分支极限糊精调控小麦淀粉回生机理研究

The essence of starch retrogradation is the ordering rearrangement of starch chains. How to effectively inhibit starch retrogradation is the key technology of extending high-starch food's shelf life. On the basis of BLD retarding wheat starch retrogradation in our previous research, the effects of branched limited dextrin (BLD) on wheat starch recrystallization will be characterized by enzyme, wide-angle X-ray diffraction as well as differential scanning calorimetry, and HYPERCHEM software will be used to calculate the interaction sites of BLD with starch chain (confirmed by AFM and NMR) so as to analyze how BLD regulates wheat starch retrogradation, how BLD act on wheat starch retrogradation, what are primary forces and where is the active site? Therefore, the main focus of this project is to uncover the essential principle of retarding wheat starch retrogradation and influencing wheat starch chain ordering recrystallization by BLD, so as to provide scientific evidences for starch scientific theoretical research and inhibit starch retrogradation effectively.

淀粉分子链有序化重排是淀粉回生的本质，有效调控其分子重排是延缓高淀粉食品货架期的关键。在已证明分支极限糊精能有效控制小麦淀粉回生的研究基础上，本项目拟采用淀粉酶法、示差扫描量热及广角X射线衍射技术表征分支极限糊精调控小麦淀粉回生程度的特性，结合HYPERCHEM分子动力学模拟软件计算分支极限糊精与小麦淀粉分子片段的交互作用，及采用原子力显微镜和核磁共振技术对计算结果的印证，分析分支极限糊精通过什么主导作用力和在什么作用位点影响小麦淀粉回生的速度及程度，以期揭示分支极限糊精影响小麦淀粉回生的基本规律，及干扰小麦淀粉分子有序化重排机制，为淀粉回生理论研究和高效控制淀粉回生的方法提供科学依据。

淀粉老化是糊化后的淀粉分子链经氢键缔合形成的双螺旋结构趋于有序化形成晶体的过程，淀粉老化制约着我国食品行业的发展。本项目基于前期初步研究发现DP9的分支极限糊精抑制小麦淀粉和糯米淀粉的长期老化基础上，首先制备不同分子量的分支极限糊精，并通过MALDI-TOF-MS、1H NMR和HPAEC-PAD对得到的分支极限糊精进行分子量、糖苷键比例和链长分布进行测试表征。随后利用DSC、RVA、CLSM研究分支极限糊精对淀粉糊化的影响及与淀粉间的相互作用。在淀粉老化方面，利用用DSC、WXRD研究分支极限糊精对淀粉老化热性能及结晶度的影响。根据DSC所测的焓值，建立Avrami方程淀粉等温重结晶动力学模型，分析判断了系列分支极限糊精影响该模型中重结晶成核速率、成核模式。在分子水平上，采用计算化学分子模拟软件 HYPERCHEM 8.0 建立真空条件下的小分子糖与淀粉片段作用模型，根据分子模型大小限定边界条件和添加水分子，构建与实验条件一致的模型，进行分子动力学模拟；采用QSAR工具分析淀粉片段分子表面积、分子体积、水合能等参数的变化。通过数据处理与分析软件 Origin 8.0 中 Linear Fit 工具分析老化度与QSAR各参数变化值之间的相关性。研究发现从玉米淀粉水解得到的分支极限糊精（CS7，CS8和CS9）的分子量普遍比来源于蜡质玉米淀粉的分支极限糊精（WS7，WS8和WS9）小。不同DP 的分支极限糊精（DPCS7= 12，DPCS7= 10和DPCS7= 8）显著影响玉米淀粉的糊化性质。分支极限糊精的加入增加了峰值粘度和最终粘度。RVA结果表明通过淀粉分子和分支极限糊精之间的相互作用，分支极限糊精显著改变了分支极限糊精/玉米淀粉混合物的粘度参数。 分支极限糊精/玉米淀粉混合物的CLSM结果进一步证实了，分支极限糊精和玉米淀粉-分支极限糊精的相互作用。分支极限糊精抑制了玉米和蜡质玉米淀粉的老化，且抑制的顺序为：CS9＞WS9＞CS8＞WS8＞CS7＞WS7。分子量最低的分支极限糊精（CS9）对玉米和蜡质玉米淀粉老化影响最大。这些结果与WXRD结果一致。此外，基于老化淀粉结晶动力学方程Avrami指数（n），可以判断玉米和糯玉米淀粉的微晶生长为1D。