СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ В КРАХМАЛЕ КРАХМАЛЬНЫХ ФРАКЦИЙ АМИЛОЗЫ И АМИЛОПЕКТИНА Российский патент 2025 года по МПК G01N33/10 G01N23/83 

Изобретение относится к химической, пищевой и фармацевтической промышленности, а именно к методам оценки качества крахмала и аналитическим способам количественного определения в крахмале крахмальных фракций (амилозы и амилопектина) для решения исследовательских задач и контроля качества при производстве и применении крахмала.

Изобретение позволяет разработать аналитический точный, высокоэффективный и простой способ количественного определения крахмальных фракций амилозы и амилопектина.

Известны классические способы определения крахмальных фракций [1], основанные на качественной реакции крахмала с йодом, т.е. возможность образования окрашенных от голубого до синего или даже фиолетового цвета комплексов амилозы с йодом:

- определение амилозы по йодосвязывающей способности [1];

- определение амилозы по «синему числу» [1];

- определение амилозы фотометрическим титрованием йодом [1].

Недостатком известных классических способов определения крахмальных фракций является многоэтапность и трудоемкость, а также большая изменчивость и нестабильность во времени окрашенных йодно-крахмальных комплексов.

Известен способ определения содержания амилозы в рисе [2] - прототип, предусматривающий подготовку приборов, материалов и реагентов, пробоподготовку и спектрометрическое определение крахмальной фракции амилозы по цвету йодно-крахмального комплекса.

Недостаток известного способа - чрезвычайно низкая устойчивость (стабильность) йодно-амилозного крахмального комплекса. Нестабильность и высокая внутренняя структурная изменчивость комплексов йода и амилозы приводит к широкому разбросу фиксируемых значений, т.е. к низкой точности определения даже при помощи точного инструментального спектрофотометрического исследования.

Спектрофотометрия (абсорбционная) - физико-химический метод исследования растворов и твердых веществ, основанный на изучении спектров поглощения в ультрафиолетовой (200-400 нм), видимой (400-760 нм) и инфракрасной (>760 нм) областях спектра. Основная зависимость, изучаемая в спектрофотометрии, - зависимость интенсивности поглощения (как правило, измеряется оптическая плотность - логарифм светопропускания, так как она зависит линейно от концентрации вещества) падающего света от длины волны. Спектрофотометрия широко применяется при изучении строения и состава различных соединений (комплексов, красителей, аналитических реагентов и др.), для качественного и количественного определения веществ (определения следов элементов в металлах, сплавах, технических объектах). Приборы спектрофотометрии - спектрофотометры.

Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка высокоэффективного, аналитически точного простого способа количественного определения крахмальных фракций амилозы и амилопектина, позволяющего максимальным образом исключить ошибки связанные с многоэтапность, трудоемкостью и сложностью исследования, а также нестабильность и изменчивостью во времени комплексных соединений йода и крахмала.

Это достигается тем, что способ количественного определения в крахмале крахмальных фракций амилозы и амилопектина, предусматривающий пробоподготовку образцов крахмала в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см в течение 15-30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью, в которых далее проводят количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом: дифракционные кривые записывают на рентгеновском дифрактометре с использованием медного CuK_α излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования, рентгенограммы записывают в режиме «на отражение», на основании анализа полученных рентгенограмм находят степень кристалличности, указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей ((I₀-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей, а степень аморфности, указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности.

Способ реализуется следующим образом.

Нативный крахмал - природный полимер, в котором мономеры (остатки α-D-глюкопиранозы) связаны α-(1→4)- и α-(1→6)-глюкозидными связями, образуя амилозу (полисахарид линейного строения) и амилопектин (полисахарид разветвленного строения). Крахмальные фракции (амилоза и амилопектин) компактно упакованы в крахмальные зерна (или гранулы).

Амилоза - это длинные неразветвленные цепи, содержащие от 100 до 2000 α-D-глюкопиранозных остатков, соединенных α-(1→4)-глюкозидными связями. Кислородный мостик α-(1→4)-глюкозидной связи возникает в результате взаимодействия гликозидного гидроксила первого атома углерода одной молекулы α-D-глюкопиранозы и спиртового гидроксила при четвертом атоме углерода другой. Молекулярная масса амилозы в зависимости от происхождения крахмала колеблется в пределах 10⁵-10⁶. Амилоза имеет спиралевидное строение. Каждый виток спирали состоит из шести последовательных α-D-глюкопиранозных остатков. Внутри спирали образуется канал диаметром 0,5 нм.

