第一章 绪论
淀粉在自然界中广泛分布，常见于高等植物，是碳水化合物存在的主要形式，主要存在于高等植物的根、茎、叶、果实、花粉中。淀粉是多糖的一种，是通过光合作用把CO2和H2O以葡萄糖的形式固定下来在经过聚合等反应形成以淀粉形式。因为这种储存能量的功能，这些淀粉亦被称为储藏性多糖。
淀粉（分子式为（C6H10O5)n，严格分子式为C6H12O6硒肥料(C6H10O5)n）的基本组成单位是葡萄糖（C6H12O6)（见图1-1），由D- 葡萄糖经α-1,4 糖甙键和α-1,6 糖甙键组成，分子链中有还原尾端和非还原尾端。分子量一般为800～押花材料3000DP。 1940年，瑞士K.H.Meyer和T.Schoch发现淀粉是由两种不同的淀粉分子：直链淀粉和支链淀粉。此外，现在的研究发现，在许多淀粉颗粒中还存在第三种成分[1]。
图1-1 淀粉分子简式
Fig 1-1 Simple starch molecules
木薯属亚热带或热带薯类农作物，国内主要产于广东、广西、海南岛，福建部分地区；国外泰国、越南等东南亚国家和地区，巴西、委内瑞拉等南美国家和地区，尼日利亚等非洲国家。木薯作为一种富含淀粉的块根作物，与马铃薯、红薯并列为世界三大薯类作物，目前全世界有70多个国家种植木薯。我国种植木薯的省份有广西、海南、广东、福建和云南等省区，其中广西是我国种植木薯的最大省份，种植面积和产量均占全国的60%以上[2]。木薯收获后，其块根主要用于制造木薯淀粉。木薯淀粉不是单一物质，而是由直链淀粉和
支链淀粉构成的混合物[3]。木薯淀粉中直链和支链淀粉含量因木薯品种不同及种植地区不同而有所差别，决定着木薯淀粉的品质，并影响着木薯淀粉的贮藏与加工，所以，以木薯淀粉为原料，研究其直链淀粉和支链淀粉的分离方法具有广阔的应用前景。
1.2.1支链淀粉
支链淀粉的分子量比直链淀粉的大, 分子量在10～100万范围内, 相当于分子中由600～6000个葡萄糖单元构成。支链淀粉分子中葡萄糖单元有由a-1,4 糖苷键连成的链, 还有由1.6 糖苷键连接成的分支, 分支上又有由led照明电路1,6糖苷键连接成的分支, 形如树枝状。分子中小分支的数目在50个以上, 每一个小分支平均约含有20～30 个葡萄糖单元。小分支中的这20～30个葡萄糖单元也通过分子内氢键的相互作用卷曲成螺旋形的构象（见图1-2）部分原淀粉的支链淀粉含量如表1-1所示。
支链淀粉以分支端的葡萄糖链平行排列, 彼此以氢链缔合成束状, 形成微晶束结构。所以支链淀粉中结晶区域小, 晶体结构不太紧密, 淀粉颗粒大。支链淀粉的分子大, 各支链的空间阻碍作用使分子间的作用力减小。而且由于支链的作用, 使水分子容易进人支链淀粉的微晶束内, 阻碍了支链淀粉分子的凝聚, 使支链淀粉不易凝沉[4]。
表1-1 部分原淀粉的支链淀粉含量
Table 1-1 Part of the amylopectin content of native starch
淀粉来源 | 支链淀粉含量/% | 淀粉来源 | 支链淀粉含量/% |
玉米 | 73 | 糯米 | 100 |
糯玉米 | 100 | 小麦 | 73 |
高直链玉米 | 30 | 马铃薯 | 80 |
高粱 | 73 | 木薯 | 83 |
蜡质高粱 | 100 | 甘薯 | 82 |
稻米 | 81 | | 薯类淀粉机 |
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图1-2 支链淀粉的分子结构
Fig 1-2 The molecular structure of amylopectin
1.2.2直链淀粉
