刘延奇，肖欣欣，郑苗苗，李 红，申瑞玲，杨留枝

(郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州450002)

V型直链淀粉-醇类复合物定性定量分析

刘延奇，肖欣欣，郑苗苗，李 红，申瑞玲，杨留枝

(郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州450002)

以B型微晶淀粉为原料，在一定的条件下，分别与乙醇、正丁醇、正己醇和正辛醇复合，制备得到系列的V型直链淀粉-醇类复合物。应用红外光谱对得到的V乙醇、V正丁醇、V正己醇、V正辛醇进行测定，定性确定了V型复合物中醇类配体的存在;进一步应用主成分分析方法(PCA)结合SPSS13.0、DPS7.05统计软件对红外吸收光谱进行分析计算。结果表明，制备得到的V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇复合物中醇类配体的含量分别为:19.8%、14.1%、9.79%、8.3%。

V型直链淀粉-醇类复合物，红外光谱，主成分分析方法，定量分析

短链直链淀粉易于从水溶液中结晶析出形成B型或A型微晶［1-2］，配体的出现引起了直链淀粉构象的改变，其结果是直链淀粉的双螺旋转变成单螺旋，配体(如碘、线性醇等)与直链淀粉络合形成复合物—V型直链淀粉复合物［3-6］。基于直链淀粉链的对称性、每个螺旋圈可以有6～8个葡萄糖残基以及配体存在复合物中所处位置等因素，使得V型直链淀粉复合物呈现很大的多样性。目前，国内外对V型复合物的研究所得到的基础结构信息可以解释复合物的一些性质，但是复合物结晶结构中很多性质还未被发现，很多细微结构信息都是处于推测阶段。本文通过对V型复合物红外光谱定性分析确定复合物中配体的存在，同时利用主成分分析方法(PCA)结合SPSS13.0、DPS7.05统计软件，对样品的红外吸收光谱进行定量分析计算得出复合物中醇类配体的含量，从而为V型直链淀粉复合物结构中配体含量的测定探索一种简便可行的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯淀粉 甘肃超星淀粉有限公司生产;乙醇、正丁醇、正己醇、正辛醇、盐酸、二甲基亚砜(DMSO) 分析纯，天津德恩化学试剂有限公司。

SHC-II2型循环水式真空泵 郑州长城科工贸有限公司;ZD-85型气浴恒温振荡器 江苏金坛市医疗仪器厂;LG10-24A型高速离心机 北京医用离心机厂;FTS3000型红外光谱扫描仪 美国BIO-RAO。

1.2 实验方法

1.2.1 B型微晶淀粉的制备 B型微晶淀粉参照文献［1］中方法制备得到。

1.2.2 V型直链淀粉-醇类复合物的制备 取B型微晶淀粉10.0g溶解在预热的25mL DMSO中，随后注入到175mL去离子水中配制成5%淀粉溶液，放入90℃的水浴锅中恒温备用。取2.5g醇类配体溶解在预热的20mL 95%乙醇中，随后逐滴加入到热的淀粉溶液中。混合后的溶液在90℃下静置4h，每半个小时缓慢摇晃一次。随后取出使其缓慢冷却到室温。48h后离心分离，弃去上清液，收集沉淀并在室温下晾干即得V型复合物。

1.2.3 傅里叶红外光谱(FT-IR)测试 取约1mg干燥V型复合物于玛瑙研钵中并加入约100mg干燥的KBr，混合物在研钵中混合均匀，随后将其放置到压膜器进行压制，取出样品薄片进行红外扫描。

1.2.4 红外光谱定量分析数据处理 利用主成分分析方法(PCA)结合SPSS13.0统计软件对样品的红外光谱进行因子分析，确定主成分的个数并对其建立数学模型。利用主成分与红外吸收曲线中振动峰的相关性，结合DPS7.05统计软件中主成分分析得出主成分的得分并将其转换成配体含量。

表1 B型微晶淀粉和V型直链淀粉-醇类复合物主成分分析的特征根和贡献率Table 1 Characteristic roots and the contribution rate of B-type microcrystalline starch and V-type amylose-alcohol complexes’s principal component analysis

2 结果与分析

2.1 V型直链淀粉－醇类复合物的定性分析

图1分别是B型微晶、V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇的红外吸收光谱图。从图1中可知，各样品图谱均在3407、2929、1645、1018、1369、1361cm-1和1000～1300cm-1处存在吸收峰，这些吸收峰位置所对应的官能团分别为—OH(νCH)、—CH2—(νasCH)、—CHO (νC=O)、—OH(νCO)、—CH3(δsCH)、C—O—C基团。除了V型复合物红外吸收曲线中1645、1716cm-1处的吸收峰之外，其它振动峰均明显的比B型微晶所对应振动峰的强度和尖锐程度有所增强，这是因为淀粉结构与醇类配体结构中相同官能团相互叠加造成的。吸收峰强度的增大也表明随着配体碳原子数目的降低，络合在V型复合物中的配体含量是逐渐增加的。

2.2 V型直链淀粉－醇类复合物中配体含量的定量分析

图1 B型微晶淀粉和V型直链淀粉-醇类复合物的红外光谱Fig.1 Infrared spectrum of B-type microcrystalline starch and V-type amylose-alcohol complexes

B型微晶淀粉与V型复合物晶体红外吸收光谱曲线的吸收特征大体是一致的(如图1所示)，无法通过吸收特征峰进行区别，可以采用适当的化学计量方法提取红外光谱的特征信息并对V型复合物进行定量分析。其中，主成分分析方法(PCA)就可以有效地强调光谱和化学数据之间的相关性，从光谱中获得复合物有用的相关信息且对其进行定量分析。

