为了研究直链淀粉和支链淀粉的微观结构,必须从植物材料中提取没有遭常驻任何变性的纯净淀粉,然后再用非降解法分离出淀粉的两种组成成分。这可以根 据两种两种组分在某些物理化学性质上的不同把它们分离出来,分离的原则一是不能使淀粉的性质发生变化(如仍保持螺旋结构);二是淀粉不能发生降解。
常用的分离方法有选择沥滤法(又叫温水浸出法)、完全分散法和分级沉淀法等,下面分别介绍各种分离方法。
一、 温水浸出法
本法又称丁醇沉淀法或选择沥滤法,分离过程中淀粉仍保持颗粒状。它是将充分脱脂的淀粉的水悬浮液(玉米淀粉为2%)保持在糊化温度或稍高于糊化温度 的情况下,这时由于天然淀粉粒中的直链淀粉易溶于热水,并形成粘度很低的溶液,而支链淀粉只能在加热加压的情况下才溶解于水,同时形成非常粘稠的胶体溶 液。根据这一特性,可以用热水(60-80℃)处理,将淀粉粒中低分子量的直链淀粉溶解出来,残留的粒状物可用离心分离除去,上层粉粒中的直链淀粉再用正 丁醇使它沉淀析出。这时正丁醇可与直链淀粉生成结晶性复合物,而支链淀粉也可与正丁醇生成复合物,但不结晶,此复合物沉淀后再用大量乙醇洗去正丁醇,最后 得直链淀粉。
温度/℃ |
产率/% |
纯度/% |
分离效率/% |
温度/℃ |
产率/% |
纯度/% |
分离效率/% |
70 75 80 |
14.3 18.3 20.9 |
75 75 76 |
39 50 55 |
85 90 |
25.8 27.1 |
63 65 |
58 63 |
⑴高压加热法 1%-3%脱脂玉米淀粉悬浮液调PH值为5.9-6.3,以防止淀粉降解,在120℃温度下加热水2小时,高速离心热淀粉乳,除去分散不完全的淀粉颗 粒和微量不溶杂质,再在热糊中加入饱和正丁醇溶液或异戊醇或其混合物,用量等于其在室温下的饱和浓度(异戊醇20℃溶解度为100ml水3.1g),在结 晶器中室温下缓慢冷却24h,这时直链淀粉与醇形成簇状细小结晶(¢15-20um)。高速离心(5000r/min,离心力相当于重力20002倍), 沉淀为直链淀粉,分离效率达90%。直链淀粉碘吸附量为16.5%,母液喷雾干燥得支链淀粉(或甲醇沉淀)。再用正丁醇水溶液重结晶一次,碘吸附量可达 19.0%。
⑵碱液增溶法 为了避免高压处理和在升高温度时淀粉发生降解,采用了各种预处理的方法以降低淀粉的糊化温度,碱液增溶法即为用碱性物质处理淀粉使淀粉在温水中完全分散, 常用的碱性物质有氢氧化钠和液氨等。如2%-3%玉米淀粉乳于25℃下分散在1.0mol/l碱液(或液氨处理15min)中,中和至PH值 6.2-6.3,加热至60℃,用正丁醇沉淀。
⑶二甲基亚砜法(DMSO) 早期研究马玲薯淀粉时发现DMSO能很容易使马玲薯淀粉在室温分散。二甲基亚砜不仅能破坏颗粒结构,而且还有完全排除脂类物质污染的优点(因为脂类物质会在升高温度时水解),此法物适用于直链淀粉含量特别高的淀粉。基本操作如下。
30g谷类淀粉溶于500ml二甲基亚砜中,搅拌24h,2000g离心分离15min,除去不溶性物质,然后注入2倍 体积的正丁醇中使直链淀粉沉淀,用丁醇反复洗涤以除去残留的二甲基亚砜。将沉淀在隔氧条件下加入3L沸水中,煮沸1h,使之完全溶解,待分散液冷却至 60℃,加入粉状进里香酚(g/l),室温下静置3天,离心得直链淀粉-百里香酚复合物。将复合物分散于无氧气的沸水中,煮沸45min,冷却,加入正丁 醇,静置过夜,离心,用乙醇洗涤干燥,即得直链淀粉。残留液用乙醚将百里香酚抽出后,加洒精沉淀得支链淀粉。
三、 分级沉淀法
分级沉淀法为工业提取直链淀粉的方法,它是利用直链淀粉和支链淀粉在同一盐浓度下盐析所需温度不同而将其分离。常用的无机盐有硫酸镁、硫酸铵和硫酸钠等。如马玲薯中直链淀粉在室温下用10%硫酸镁溶液沉淀出来。
直链淀粉和支链淀粉在室温下都能从13%硫酸镁溶液中沉淀,但在80℃只有直链淀粉能沉淀。利用这种性质,工业上分离直链淀粉与支链淀粉的方法为:10%马玲薯淀粉用SO2和MgO调PH6.5-7.0,防止淀粉降解,加入13%硫酸镁,160℃加压加热,使淀粉溶解。冷却至80℃,高速离心,直链淀粉沉淀。母液继续冷却至20℃,离心分离,沉淀为支链淀粉沉淀。
由于80℃分离操作困难,故可用如下改进方法。冷却于90℃,喷水使盐浓度降至10%,冷却至20℃,离心,沉淀为直链淀粉。母液中加入硫酸镁至浓度为13%,离心得支链淀粉。
此法分离效率达90%,纯度为90%,所得直链淀粉-碘吸附量为19%,母液中的硫酸镁能回收利用。此法也可用于分离不同分子量的直链淀粉。
Cantor and Wimmet等将淀粉分散于CaCL2溶液中,用Ca(OH)2
沉淀,加入水会得直链淀粉-复合物溶解,因此逐步加入水可达到分离效果。此法可避免使用较为昂贵的硫酸镁。
四、凝沉分离法直链淀粉具有很强的凝沉性质,易于结合成结晶状沉淀出来,利用这种性质分离直链淀粉,不需用任何络合剂。玉米直链淀粉的聚合度700,凝沉性强,最适用于此法。此法又称回生与控制结晶分离法。
10%玉米淀粉乳调PH值6.5,引入喷射器中,同时喷入高压蒸气,加热到150℃,进入糊化桶糊化10min,引入结 晶器中,降压至常压,温度在4h内降至30℃,直链淀粉结晶沉淀,15000r/min高速离心,湿直链淀粉与2倍水混匀,离心,即得直链淀粉产品,产率 为淀粉质量的17%,纯度为90%。母液中支链淀粉用喷雾干燥或滚筒干燥得粉末产品。
此法优点是产品纯度高,支链淀粉不被化学试剂污染,但能耗高。
五、电泳法
马玲薯中支链淀粉含有少量磷酸,具有负电荷,可利用电泳法将直链淀粉和支链淀粉分离。
将马玲薯淀粉溶液置于电场中,支链淀粉移向阳极,沉积下来,直链淀粉仍留在溶液中。
玉米淀粉不含磷酸酯,但直链淀粉吸附有脂肪酸,具有负电荷,置于电场中,直链淀粉向阳极移动沉淀下来,而支链淀粉留在溶液中。
六、纤维素吸附法
利用直链淀粉能被纤维素吸附而支链淀粉不被吸附的性质可将它们分离。
将冷淀粉溶液通过脱脂棉花柱中,直链淀粉被吸附在棉花上,支链淀粉流过。直链淀粉再用热水洗涤出来。此法可得高纯度的支链淀粉。
沉淀法所得的支链淀粉常混有少量的直链淀粉,可用此法纯化。