基于SAXS的B型芭蕉芋淀粉晶体结构的模型构建及其酶解机理

芭蕉芋是盛产于我国西南少数民族集居贫困地区的一种富含B型淀粉的重要低碳农产品。课题主要针对因芭蕉芋淀粉基础研究缺乏导致其用途单一的现状,以小角X射线散射(SAXS)为测试手段,通过不同酶制剂酶解其淀粉的SAXS 实验结果:完善用SAXS表征淀粉晶体结构的数学建模方法;确定酶解过程中芭蕉芋淀粉晶体结构参数和水解产物变化的动力学方程;探索芭蕉芋淀粉在不同酶作用下晶体的酶解机理。首先通过不同环境条件下不同酶解阶段残留固体SAXS数据,借助量子化学、分子力学、分子模拟等理论方法，在Cardoso和Donald等人基础上，完善用SAXS实验表征淀粉晶体结构的数学建模方法。并借助XEM、POM、AFM、Solid 13C-NMR、XRD等手段对模型进行验证。然后根据优化了的模型探索芭蕉芋淀粉晶体结构参数变化的动力学特征和酶解机制，为揭示B型淀粉晶体的酶解机理和芭蕉芋的深层次开发提供理论指导。

淀粉颗粒内部片层结构是决定淀粉乳理化性质和热力学性质的关键因素。精确求解淀粉分子片层结构的最大障碍是无法将取得的结构数据与淀粉真实结构一一对应。我们从淀粉半晶结构模型入手，研究了其在不同晶型淀粉中的局限性，首次提出了一种简单的判定淀粉晶型以及计算结晶度的方法（SAXS数学建模），并进一步拓宽了一维相关函数的应用领域。本项目以芭蕉芋淀粉为研究对象，综合开发了各种芭蕉芋淀粉衍生物：芭蕉芋膳食纤维、芭蕉芋果胶、芭蕉芋烷基糖苷。运用一维相关函数精确求解了芭蕉芋原淀粉及其在热降解和酶降解过程中的结构参数变化，给出了具体的降解程度和晶体完整度。通过结合近代测试手段（光散射、核磁共振、体积排阻色谱等），以热降解为参考，对芭蕉芋淀粉在酶降解过程中的降解机理有了深层次研究。此外，本项目还采用微区荧光的方式对淀粉颗粒进行全谱荧光扫描，可对直链淀粉在淀粉颗粒内部分布一目了然，为解释芭蕉芋淀粉在生产和加工过程中的结构变化提供了支撑。