复合微生物发酵方法结合色谱检测技术分析淀粉结构

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复合微生物发酵方法结合色谱检测技术分析淀

粉结构

淀粉是由脱水葡萄糖单位构成的生物高聚物，大部分是以淀粉颗粒的形态存在，不论来自何种

植物或组织，都包含 2种主要的多糖，即直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉通常被定义为线性长

链分子，是由脱水葡萄糖单位经过 α-1，4糖苷键连接而成的，而支链淀粉是由葡萄糖经过 α-

1，4糖苷键和 α-1，6糖苷键连接而成，即由许多短链在还原端通过 α-1，6糖苷键连接在一

起，使支链淀粉具有高度的分支。由于直链淀粉和支链淀粉的结构不同，且在淀粉中的含量不

同，所以决定各类淀粉的结构和性质的差异。

淀粉颗粒是一种半结晶的聚合物，其包含有结晶区和无定形区。淀粉颗粒中形成结晶区的主要

为支链淀粉，支链淀粉分子相互聚集形成的双螺旋结构是结晶的基础。而直链淀粉是组成淀粉

颗粒无定形区的主要成分。然而在高直链淀粉品种下，淀粉分子是如何影响淀粉颗粒的结构

的，目前仍不是十分清楚。

这主要是由两方面的原因造成的：一是缺乏更为有效的技术；二是淀粉降解模型的设计上需要

更科学化。

虽然已有许多通过酶降解体系来研究淀粉结构，例如分析降解前后淀粉颗粒形态和分子结构的

变化等，然而采用不同的方法和技术分析淀粉的结构仍显得十分必要。本试验采用复合微生物

发酵的方法结合色谱检测技术，试图从不同的角度来研究淀粉的精细结构。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

普通玉米淀粉，购于 Sigma 公司（美国）；高直链玉米淀粉，来源于国民淀粉公司（澳大利

亚）；其他试剂都为化学分析纯度。

1.2 试验方法

1.2.1 淀粉蒸煮

玉米淀粉的蒸煮处理：将淀粉与蒸馏水相混合制成水分含量为 60%的淀粉乳，置于高压锅中于

121℃处理 30 min，冷却后重复高压处理两次。取出后冷却，冷冻干燥，将干燥后得到的固体

经粉碎机粉碎后过 0.5 mm 的筛网。

1.2.2 微生物发酵处理

利用微生物发酵法降解普通玉米淀粉和高直链玉米淀粉，对其降解前后的分子结构进行分析。

具体的试验过程为：利用磷酸缓冲液将来源于健康人体粪便制备成固形物 10 g/mL 的肠道微生

物混合菌液，用于体系发酵。取 200 mg 淀粉样品底物加入到含有 9 mL 发酵介质的发酵瓶中并

水合 1 h（温度控制在 4 ℃）。发酵介质包含以下物质（每 1 L 蒸馏水）：2.5 g 胰蛋白酶、125

μL 矿物质溶液（每 1 L 蒸馏水中 132 g CaCl2·2H2O，100 g MnCl2·4H2O，10g

CoCl2·6H2O，80 g FeCl3·6H2O）、250 mL 缓冲溶液（每 1 L 蒸馏水中 4 g (NH4)HCO3、35 g

NaHCO3）、250 mL 矿物质溶液（每 1 L 蒸馏水中 5.7 g Na2HPO4，0.6g MgSO4·7H2O）和

1.25 mL 刃天青溶液0.1 g/mL。取 33.5 mL 灭菌后的还原性溶液（每 1 L 蒸馏水中 6.25 g 半胱氨

酸盐酸盐，6.25 g Na2S·9H2O，40 mL NaOH）添加到 1 L 发酵介质中，发酵介质的 pH 调整到

7.2。每个发酵瓶接种 1 mL 的微生物混合菌液，每毫升混合菌液中含有 1×1010 活菌，最终保证

达到每个发酵瓶中含有 1×109 活菌。每个试验瓶中用氮气喷雾，并用石蜡密封作为防止泄露的

预防措施。试验瓶在 37 ℃振荡中培养 24 h，发酵结束后立即冷冻贮藏。

1.2.3 利用 HPLC 分析 2种淀粉的分子组成取不同发酵时间段的发酵液冷冻干燥，取固形物 50

mg 放入25 mL 离心管中，向其中加入 8 mL 二甲亚砜（DMSO）和水的混合液（DMSO 与H2O

的体积比为90 10∶）。每只离心管封盖，置于沸水浴中加热30min，冷却后加入 20 mL 无水乙

醇，封盖后均匀震荡 3min，静置5 min 后于 3 000 r/min 条件下离心，弃去上清液，加入 20 mL

无水乙醇再次震荡离心。再次用乙醇洗涤重复操作得淀粉沉淀物。

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摘要：

复合微生物发酵方法结合色谱检测技术分析淀粉结构淀粉是由脱水葡萄糖单位构成的生物高聚物，大部分是以淀粉颗粒的形态存在，不论来自何种植物或组织，都包含2种主要的多糖，即直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉通常被定义为线性长链分子，是由脱水葡萄糖单位经过α-1，4糖苷键连接而成的，而支链淀粉是由葡萄糖经过α-1，4糖苷键和α-1，6糖苷键连接而成，即由许多短链在还原端通过α-1，6糖苷键连接在一起，使支链淀粉具有高度的分支。由于直链淀粉和支链淀粉的结构不同，且在淀粉中的含量不同，所以决定各类淀粉的结构和性质的差异。淀粉颗粒是一种半结晶的聚合物，其包含有结晶区和无定形区。淀粉颗粒中形成结晶区的主要为支链淀粉，...

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