Строение амилозы доказывается методом метилирования: при гидролизе полностью метилированной амилозы получается около 99% 2,3,6-триметилглюкозы и около 0,4% 2,3,4,6-тетраметилглюкопиранозы. То, что в результате гидролиза образуется почти исключительно 2,3,6-триметилглюкоза, имеющая свободными первый и четвертый гидроксилы, указывает, что почти все глюкопиранозные остатки в молекуле амилозы связаны между собой α-(1→4)-глюкозидными связями; 2,3,4,6-тетраметилглюкоза образуется из конечного глюкозного остатка, не содержащего свободного полуацетального гидроксила. В начальном глюкозном остатке амилозы (со свободным полуацетальным гидроксилом) метилируется 4 гидроксила - у первого, второго, третьего и шестого атомов углерода, но при кислотном гидролизе метоксил у первого атома углерода, имеющий глюкозидный характер, омыляется и из начального глюкозного остатка, также как и из всех промежуточных звеньев, образуется 2,3,6-триметилглюкоза.

Амилопектин состоит из множества коротких и разветвленных полиглюкозидных цепочек, каждая из которых в среднем содержит 17-26 остатков α-D-глюкопиранозы. В пределах каждой короткой цепи глюкозные остатки соединены α-(1→4)-глюкозидными связями. Друг с другом цепи соединяются посредством α-(1→6)-глюкозидных связей, которые составляют около 5% от общего количества глюкозидных связей амилопектина. Образуется данная связь за счет присоединения гидроксильного атома кислорода, расположенного при углероде в шестом положении a-D-глюкопиранозы одной цепи, к первому углероду глюкозного остатка другой. В зависимости от происхождения крахмала молекулярная масса милопектина колеблется в пределах 10⁷-10⁸.

Описанное строение амилопектина также доказывается методом метилирования. При гидролизе полностью метилированного амилопектина (триметиламинопектина), наряду с преобладающим количеством 2,3,6-триметилглюкопиранозы, образуется приблизительно 4% 2,3,4,6-тетраметилглюкопиранозы и такое же количество 2,3-диметилглюкозы; 2,3,4,6-тетраметилглюкоза, также как и в случае гидролиза амилозы, образуется из конечных глюкозных остатков. Образование 2,3-диметилглюкозы, имеющей свободные гидроксилы у первого, четвертого и шестого атомов углерода, свидетельствует о том, что эти молекулы произошли из глюкозных остатков, связанных с тремя соседними глюкозными остатками, то есть они происходят из точек ветвления полиглюкозидной цепи. Таким образом, в точках ветвления имеются α-(1→6)-глюкозидные связи.

Пространственная структура амилопектина до сих пор не полностью понятна. Предложен ряд моделей, в которых сделаны попытки связать характер разветвлений в цепях амилопектина с его способностью образовывать регулярные кристаллические области. Одним из примеров такой модели является схема Робина-Мерсье. Молекула амилопектина построена как бы из сочетания гроздьев (кистей винограда). Здесь имеются чередующиеся компактные области с упорядоченной структурой, обладающие кристалличностью, медленно гидролизующиеся и менее упорядоченные участки, богатые точками ветвления; отсутствие кристалличности в этой области приводит к ее быстрой гидролизуемости. В этой модели учтено наличие и аморфных участков, образованных разветвлениями цепей, и кристаллических областей, построенных из линейных, параллельно уложенных фрагментов молекул амилопектина.

Основные различия в свойствах амилозы и амилопектина показаны в таблице 1.

Особенности химического строения крахмальной фракции амилозы показаны на фиг. 1, а крахмальной фракции амилопектина - на фиг. 2.

