直鏈淀粉和支鏈淀粉在結構性質上的差異性

    淀粉是植物儲備的營養(yǎng)物質。它貯存于植物的種子、塊莖及根里。植物生長成熟后，各種植物中淀粉的含量因品種、氣候、土質以及其它生長條件的不同而不一樣。即使在同一快地里生長同一品種的不同植株，所含淀粉的量也不一定相同。谷類中含有的淀粉較多；如大米約含淀粉80％，小麥約含70％，而馬鈴薯中約含有20％的淀粉。淀粉不是一個單純的分子，而是一種混合物。它是由兩種不同類型的淀粉組成，一種是直鏈淀粉，另一種是支鏈淀粉。從不同農作物獲得的淀粉中，其直鏈淀粉的組成比例并不相同。直鏈淀粉和支鏈淀粉在結構、性質以及化學反應活性方面有很大差異，主要差異如下：
（1）分子量、結晶結構與凝沉作用
    直鏈淀粉分析儀的分析結果顯示，直鏈淀粉和支鏈淀粉的分子大小都不是均一的，并且分子之間大小相差很大。直鏈淀粉分子量在3～16萬范圍內，支鏈淀粉的分子量比直鏈淀粉的大，分子量在10～100萬范圍內。直鏈淀粉的顆粒小，分子鏈與分子鏈間締合程度大，形成的微晶束晶體結構緊密，結晶區(qū)域大。而支鏈淀粉以分支端的葡萄糖鏈平行排列，彼此以氫鍵締合成束狀，形成微晶束結構。所以支鏈淀粉中結晶區(qū)域小，晶體結構不太緊密，淀粉顆粒大。
    直鏈淀粉由于分子排列比較規(guī)整，分子容易相互靠攏重新排列。所以在冷的水溶液中，直鏈淀粉有很強的凝聚沉淀性能。而支鏈淀粉的分子大，各支鏈的空間阻礙作用使分子間的作用力減小。而且由于支鏈的作用，使水分子容易進入支鏈淀粉的微晶束內，阻礙了支鏈淀粉分子的凝聚，使支鏈淀粉不易凝沉。
    工業(yè)上利用直鏈淀粉與支鏈淀粉的凝沉性的差異，將直鏈淀粉與支鏈淀粉分離。
（2）溶解度與粘度
    直鏈淀粉溶于熱水，在50～60"C的熱水中，直鏈淀粉溶解，形成有粘度的溶液。但直鏈淀粉的溶解度隨溫度升高的變化不大。支鏈淀粉不溶于水，而在50～60"C的熱水中，支鏈淀粉分子中各支鏈的相互作用大于水分子對分子鏈的作用。所以此溫度下，支鏈淀粉是不溶于水的，但能在水中脹大而濕潤。當溫度升高Nloo。c時，水的滲透作用加快，支鏈間的作用力減弱而與水分子的作用增強，支鏈淀粉開始溶解于水，形成非常粘滯的液體。當溫度繼續(xù)上升到120"C時，支鏈淀粉的溶解度加大。
淀粉在水中的溶解過程中，粘度是不斷變化的。當?shù)矸垲w粒開始溶解時，粘度逐漸增加，達到最大限度后，隨著溫度的繼續(xù)上升，粘度下降。當溫度降低后，粘度又開始增加。直鏈淀粉的顆粒小，晶體結構緊密。分子中氫鏈締合程度大，水分子不易鉆入微晶束內折散全部氫鍵；也就是說直鏈淀粉分子中很多極性基因仍是相互作用在一起，而沒有和水分子形成作用力。所以直鏈淀粉在溫水中能溶于水，而粘度卻沒有支鏈淀粉的大。
（3） 與碘的顯色作用
    碘遇淀粉溶液即有藍色或深藍色出現(xiàn)，這是檢驗淀粉的靈敏而有效的方法。淀粉與碘溶液接觸后，可以顯示藍色或深藍色。這種顯色原理一般認為是由于淀粉分子具有螺旋狀的卷曲結構，能使淀粉與碘形成淀粉一碘的復合物，因而顯示顏色。
淀粉與碘的顯色反應，呈現(xiàn)的顏色深淺與淀粉分子中多苷鍵的長度(亦即聚合度)有關。淀粉多苷鍵的長度與顏色的關系如表1．2所示。

    直鏈淀粉的分子是由大葡萄糖單位構成的不分支的鏈狀結構，并且鏈具有螺旋式的卷曲，平均每六個葡萄糖單位形成一圈螺旋，整個直鏈淀粉分子的螺旋圈數(shù)是很大的。當?shù)馊芤号c淀粉接觸時，碘分子能進入淀粉分子的螺旋內部，平均每圈螺旋可以束縛～個碘分子，整個直鏈淀粉分子可以束縛較多的碘分子。所以直鏈淀粉與碘的顯色反應，呈現(xiàn)深藍色。支鏈淀粉分子中，支鏈也同樣能形成螺旋卷曲，但由于支鏈淀粉每個分支的平均長度較短，一般只含有20～30個葡萄糖單元，相應的絡合碘分子的數(shù)目也少。所以支鏈淀粉與碘的顯色反應，呈現(xiàn)紫紅色或紅色。
    淀粉溶液加熱時，可以使淀粉分子中的螺旋卷曲伸長、展開。使每六個葡萄糖單元絡臺一個碘分子的情況被破壞。因此與碘的呈色作用消失。當?shù)矸廴芤豪鋮s時，分子鏈可以回復到螺旋卷曲，仍出現(xiàn)顯色作用。贏鏈淀粉溶液與碘反應顯示藍色的溶液，在受熱時，藍色消失的較慢。而支鏈淀粉溶液的顏色消失的較快。這主要是因為支鏈淀粉分子中形成的螺旋圈數(shù)較少，受熱容易伸展的原因。
（4）化學反應活性
    直鏈淀粉分子在較高溫度下分子較為伸展，極性基因外露，很容易與一些極性有機物，如醇類、脂肪酸作用。而支鏈淀粉分子中，由于支鏈呈樹枝狀，在空間上起到阻礙作用，所以與極性試劑進行反應較慢。
    綜上所述，直鏈淀粉與支鏈淀粉在結構、性質以及化學反應活性上都具有差異。工業(yè)上將直鏈淀粉與支鏈淀粉分離，使用在不同的方面。如支鏈淀粉與環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)制備的一種三維網(wǎng)狀的大分子，其性質穩(wěn)定，能有效的與廢水中的ca2十、zn2+等重金屬離子反應，便于除去廢水中的重金屬離子并回收利用。利用支鏈淀粉進行接枝共聚制備的薄膜代替聚乙烯塑料薄膜，不會對環(huán)境造成污染。

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