V型直鏈淀粉-醇類復合物定性定量分析

劉延奇，肖欣欣，鄭苗苗，李 紅，申瑞玲，楊留枝

(鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，河南鄭州450002)

V型直鏈淀粉-醇類復合物定性定量分析

劉延奇，肖欣欣，鄭苗苗，李 紅，申瑞玲，楊留枝

(鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，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、正己醇和正辛醇復合，制備得到系列的V型直鏈淀粉-醇類復合物。應用紅外光譜對得到的V乙醇、V正丁醇、V正己醇、V正辛醇進行測定，定性確定了V型復合物中醇類配體的存在;進一步應用主成分分析方法(PCA)結合SPSS13.0、DPS7.05統計軟件對紅外吸收光譜進行分析計算。結果表明，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晶析出形成B型或A型微晶［1-2］，配體的出現引起了直鏈淀粉構象的改變，其結果是直鏈淀粉的雙螺旋轉變成單螺旋，配體(如碘、線性醇等)與直鏈淀粉絡合形成復合物—V型直鏈淀粉復合物［3-6］?；谥辨湹矸坻湹膶ΨQ性、每個螺旋圈可以有6～8個葡萄糖殘基以及配體存在復合物中所處位置等因素，使得V型直鏈淀粉復合物呈現很大的多樣性。目前，國內外對V型復合物的研究所得到的基礎結構信息可以解釋復合物的一些性質，但是復合物結晶結構中很多性質還未被發現，很多細微結構信息都是處于推測階段。本文通過對V型復合物紅外光譜定性分析確定復合物中配體的存在，同時利用主成分分析方法(PCA)結合SPSS13.0、DPS7.05統計軟件，對樣品的紅外吸收光譜進行定量分析計算得出復合物中醇類配體的含量，從而為V型直鏈淀粉復合物結構中配體含量的測定探索一種簡便可行的方法。

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;乙醇、正丁醇、正己醇、正辛醇、鹽酸、二甲基亞砜(DMSO) 分析純，天津德恩化學試劑有限公司。

SHC-II2型循環水式真空泵 鄭州長城科工貿有限公司;ZD-85型氣浴恒溫振蕩器 江蘇金壇市醫療儀器廠;LG10-24A型高速離心機 北京醫用離心機廠;FTS3000型紅外光譜掃描儀 美國BIO-RAO。

1.2 實驗方法

1.2.1 B型微晶淀粉的制備 B型微晶淀粉參照文獻［1］中方法制備得到。

1.2.2 V型直鏈淀粉-醇類復合物的制備 取B型微晶淀粉10.0g溶解在預熱的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醇類配體溶解在預熱的20mL 95%乙醇中，隨后逐滴加入到熱的淀粉溶液中?；旌虾蟮娜芤涸?0℃下靜置4h，每半個小時緩慢搖晃一次。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型復合物。

1.2.3 傅里葉紅外光譜(FT-IR)測試 取約1mg干燥V型復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行壓制，取出樣品薄片進行紅外掃描。

1.2.4 紅外光譜定量分析數據處理 利用主成分分析方法(PCA)結合SPSS13.0統計軟件對樣品的紅外光譜進行因子分析，確定主成分的個數并對其建立數學模型。利用主成分與紅外吸收曲線中振動峰的相關性，結合DPS7.05統計軟件中主成分分析得出主成分的得分并將其轉換成配體含量。

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

2 結果與分析

2.1 V型直鏈淀粉－醇類復合物的定性分析

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應的官能團分別為—OH(νCH)、—CH2—(νasCH)、—CHO (νC=O)、—OH(νCO)、—CH3(δsCH)、C—O—C基團。除了V型復合物紅外吸收曲線中1645、1716cm-1處的吸收峰之外，其它振動峰均明顯的比B型微晶所對應振動峰的強度和尖銳程度有所增強，這是因為淀粉結構與醇類配體結構中相同官能團相互疊加造成的。吸收峰強度的增大也表明隨著配體碳原子數目的降低，絡合在V型復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行區別，可以采用適當的化學計量方法提取紅外光譜的特征信息并對V型復合物進行定量分析。其中，主成分分析方法(PCA)就可以有效地強調光譜和化學數據之間的相關性，從光譜中獲得復合物有用的相關信息且對其進行定量分析。

2.2.1 V型直鏈淀粉-醇類復合物的紅外吸收光譜的因子分析 分別對 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個特征峰進行主成分分析。經Bartlett球形檢驗，P值均為0.0001＜0.05，達到顯著性差異水平，因此適合于因子分析。通過SPSS13.0統計軟件進行因子分析，結果列于表1和表2中。

由表1中B型微晶淀粉紅外吸收圖譜主成分分析看出，主成分a1的特征根為3.239，方差貢獻率為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;其它主成分的貢獻率分別為 2.387%、2.216%，依次減小。主成分a1和a2的累積貢獻率為95.397%，表明前兩個主成分已經把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主成分的累積貢獻率分別為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系的數學模型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系的數學模型。結果如表3所示。

2.2.2 V型直鏈淀粉-醇類復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伸縮振動峰(醇類的特征峰)，同時根據主成分分析方法(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度即是醇類配體存在引起的。因此，將V型復合物主成分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。

為了簡化操作，利用DSP7.05多元分析中主成分分析計算得出 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原子數目的增加，V型復合物絡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 結論

對V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇的紅外吸收光譜進行定性分析，確定了本文制備的V型直鏈淀粉-醇類復合物中添加醇類配體的存在。利用主成分分析方法(PCA)結合SPSS13.0、DPS7.05統計軟件對相關紅外吸收光譜進行定量分析，計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］.中國糧食學報，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］.中國糧食學報，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，工學博士，教授，研究方向:天然聚合物改性及應用。

國家自然科學基金項目(21076201);河南省重點科技攻關項目(102102110103)。