Механизм реакции крахмала с йодом следующий. Особенности строения атома йода показаны на фиг. 3. Раствор йода с йодистым калием вызывает синее окрашивание растворов крахмала, которое исчезает при кипячении и вновь появляется при охлаждении. Йодно-крахмальная реакция применяется для открытия как крахмала, так и йода. На ней основано применение крахмала в качестве индикатора в йодометрии - одном из методов аналитической химии.

При действии на крахмальный клейстер раствора йода с йодистым калием наблюдается интенсивное синее окрашивание, исчезающее при нагревании и вновь появляющееся при охлаждении. Йодная реакция известна уже давно, но изучили ее в достаточной мере лишь в последнее время. Реакция настолько чувствительна, что появляется уже в растворе крахмала в разведении 1:500000. В реакции можно выделить две стадии.

На первой, связанной с началом действия йода на полисахариды, протекает процесс комплексообразования, подчиняющийся стехиометрическим отношениям. Особенно отчетливо образование комплекса видно при реакции с амилозой и амилозоподобными разветвлениями молекул амилопектина. Молекулы йода спиралеобразно обвиваются цепью амилозы, причем на каждую молекулу йода приходится шесть глюкозных остатков (один полный оборот спирали). Такой механизм комплексообразования подтверждается рентгеноструктурным анализом и, кроме того, скачком потенциала при дальнейшем прибавлении раствора йода после окончания комплексообразования.

На второй стадии происходит процесс адсорбции йода. Эта стадия не продолжительна. У амилопектина адсорбция йода с самого начала проходит на неровной поверхности сильно разветвленного полисахарида, что замедляет ход процесса. Оттенок окрашивания зависит от строения и степени ветвления полисахарида.

На фиг. 4 представлена модель спиралеобразного йодно-амилозного комплекса. Каждый шестой угол соответствует безводной глюкозе; маленькие окружности символизируют глюкозидные или кислородные атомы; большие (заштрихованные) окружности наглядно поясняют полийодные цепи внутри витка.

Особенности строения амилозы (фиг. 1) и атома йода (фиг. 3) обуславливают возникновения йодно-амилозного комплекса (фиг. 4) сложной структуры, которая является очень чувствительной к изменениям (температурным и другим) внешней среды. Большая чувствительность йодно-крахмального комплекса и структурная изменчивость в ответ на влияния внешней среды является мотивом для возможного поиска и разработки нового стабильного арбитражного метода количественного определения крахмальных фракций амилозы и амилопектина.

Научный материал по исследованию рентгеноструктурного анализа нативных крахмалов различного ботанического происхождения и рентгеноструктурного анализа нативного картофельного крахмала полученного из клубней картофеля разных сортов может послужить основой для разработки арбитражного метода по определению процентного содержания крахмальных фракций (амилозы и амилопектина) с одновременным определением типа кристаллических образований.

Определяемая степень кристалличности крахмала на рентгенограмме свидетельствует о количестве фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью амилопектина кристаллических участков крахмальной гранулы.

Определяемая степень аморфности крахмала на рентгенограмме свидетельствует о количестве фракции свободной амилозы (не связанной с амилопектином), ответственной за образования аморфных участков крахмальной гранулы.

Фазовая структура крахмала может быть исследована методом рентгенографии. Данным методом можно определить степень кристалличности (количество амилопектина) и степень аморфности (количество амилозы), а также по форме рентгенограммы определить тип кристаллитов крахмальной гранулы (плотность упаковки полимерных цепей).

Нами были апробированы различные методики подготовки образцов крахмала для съемки рентгенодифрактограмм: затирка порошка в кювету-держатель и холодное прессование.

Экспериментально установлено, что наиболее качественные препараты крахмала для записи рентгенограмм получаются в результате холодного прессования порошков.

Выполнены чертежи пресс-формы и изготовлена пресс-форма из стали не оказывающей влияние на структуру и свойства крахмала. С целью соблюдения норм техники безопасности в процессе прессования, по заказу изготовлен специальный защитный кожух для пресс-формы.

Образцы крахмала для записи рентгенодифрактограмм готовили в виде монолитных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой поверхностью.

Исследовали условия прессования (давление и продолжительность), необходимые для получения прочной таблетки с бездефектной поверхностью. Найдено, что давление пресса должно быть не менее 100 кг/см. Продолжительность воздействия пресса - от 15 до 30 мин, в зависимости от типа - морфологии - крахмала.

