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直鏈淀粉和支鏈淀粉在結(jié)構(gòu)性質(zhì)上的差異性
淀粉是植物儲(chǔ)備的營養(yǎng)物質(zhì)。它貯存于植物的種子、塊莖及根里。植物生長成熟后,各種植物中淀粉的含量因品種、氣候、土質(zhì)以及其它生長條件的不同而不一樣。即使在同一快地里生長同一品種的不同植株,所含淀粉的量也不一定相同。谷類中含有的淀粉較多;如大米約含淀粉80%,小麥約含70%,而馬鈴薯中約含有20%的淀粉。淀粉不是一個(gè)單純的分子,而是一種混合物。它是由兩種不同類型的淀粉組成,一種是直鏈淀粉,另一種是支鏈淀粉。從不同農(nóng)作物獲得的淀粉中,其直鏈淀粉的組成比例并不相同。直鏈淀粉和支鏈淀粉在結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)活性方面有很大差異,主要差異如下:
(1)分子量、結(jié)晶結(jié)構(gòu)與凝沉作用
直鏈淀粉分析儀的分析結(jié)果顯示,直鏈淀粉和支鏈淀粉的分子大小都不是均一的,并且分子之間大小相差很大。直鏈淀粉分子量在3~16萬范圍內(nèi),支鏈淀粉的分子量比直鏈淀粉的大,分子量在10~100萬范圍內(nèi)。直鏈淀粉的顆粒小,分子鏈與分子鏈間締合程度大,形成的微晶束晶體結(jié)構(gòu)緊密,結(jié)晶區(qū)域大。而支鏈淀粉以分支端的葡萄糖鏈平行排列,彼此以氫鍵締合成束狀,形成微晶束結(jié)構(gòu)。所以支鏈淀粉中結(jié)晶區(qū)域小,晶體結(jié)構(gòu)不太緊密,淀粉顆粒大。
直鏈淀粉由于分子排列比較規(guī)整,分子容易相互靠攏重新排列。所以在冷的水溶液中,直鏈淀粉有很強(qiáng)的凝聚沉淀性能。而支鏈淀粉的分子大,各支鏈的空間阻礙作用使分子間的作用力減小。而且由于支鏈的作用,使水分子容易進(jìn)入支鏈淀粉的微晶束內(nèi),阻礙了支鏈淀粉分子的凝聚,使支鏈淀粉不易凝沉。
工業(yè)上利用直鏈淀粉與支鏈淀粉的凝沉性的差異,將直鏈淀粉與支鏈淀粉分離。
(2)溶解度與粘度
直鏈淀粉溶于熱水,在50~60"C的熱水中,直鏈淀粉溶解,形成有粘度的溶液。但直鏈淀粉的溶解度隨溫度升高的變化不大。支鏈淀粉不溶于水,而在50~60"C的熱水中,支鏈淀粉分子中各支鏈的相互作用大于水分子對(duì)分子鏈的作用。所以此溫度下,支鏈淀粉是不溶于水的,但能在水中脹大而濕潤。當(dāng)溫度升高Nloo。c時(shí),水的滲透作用加快,支鏈間的作用力減弱而與水分子的作用增強(qiáng),支鏈淀粉開始溶解于水,形成非常粘滯的液體。當(dāng)溫度繼續(xù)上升到120"C時(shí),支鏈淀粉的溶解度加大。
淀粉在水中的溶解過程中,粘度是不斷變化的。當(dāng)?shù)矸垲w粒開始溶解時(shí),粘度逐漸增加,達(dá)到最大限度后,隨著溫度的繼續(xù)上升,粘度下降。當(dāng)溫度降低后,粘度又開始增加。直鏈淀粉的顆粒小,晶體結(jié)構(gòu)緊密。分子中氫鏈締合程度大,水分子不易鉆入微晶束內(nèi)折散全部氫鍵;也就是說直鏈淀粉分子中很多極性基因仍是相互作用在一起,而沒有和水分子形成作用力。所以直鏈淀粉在溫水中能溶于水,而粘度卻沒有支鏈淀粉的大。
(3) 與碘的顯色作用
碘遇淀粉溶液即有藍(lán)色或深藍(lán)色出現(xiàn),這是檢驗(yàn)淀粉的靈敏而有效的方法。淀粉與碘溶液接觸后,可以顯示藍(lán)色或深藍(lán)色。這種顯色原理一般認(rèn)為是由于淀粉分子具有螺旋狀的卷曲結(jié)構(gòu),能使淀粉與碘形成淀粉一碘的復(fù)合物,因而顯示顏色。
淀粉與碘的顯色反應(yīng),呈現(xiàn)的顏色深淺與淀粉分子中多苷鍵的長度(亦即聚合度)有關(guān)。淀粉多苷鍵的長度與顏色的關(guān)系如表1.2所示。
直鏈淀粉的分子是由大葡萄糖單位構(gòu)成的不分支的鏈狀結(jié)構(gòu),并且鏈具有螺旋式的卷曲,平均每六個(gè)葡萄糖單位形成一圈螺旋,整個(gè)直鏈淀粉分子的螺旋圈數(shù)是很大的。當(dāng)?shù)馊芤号c淀粉接觸時(shí),碘分子能進(jìn)入淀粉分子的螺旋內(nèi)部,平均每圈螺旋可以束縛~個(gè)碘分子,整個(gè)直鏈淀粉分子可以束縛較多的碘分子。所以直鏈淀粉與碘的顯色反應(yīng),呈現(xiàn)深藍(lán)色。支鏈淀粉分子中,支鏈也同樣能形成螺旋卷曲,但由于支鏈淀粉每個(gè)分支的平均長度較短,一般只含有20~30個(gè)葡萄糖單元,相應(yīng)的絡(luò)合碘分子的數(shù)目也少。所以支鏈淀粉與碘的顯色反應(yīng),呈現(xiàn)紫紅色或紅色。
淀粉溶液加熱時(shí),可以使淀粉分子中的螺旋卷曲伸長、展開。使每六個(gè)葡萄糖單元絡(luò)臺(tái)一個(gè)碘分子的情況被破壞。因此與碘的呈色作用消失。當(dāng)?shù)矸廴芤豪鋮s時(shí),分子鏈可以回復(fù)到螺旋卷曲,仍出現(xiàn)顯色作用。贏鏈淀粉溶液與碘反應(yīng)顯示藍(lán)色的溶液,在受熱時(shí),藍(lán)色消失的較慢。而支鏈淀粉溶液的顏色消失的較快。這主要是因?yàn)橹ф湹矸鄯肿又行纬傻穆菪?shù)較少,受熱容易伸展的原因。
(4)化學(xué)反應(yīng)活性
直鏈淀粉分子在較高溫度下分子較為伸展,極性基因外露,很容易與一些極性有機(jī)物,如醇類、脂肪酸作用。而支鏈淀粉分子中,由于支鏈呈樹枝狀,在空間上起到阻礙作用,所以與極性試劑進(jìn)行反應(yīng)較慢。
綜上所述,直鏈淀粉與支鏈淀粉在結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)活性上都具有差異。工業(yè)上將直鏈淀粉與支鏈淀粉分離,使用在不同的方面。如支鏈淀粉與環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)制備的一種三維網(wǎng)狀的大分子,其性質(zhì)穩(wěn)定,能有效的與廢水中的ca2十、zn2+等重金屬離子反應(yīng),便于除去廢水中的重金屬離子并回收利用。利用支鏈淀粉進(jìn)行接枝共聚制備的薄膜代替聚乙烯塑料薄膜,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。
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