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不让技术成为科研的障碍

2022.12.07

项目文章|小球藻MBFJNU-17的超小粒径淀粉



背景
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淀粉被广泛应用于日常生活的不同领域,具有提供卡路里、乳液稳定和营养物包封等作用。淀粉的功能性通常受不同结构和颗粒大小的影响。特别是,小粒径的淀粉具有更好的Pickering乳液稳定性,还可以提升品包装的机械、阻隔和热稳定性能。因此,科学家们对获取新型小颗粒淀粉的工作特别感兴趣。

2022年11月,International Journal of Biological Macromolecules(IF=8.02)杂志上发表了一篇题为“A novel very small granular starch from Chlorella sp. MBFJNU-17”的研究论文。该研究论文首次从小球藻中提取出超小粒径的淀粉,并对其进行了结构表征,为非常小的颗粒淀粉生产的原料筛选提供理论指导。我公司参为淀粉相变行为及链结构测试提供技术支持,同时在数据分析提供帮助。




研究材料
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小球藻粉和藜麦种子


研究方法
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小球藻粉和藜麦种子在0.45%的Na2S2O5溶液中,4℃条件下浸泡12 h。将浸泡后的藜麦种子置于研磨机中全速研磨2 min。将浸泡后的小球藻使用高压均质机在50Mpa压力下处理三个周期。用尼龙纱布分别过滤小球藻和藜麦种子的处理液,然后在转速为5000×g条件下离心3 min,弃上清。用刀刮去沉淀的上层,取剩余沉淀物重悬于磷酸盐缓冲液中(pH 7.5),在转速为3000×g条件下离心3 min,弃上清,重复5次操作。将所得的淀粉颗粒用胰蛋白酶和乙醚处理以去除蛋白和脂类杂质。最后,将淀粉用蒸馏水洗涤三次,在35℃的烘箱中干燥36小时,得到小球藻和藜麦两种不同的淀粉干粉。


实验路线
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1
微藻和藜麦淀粉的组分

微藻和藜麦淀粉的蛋白质、脂质和灰分含量都很低,说明提取得到的两种淀粉纯度较高(表1)。

2
微藻和藜麦淀粉的精细结构

图1A是脱支链淀粉的典型重量链长分布,在X>100处的脱支链淀粉通常被表征为直链淀粉链,在X≤ 100为支链淀粉链。直链淀粉可分为短直链淀粉(100<X≤ 1000)、中等直链淀粉(1000<X≤ 5000)和长直链淀粉级分(5000<X≤ 20000)。由表2可知,两种淀粉的直链淀粉含量均高于10%,而藜麦淀粉的直淀粉含量高于小球藻淀粉。与藜麦淀粉相比,小球藻的短直链和中等直链淀粉含量更低,长直链淀粉含量水平相当。

 图1 淀粉多尺度结构的表征(去支链藜麦和小球藻淀粉的SEC重量链长度分布(A)、X射线衍射图案(B)、粒度分布(C)、粘贴曲线(D)、SEM图像(E))。

3
两种淀粉的有序分子结构

由表1可知,藜麦淀粉54.77℃开始糊化(To),结束于67.27℃(Tc),焓值为8.09J/g(△H)。小球藻淀粉比藜麦淀粉的To、Tp和Tc值更高,说明具有更高的热稳定性。此外,小球藻淀粉焓值也比藜麦淀粉更高,这表明小球藻淀粉含有更有序的分子结构。

4
两种淀粉的晶体结构

由图1B可知,藜麦淀粉和小球藻淀粉都在约15、17、18和23°(2θ)处显示出了特征峰,说明两种淀粉都是A型晶体结构。此外两种淀粉在20°(2θ)处也有一个明显峰,说明两种淀粉还存在V型晶体结构。


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两种淀粉的层状结构

由图2A可知,藜麦淀粉在约0.6nm-1处有一个明显的峰,说明藜麦淀粉主要为层状结构。小球藻淀粉在约1.2nm-1处还存在一个额外的峰,说明小球藻淀粉颗粒内的还有另一个半结晶薄片结构。

图2 藜麦和小球藻淀粉的SAXS模式(原始SAXS模式(A)、藜麦淀粉SAXS模式的拟合曲线(B)、小球藻淀粉SAXS模式的拟合曲线(C)、一维相关函数剖面(D))

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两种淀粉的粒径和形态

图1E是两种淀粉的扫描电镜图。由图可知,藜麦淀粉颗粒呈不规则、有角和多边形,表面几乎光滑。小球藻淀粉颗粒不规则,几乎呈椭圆形,表面光滑,没有明显的损伤/裂缝迹象。根据显微照片,发现藜麦淀粉和小球藻的尺寸均为约1μm,小球藻淀粉粒径略小于藜麦淀粉粒径。

7
两种淀粉的体外消化率

由表4可知,煮熟的藜麦淀粉几乎在120分钟内消化,前20分钟消化率为84.96%,120分钟消化率达91.44%。与煮熟的藜麦淀粉相比,煮熟的小球藻淀粉显示出较高的快速消化淀粉(RDS)含量、较低的慢速消化淀粉(SDS)含量和相同的抗性淀粉(RS)含量。

小结
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在本研究中,首次从小球藻MBFJNU-17中提取出了淀粉颗粒,并对其进行了系统表征。与藜麦淀粉相比,小球藻淀粉具有更小的尺寸,这表明小球藻MBFJNU-17将是非常小颗粒淀粉的良好资源。此外,小球藻淀粉含有较少的直链淀粉、较长的支链淀粉分支和结晶结构、较薄的无定形薄片、较厚的结晶薄片、较好的热稳定性和较低的酶消化。研究结果为开发生产新型易得的小颗粒淀粉提供了新思路。





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