Для записи рентгенодифрактограмм образцы готовили в виде монолитных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой поверхностью. Все таблетки имели одинаковые размеры.

Дифракционные кривые записывали на рентгеновском дифрактометре HZG 4А (Carl Zeiss, Jena, Germany) с использованием медного (CuK_α) излучения, фильтрованного никелем (Ni).

Все кривые снимались в абсолютно идентичных условиях, в шаговом режиме дискретного сканирования.

Шаговый режим сканирования, в отличие от непрерывного, обеспечивает высокую информативность и точность метода рентгенофазового анализа: возможность прецизионного определения положения дифракционных рефлексов.

Рентгенограммы исследуемых образцов записывали в режиме «на отражение».

Степень кристалличности (С_к) рассчитывали по отношению интенсивностей в соответствии с формулой:

С_к=((I_о-I_а)/I_о)⋅100%,

где: i_а- интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях;

i₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей.

Степень аморфности (С_а) рассчитывали по разности 100% степени кристалличности в соответствии с формулой:

С_а=100%-С_к.

В зависимости от дифракционной картины рентгеноструктурного анализа крахмальные гранулы подразделяют на А-тип, В-тип и С-тип. К А-типу относится крахмал зерновых злаков (кукуруза, рис, пшеница), к В-типу - крахмал клубней и луковиц (канна, лилия, картофель), а к С-типу - крахмал промежуточного строения (бобы, батат). Крахмальная С-структура является, своего рода, комбинацией А- и В-структур крахмала. В настоящее время полагают, что реально в природе существуют только А- и В-тип крахмала, т.к. при смешивании крахмальных гранул А- и В-типа можно получить различные дифракционные картины в зависимости от их соотношения в том числе и характерные для крахмала С-типа.

Кристаллические структуры А- и В-типов принадлежат амилозной части крахмала и состоят из параллельно скрученных правых двойных спиралей, упакованных антипараллельно. Каждый виток спирали содержит шесть остатков a-D-глюкозы. Конформации двойной спирали амилозы в А- и В-структурах одинаковы, однако А-структуре присуща элементарная ячейка орторомбического типа с параметрами а=1,190 нм, в=1,770 нм, с=1,052 нм, в то время как В-структура характеризуется гексагональной элементарной ячейкой с параметрами а=в=1,85 нм, с=1,04 нм.

Кроме того, комплексы амилозы с липидами в природном крахмале образуют структуры V-типа.

Степень кристалличности природного крахмала зависит от его происхождения и составляет 15-45%.

Благодаря наличию кристаллических участков (плотно и упорядочено упакованных линейных участков полимерных цепей) в структуре крахмал способен формировать надмолекулярную архитектуры в виде гранул.

Крахмальные гранулы имеют овальную, сферическую или неправильную форму, их диаметр колеблется в пределах 0,002-0,2 мм. Крахмальные гранулы (зерна) разделяются на простые и сложные: простые зерна представляют собой однородные образования; сложные - сочетание более мелких частиц. Плотность крахмала равна в среднем 1,5 кг/м³.

Гранулы крахмала состоят из чередующихся кристаллических и аморфных областей. Компактные области с упорядоченной структурой, обладающие кристалличностью, гидролизуются медленно. Менее упорядоченные участки, богатые точками ветвления, гидролизуются значительно быстрее. Аморфная часть гранул образует непрерывную фазу и включает кристаллические образования крахмала типа ламелей.

Крахмальное зерно (гранулу) представляют в виде концентрических слоев, в каждом из которых высоковетвистые молекулы переплетены в сетчатую или решетчатую структуры. Линейные отрезки амилопектина ориентированы в радиальном направлении, боковые цепи расположены между ветвями других молекул, а вторичные связи (водородные) действуют тангенциально и придают механическую жесткость этим основным структурам. В центре гранул находятся цепи амилозы, свернутые в спираль с шестью остатками глюкозы на виток. Полое пространство спирали занято линейной амилозой и вся структура стабилизирована водородными связями:

У молекулы крахмала можно выделить два типа ассоциации с водородной связью: без присутствия и с присутствием молекул воды.