一般的研究认为直链淀粉是一种线形多聚物，都是由 ɑ-D-葡萄糖经过ɑ-D-1，4 糖苷键连接而成的链状分子（见图1-3），呈右手螺旋结构（见图1-4），每六个葡萄糖单位组成螺旋的每一个结局，在螺旋内部只含有氢原子，羟基位于螺旋外侧。现在研究证明，除了直链淀粉（线形）分子之外，还有一种在长链上带有非常有限的分枝的分子，分支点是ɑ-D-1，6糖苷键连接，平均每180～320葡萄糖单位有一个之间，分支点ɑ-D-1，6糖苷键占总糖苷键的0.3%～0.5%.含支链的直链淀粉分子中的支链有的很长，有的很短，但是支点隔开很
远，因此它的物理性质基本上和直链淀粉分子相同。直链淀粉没有一定的大小，不同来源的直链淀粉含量差别很大，见表1-2。未经降解的直链淀粉非常庞大，其DP为几千。不同种类的DP差别很大[1]。
直链淀粉和支链淀粉的分离在这些年来引起了较多的关注，但取得的成功却是很少。在之，用凝沉法探究谷物淀粉样品的研究表明：直链淀粉的沉降系数约为4～10 s，支链淀粉的沉降系数约为100～400 s 。同时也表明了淀粉组成的沉降系数与浓度是紧密相关的[5]。
直链淀粉的颗粒小，分子链与分子链间的缔合程度较大，形成的微晶束晶体结构紧密，结晶区域较大。直链淀粉由于分子排列较规整，分子容易相互靠拢重新排列。所以在冷的水溶液中,直链淀粉有很强的凝聚沉淀性能。工业上正是利用直链淀粉与支链淀粉的凝沉性的差异, 将直链淀粉与支链淀粉分离[4]。
表1-2 各种粮食淀粉中直链淀粉的含量
Table 1-1 The amylose content of variety starch
淀粉种类 | 含量/% | 淀粉种类 | 含量/% |
大米 | 17 | 小麦 | 24 |
糯米 | 0 | 燕麦 | 24 |
玉米（普通种） | 26 | 豌豆（光滑） | 30 |
甜玉米 | 70 | 豌豆（皱皮） | 75 |
糯玉米（蜡质种） | 0 | 甘薯 | 20 |
高粱 | 27 | 马铃薯 | 22 |
糯高粱 | 0 | 木薯 | 17 |
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图1-3 直链淀粉的分子结构
Fig 1-3 Molecular structure of amylose
图1-4 支链淀粉的螺旋结构
Fig 1-4 The spiral structure of amylose
1.3国内外研究现状和发展动态
淀粉主要是由直链淀粉和支链淀粉组成，因为两者的分子结构、分子构型状态各有不同，所以使得不同来源的淀粉有各自的应用表现。已有研究表明，淀粉中二者的比例和含量对淀粉的产品储存、加工、物化特性研究等有着直接或者间接的影响。同时，直链淀粉和支链淀粉本身也有着不同的性能和用途。
1.3.1直链淀粉的国内外研究现状和发展动态
由于直链淀粉具有近似纤维的性能，所以，工业上直链淀粉的用途较多。直链淀粉具有良好的成模性、质构调整、凝胶性及促进营养素吸收等功能，比如高直链淀粉食品是糖尿病患者理想食品,国外许多营养研究机构进行许多实验,证实直链淀粉功能作用。另外，直链淀粉还是胆结石及高血压病人理想食品,具有防止胆结石形成及降低胆固醇作用。直链淀粉与人体内其它营养元素吸收也相互影响,尤其是一些重要微量元素,如Zn、Fe、Ca、P等。试验结果表明,饲喂直链淀粉配方和支链淀粉配方食谱7～10天，饲喂直链淀粉配方的小猪肠道内Fe、Ca吸收率均比饲喂支链淀粉配方的高；Zn、P马德保半球实验吸收率差异统计上不显著,即所用试验体(12头小猪)Zn、P吸收率不受淀粉种类影响[6]。
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