直链淀粉：化学性质、分子结构与应用

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直链淀粉：化学性质、分子结构与应用

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https://m.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_CN_CB9132984.htm

直链淀粉（Amylose）是一种重要的多糖类物质，主要存在于植物的淀粉颗粒中。它是由葡萄糖单元通过α-1,4糖苷键连接而成的线性分子，具有独特的化学性质和生物学功能。本文将从化学性质、分子结构、分离方法、退减作用以及应用等方面，全面介绍直链淀粉的相关知识。

直链淀粉的化学性质

直链淀粉具有以下化学性质：

密度：1.6 g/cm³
折射率：145° (C=2, 1mol/L NaOH)
储存条件：室温
溶解度：在0.05 M NaOH中可达到1 mg/mL，略带浑浊，无色
形态：固体
颜色：白色至微黄色
生物来源：马铃薯等植物
旋光性：+180～+210
稳定性：吸湿性强

直链淀粉的分子结构

直链淀粉分子中葡萄糖单元是以α-1，4葡萄苷键连接而成。分子呈直链形状，不分枝，链长约为100～6000单位。自然界的淀粉中所含直链淀粉和枝链淀粉的比例随植物品种而异，普通谷类和薯类淀粉含直链淀粉在17%～27%之间，粘玉米、粘高粱和糯米等不含直链淀粉，全部是支链淀粉，虽然有的品种也含有很少量的直链淀粉，但在2%以下。

直链淀粉是由250到300个D萄葡糖分子以α 1，4糖苷键连接成线状，卷曲成螺旋，有一个非还原性末端及一个还原性末端。直链淀粉的分子量差异很大，从数千乃至150 000；与碘起反应呈蓝色，这是由于直链淀粉悬浮于水中时，其螺旋卷曲的内部为分子碘(I2)所占据的缘故。

支链淀粉是由24到30个D葡萄糖分子不仅以α1，4糖苷键形成短链，而且还以α1，6糖苷键将短链连接成像灌木丛样的结构。

图1：直链淀粉分子结构式

直链淀粉和支链淀粉的分离

淀粉分子中的直链淀粉和支链淀粉可以用物理方法部分分开，并且不使受损坏而保持原来的性质。常用的分离方法有以下几种：

热水分离法：用热水提取膨胀的玉米淀粉粒，可以提出5%～20%的直链淀粉，将提取液蒸干，进行分析可以确定主要是直链淀粉，而未提出的残留部分大多为支链淀粉。用热水分离的方法是基于削弱粒子的结构，以提出联结不太紧密和结晶格子排列较紊乱的分子，直链淀粉可以慢慢地从膨胀的离子中扩散出来，而支链淀粉扩散速度为零，但采用热水分离的方法不太完全，因为直链淀粉分子很紊乱，使得扩散速度很慢，另一方面接近粒子表面的支链淀粉也可能脱离出来与直链淀粉相混，这样就需用其他方法分开。
醇的选择沉淀法：已发现丁醇及戊醇可以引起直链淀粉的选择沉淀，沉淀的为直链淀粉，而支链淀粉则留在溶液中，虽然直链淀粉沉淀时带出大量的支链淀粉，但是还可以用再沉淀的方法将直链淀粉和支链淀粉再分开。如果未沉淀部分尚含有少量直链淀粉，用碘试验仍呈深蓝色，则说明仍有直链淀粉，可用棉花纤维吸附掉，这部分直链淀粉在10%以下，除去以后再用碘试验则蓝色消失，剩下的部分为纯净的支链淀粉。
纤维吸附法：棉花或滤纸可以强烈地吸附直链淀粉，吸附以后再用热水洗涤，可以洗下直链淀粉。

退减作用（Retrogradation）

淀粉分子含有大量的羟基，使淀粉具有亲水性。除亲水性外，这些羟基会互相吸引形成氢键。线型直链淀粉很容易互相并排，用羟基形成链之间的氢键。当有足够多的链间氢键生成时，各个直链淀粉分子就缔合形成分子聚集体，其水合能力降低，从而也降低了溶解度。在稀溶液中(浓度低于w=1%)，直链淀粉会沉淀出来。在较浓的悬浮液中，聚集的直链淀粉会把液体包含在部分缔合直链淀粉分子网中，形成凝胶体。这种排列、缔合和沉淀过程主要是一种结晶过程，淀粉化学家称为退减作用。温度越高(80～150℃)退减程度越低，直链淀粉分子越大退减速度越慢。pH5～7时退减最快，pH大于10时退减不能进行，在pH值为2以下时速度很慢，一价的阳离子和阴离子能阻滞退减使用。淀粉的很多改性体是按抑制或消除直链淀粉的退减趋向的要求而制备的。支链淀性不象直链淀粉那么容易发生退减作用或结晶现象。