Водородная связь может образовываться между атомами водорода и кислорода гидроксильных групп D-глюкопиранозных остатков:

При непосредственной ассоциации посредством водородной связи соседних ОН-групп D-глюкопиранозных остатков крахмала происходит существенное снижение доступности и как следствие активности данных гидроксильных групп.

Водородная связь способна появляться между атомами водорода и кислорода гидроксильных групп D-глюкопиранозных остатков через имеющиеся в крахмале молекулы воды:

Образование водородной связи между гидроксильными группами D-глюкопиранозных остатков крахмала через одну и более молекулы воды, которые удерживают их отдельно, в результате чего повышается их доступность, что приводит к увеличению реакционной способности этих ОН-групп.

Наиболее популярной гипотезой строения крахмала и, на наш взгляд, наиболее точной, которая более адекватно описывает реальность в сравнении с другими предположениями, является представление о крахмале как о молекуле амилопектина линейно-разветвленного строения, содержащей аморфно-кристаллические фазы, генетически детерминированной и сформированной под воздействием факторов окружающей среды. Деление молекулы крахмала на две самостоятельные (автономно существующие в грануле) крахмальные фракции (амилозу и амилопектин) различного строения весьма условно и не совсем верно. Именно целостный взгляд на молекулу крахмала позволяет заметить и понять недостатки аналитических методов определения амилозы и амилопектина с использованием препаратов йода, а также предложить новые способы исследования структурных состояний молекулы крахмала в виде амилозы или амилопектина.

На фиг. 5 показаны характерные для зерновых крахмалов особенности структурной организации кристаллических участков полиморфной модификации А-типа - плотная упаковка полимерных цепей крахмала.

На фиг. 6 показаны характерные для клубневых крахмалов особенности структурной организации кристаллических участков полиморфной модификации В-типа - рыхлая упаковка полимерных цепей крахмала.

Далее приведены примеры конкретного выполнения изобретения.

На фиг. 7 показаны рентгенограммы нативных крахмалов разного ботанического происхождения: 1 - нутового, 2 - горохового, 3 - кукурузного, 4 - картофельного, 5 - тапиокового, 6 - амарантового.

На фиг. 8 показаны рентгенограммы нативных крахмалов разного ботанического происхождения: 7 - соргового, 8 - ячменного, 9 -тритикалевого, 10 - ржаного, 11 - рисового, 12 - пшеничного.

Количественное содержание в нативных крахмалах различного ботанического происхождения (картофельном, тапиоковом, кукурузном, пшеничном, ржаном, тритикалевом, ячменном, рисовом, сорговом, овсяном, амарантовом, гороховом, нутовом) крахмальных фракций амилозы и амилопектина в соответствии с фазовой структурой представлено в таблице 2.

На фиг. 9 показан пример расчета степени кристалличности -количества фракции амилопектина и степени аморфности - количества фракции амилозы на основании анализа рентгенограммы пшеничного крахмала сорта «Астана».

Пример 1. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном картофельном крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный картофельный крахмал по техническому нормативному правовому документу (ТИПА).

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I₀-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного картофельного крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 35,0%;

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 65,0%).

Рентгенограмма нативного картофельного крахмала содержит четко различимые дифракционные рефлексы при углах 2θ=17,1 град, и 22,7 град. Зарегистрирован также менее интенсивный максимум при 2θ=34,8 град., плечо при 15,5 град. Нативный картофельный крахмал относится к полиморфной модификации В-типа, характерной для клубневых крахмалов. Вместе с тем, на рентгенограмме присутствует существенная доля аморфного гало, обусловленного рассеянием от неупорядоченной фазы крахмала.

Пример 2. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном тапиоковом крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный тапиоковый крахмал по ТИПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указьшаюшую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅00%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного тапиокового крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 39,4%;

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 60,6%).

Рентгенограмма нативного тапиокового крахмала содержит очень четкие дифракционные рефлексы при углах 2θ=14,9 град., 17,2 град., 17,9 град и 23,2 град. На основании этих данных можно сделать вывод, что нативный тапиоковый крахмал принадлежит к полиморфной модификации 5-типа, характерной для клубневых крахмалов. Зарегистрирован также менее интенсивный максимум при 2θ=19,8 и 34,0 град. При этом на рентгенограмме присутствует большая доля аморфного гало, обусловленного рассеянием от неупорядоченной фазы крахмала.

