2)以天然淀粉为背景作图，确保两类淀粉2θ角4°位置重叠，变形无定型淀粉的峰强度，寻找第二重叠2θ角位置；

(3)在无定型淀粉谱图的4°至40°处画一条直线，利用软件统计结晶峰和无定型峰的相对面积，计算淀粉的相对结晶度。

进一步地，所述步骤(1)的制备方方法为：将水稻淀粉和超纯水混合制备淀粉乳液，加热、离心、弃除上清液，沉淀物烘干，干燥后的样品研磨后过网筛，即为无定型淀粉。

进一步地，所述步骤(1)中确保两类淀粉2θ角4°位置重叠。4°为波谱的起点，且该区域无结晶峰形成，使4°位置重叠可有效避免两类淀粉波谱面积的差值，确保无定型淀粉波谱完全从天然淀粉中分离开。进一步地，所述水稻淀粉为A-型淀粉、B-型淀粉或C-型淀粉。

进一步地，所述步骤(1)中将天然淀粉和无定型淀粉置于X-射线衍射仪上，在2θ角4°至40°进行波谱扫描，获得淀粉的X-射线衍射图谱。

进一步地，所述步骤(3)中用Photoshop软件在无定型淀粉图谱的4°至40°两点处画一条直线，确保直线两端位于波谱的中心位置，分别对无定型波谱上部与天然淀粉的间隔区域以及无定型波谱下部区域着色，利用Image-Pro Plus软件统计两处相对面积数值，即可得到结晶区和无定型峰区面积。

进一步地，所述步骤(3)中淀粉的相对结晶度计算方法如下：

淀粉的相对结晶度＝结晶峰相对面积×100％/(结晶峰相对面积+无定型峰相对面积)。

本发明利用天然淀粉制备无定型淀粉，获取淀粉的X-射线衍射波谱；利用Origin软件完成天然淀粉波谱与无定型淀粉波谱的差减；绘制无定型波谱的基线，利用软件统计结晶峰和无定型峰的相对面积，计算淀粉的相对结晶度。该法较前人方法相比操作简便，准确度高，使用范围广。本法通过制备与天然淀粉相对应的无定型淀粉，根据两类淀粉的X-射线衍射图谱的特征峰差异明确天然淀粉图谱中的无定型成分，通过以天然淀粉X-射线衍射图谱为背景完成对无定型淀粉谱图的差减，已无定型淀粉波谱为分界线，上部对应结晶区，下部对应无定型区。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优势：

1、操作过程简单：通过制备无定型淀粉并利用软件分析淀粉的X-射线衍射图谱即可完成。

2、结果科学、准确：本方法是基于无定型淀粉X-射线衍射图谱结晶峰丧失的原理而展开的，以天然淀粉图谱为背景，通过变形无定型淀粉峰值强度即可完成无定型区的差减。分析结果更加科学、可信、准确，在食品和非食品加工领域有重要的应用前景。

3、适应范围广：本方法针对不同物种淀粉均可实施，这是基于不同物种拥有类似的无定型淀粉图谱的特征而实施的，因此对于A-，B-或C-型淀粉来说，本法均可实施，范围广。

附图说明

图1水稻天然淀粉和无定型淀粉的X-射线衍射图谱，(A)水稻天然淀粉图谱；(B)无定型淀粉图谱；

图2以天然淀粉X-射线衍射图谱为背景添加的无定型淀粉图谱；

图3利用Photoshop软件添加直线后的X-射线衍射图谱；

图4利用Photoshop软件对结晶区和无定型区着色后的X-射线衍射图谱；

图5利用Image-Pro Plus分析的结晶区和无定型区相对面积，(A)结晶区面积；(B)无定型区面积；

图6利用Image-Pro Plus分析的槲蕨淀粉(C-型淀粉)结晶区和无定型区相对面积，(A)结晶区面积；(B)无定型区面积；

图7本法与已有方法测量结果的比较，(A)本法测得的相对结晶度；(B)曲线作图法测得的相对结晶度。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

以下以高产、优质水稻粳稻品种“日本晴”淀粉(A-型淀粉)为例，阐述本法具体的实施方式。

(1)无定型淀粉的制备：按照100mg淀粉+3mL超纯水的比例制备淀粉乳液，于95℃下加热1h，5000g离心10min后弃除上清液，沉淀物平铺在玻璃培养皿中，置于42℃烘箱烘干。干燥后的样品经研钵研磨后过100目金属网筛，即为无定型淀粉；

(2)淀粉的X-射线衍射图谱的获取：将天然淀粉和无定型淀粉置于X-射线衍射仪上在2θ角为4°至40°进行波谱扫描，步长0.6s，获得淀粉的X-射线衍射图谱。从图中可以看出水稻天然淀粉在2θ角为15°，17°，18°，19°和23°处有较强的衍射峰，而无定型淀粉只有19°一处衍射峰(图1)；

(3)天然淀粉与无定型淀粉图谱的处理：由于无定型淀粉结晶区丧失，因此可以根据从天然波谱中减去无定型波谱的原理得出结晶区域。具体做法为，以天然淀粉为背景在Origin软件中作图，曲线粗度设定为0.2(可有效降低曲线本身所占面积)，对齐2θ角为4°的起点，变形无定型图谱的峰强高度，寻找第二重叠2θ角位置，确保两种波谱有两个重叠点，最后导出图谱。对齐后的无定型淀粉包含在天然淀粉波谱内部，两者的交界线可作为区分结晶峰和无定型峰的参考边缘(图2)：

(4)结晶峰和无定型峰的面积分析：用Photoshop软件在无定型淀粉图谱的4°至40°两点处画一条直线，确保直线两端位于波谱的中心位置，保证直线上下端的共振峰高度一致(图3)；分别对无定型图谱峰上部和下部空白位置着色，分别对应结晶区和无定型区，无定区域所占面积较大，结晶区区域所占面积较小(图4)；利用Image-Pro Plus软件计算两处相对面积数值，即结晶峰和无定型峰面积，分别为284749和582308(图5)；

(5)淀粉相对结晶度的计算：淀粉的相对结晶度＝结晶峰相对面积×100％/(结晶峰相对面积+无定型峰相对面积)＝284749×100％/(284749+582308)＝32.84％；

(6)本法也可应用于其他类型淀粉相对结晶度的计算，以野生淀粉植物资源槲蕨淀粉(C-型淀粉)为例，利用本法可得到结晶区与无定型区面积，分别为231737和649557(图6)，相对结晶度＝231737×100％/(231737+649557)＝26.30％；

(7)本法与已有技术的对比。本法选取了槲蕨的天然淀粉、55℃、75℃和95℃(无定型淀粉)预处理的淀粉，将曲线作图法和本法测量结果进行了对比(图7)，可以看出，两法得出的结论一致，即天然淀粉的结晶度最高，无定型淀粉结晶度最低，这也说明在不断加热过程中淀粉的晶体结构丧失。另外利用曲线作图法仍能测到无定型淀粉的相对结晶度数值，这显然与无定型淀粉的晶体结构特性不一致，而本法测得的无定型淀粉相对结晶度数值为零，符合淀粉结构的客观规律。因此，从两法比较可以看出，本法测量结果更为可信，实施产生的偏差小，实用性更广。