2.2.1 V型直链淀粉-醇类复合物的红外吸收光谱的因子分析 分别对 B型微晶淀粉、V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇的红外吸收光谱中峰1、峰2、峰3和峰4(见图1)这4个特征峰进行主成分分析。经Bartlett球形检验，P值均为0.0001＜0.05，达到显著性差异水平，因此适合于因子分析。通过SPSS13.0统计软件进行因子分析，结果列于表1和表2中。

由表1中B型微晶淀粉红外吸收图谱主成分分析看出，主成分a1的特征根为3.239，方差贡献率为80.965%，代表了全部曲线信息的80.965%，是最重要的主成分;主成分a2的特征根为0.577，代表了全部曲线信息的14.432%，是仅次于主成分a1的重要主成分;其它主成分的贡献率分别为 2.387%、2.216%，依次减小。主成分a1和a2的累积贡献率为95.397%，表明前两个主成分已经把B型微晶红外吸收曲线95.397%的信息反映出来。

同样，V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇四种样品的前两个主成分的累积贡献率分别为97.552%、99.015%、97.414%和97.767%。

表2 B型微晶淀粉和V型直链淀粉-醇类复合物红外曲线的因子载荷矩阵Table 2 Factor loading matrix of B-type microcrystalline starch and V-type amylose-alcohol complexes IR curve

表3 红外吸收光谱特征峰与主成分因子载荷关系的数学模型Table 3 Mathematical model of relationship between IR absorption peak and principal component factor loading

由表2中各红外曲线的因子载荷矩阵，可建立红外吸收光谱特征峰与主成分因子的载荷关系的数学模型。结果如表3所示。

2.2.2 V型直链淀粉-醇类复合物红外吸收光谱的主成分得分 B型微晶淀粉和V型直链淀粉-醇类晶体的红外曲线中峰4代表的是C-O伸缩振动峰(醇类的特征峰)，同时根据主成分分析方法(PCA)得出的主成分a2、b2、c2、d2和e2均代表红外曲线中峰4。V型复合物晶体红外吸收曲线比B型微晶淀粉晶体红外曲线中超出的吸收强度即是醇类配体存在引起的。因此，将V型复合物主成分b2、c2、d2或e2的得分分别减去B型微晶淀粉主成分a2的得分，即得到晶体中醇类配体含量。

为了简化操作，利用DSP7.05多元分析中主成分分析计算得出 B型微晶淀粉、V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇的红外吸收光谱中峰4的因子得分列于表4，可以看出随着醇类配体C原子数目的增加，V型复合物络合的醇类配体逐渐减少。

表4 B型微晶淀粉和V型直链淀粉-醇类晶体红外曲线中主成分a2、b2、c2、d2和e2的因子得分和配体含量Table 4 The principal component a2，b2，c2，d2and e2’s factor scores and ligand concentration of B-type microcrystalline starch and V-type amylose-alcohol complexes crystal IR curve

3 结论

对V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇的红外吸收光谱进行定性分析，确定了本文制备的V型直链淀粉-醇类复合物中添加醇类配体的存在。利用主成分分析方法(PCA)结合SPSS13.0、DPS7.05统计软件对相关红外吸收光谱进行定量分析，计算得出淀粉溶液浓度为5%条件下制备得到的V乙醇、V正丁醇、V正己醇和V正辛醇复合物中醇类配体的含量分别为19.8%、14.1%、9.79%和8.3%。

［1］刘延奇，于九皋，孙秀萍.B型淀粉球晶的制备及表征［J］.中国粮食学报，2004，21(2):137-140.

［2］刘延奇，于九皋，孙秀萍.A-型淀粉球晶的制备及表征［J］.中国粮食学报，2004，19(1):31-34.

［3］Mary A Whittam，Paul D Orford，et al.Aqueous dissolution of crystalline and amorphous amylose-alcohol complexes［J］.Int J Biol Macromol，1989，11.

［4］P Le Bail，C Rondeau，A Bul'eon.Structural investigation of amylose complexes with small ligands:helical conformation，crystalline structure and thermostability［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2005，35:1-7.

［5］Jeannette Nuessli，Jean Luc Putaux，Patricia Le Bail，et al. Crystal structure of amylose complexes with small ligands［J］. International Journal of Biological Macromolecules，2003，33: 227-234.

［6］Shiran Zabar，Uri Lesmes，Itai Katz，et al.Studying different dimensions ofamylose-long chain fatty acid complexes: Molecular，nano and micro level characteristics［J］.Food Hydrocolloids，2009，23:1918-1925.

Qualitative and quantitative analysis of V-type amylose-alcohol complexes

LIU Yan-qi，XIAO Xin-xin，ZHENG Miao-miao，LI Hong，SHEN Rui-ling，YANG Liu-zhi
(School of Food and Biological Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China)

B-type microcrystalline starch made a combination with ethanol，butanol，hexanol and octanol respectively under certain conditions，a series of V-type amylose-alcohol complexes were prepared.Infrared spectrum of obtained Vethanol，Vn-butanol，Vhexanol，Vn-octanolwere measured qualitatively to determine the certain alcohol in V-type complexes;Further application of principal component analysis(PCA)with SPSS13.0，DPS7.05 statistical software for analysis calculation of infrared absorption spectra.The results showed that obtained the alcohol content of Vethanol，Vn-butanol，Vhexanol，Vn-octanolwere 19.8%，14.1%，9.79%，8.3%.

V-type amylose-alcohol complexes;infraredspectroscopy;principal component analysis; quantitative analysis

TS236.9

A

1002-0306(2012)04-0132-03

2011-04-11

刘延奇(1964-)，男，工学博士，教授，研究方向:天然聚合物改性及应用。

国家自然科学基金项目(21076201);河南省重点科技攻关项目(102102110103)。