Пример 3. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном кукурузном крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный кукурузный крахмал по ТНПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅00%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного кукурузного крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 20,0%);

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 80,0%).

Рентгенограмма нативного кукурузного крахмала содержит три максимума, а именно: при углах дифракции 2θ=15,2 град., 18,0 град, и 23,0 град. Следует отметить невысокие интенсивность и разрешенность дифракционных рефлексов, что свидетельствует о малых размерах и дефектности кристаллитов кукурузного крахмала. Наряду с дискретным рассеянием от кристаллитов, на рентгенограмме присутствует большая доля диффузного рассеяния от неупорядоченной фазы крахмала - аморфное гало. Нативный кукурузный крахмал по общему профилю рентгенограммы можно отнести к полиморфной модификации кристаллитов Л-типа, характерной для зерновых крахмалов.

Пример 4. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном пшеничном крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный пшеничный крахмал по ТИПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного пшеничного крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 36,4%;

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 63,6%).

Рентгенограмма нативного пшеничного крахмала содержит очень интенсивный дифракционный рефлекс при угле 2θ=22,9 град и менее интенсивные пики при 15,0, 17,8 и 20,1 град. Таким образом, нативный пшеничный крахмал принадлежит к полиморфной модификации А-типа, характерной для зерновых крахмалов. Кроме того, на рентгенограмме присутствует большая доля аморфного гало, обусловленного рассеянием от неупорядоченной фазы крахмала.

Пример 5. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном ржаном крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный ржаной крахмал по ТИПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного ржаного крахмала (табл.2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 27,5%);

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 72,5%).

Пример 6. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном рисовом крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный рисовый крахмал по ТИПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuL_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного рисового крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 39,6%;

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 60,4%).

Пример 7. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном тритикалевом крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный тритикалевый крахмал по ТИПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного тритикалевого крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 28,6%);

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 71,4%.

Пример 8. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном ячменном крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный ячменный крахмал по ТНПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного ячменного крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 18,9%;

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 81,1%.

Дифрактограммы ржаного, рисового, тритикалевого и ячменного крахмалов также имеют выраженные в большей или меньшей степени рефлексы при углах 2θ=14,9 17,1, 17,8, 19,7 и 22,7 град, характерные для полиморфной модификации крахмала А-типа. Все изученные крахмалы отличаются размерами кристаллитов, о чем свидетельствует различная ширина пиков, а также относительной степенью кристалличности, т.е. общей долей упорядоченной части.

Пример 9. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном сорговом крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный сорговый крахмал по ТИПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указьшаюшую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного соргового крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 35%;

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 65%.

Рентгенограмма нативного крахмала сорго содержит очень четкие дифракционные рефлексы при углах 2θ=15,1 17,9 и 22,8 град. Зарегистрированы также менее интенсивные максимумы при 2θ=17,0 и 20,1 град. На основании этих данных можно сделать вывод, что нативный крахмал сорго принадлежит к полиморфной модификации А-типа, характерной для зерновых крахмалов. При этом на рентгенограмме присутствует большая доля аморфного гало, обусловленного рассеянием от неупорядоченной фазы крахмала.

Пример 10. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном овсяном крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный овсяный крахмал по ТНПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного овсяного крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 44,4%);

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 55,6%).

Пример 11. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном амарантовом крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный амарантовый крахмал по ТИПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного амарантового крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 51,7%;

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 48,3%).

Пример 12. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном гороховом крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный гороховый крахмал по ТИПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного горохового крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 18,9%;

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 81,1%.

Рентгенограмма нативного горохового крахмала имеет слабо выраженные дифракционные рефлексы при углах 2θ=15,0, 17,1, 17,9, 19,8 и 22,9 град. Следовательно, нативный гороховый крахмал принадлежит к полиморфной модификации С-типа (ближе к А-типу). На рентгенограмме присутствует очень большая доля аморфного гало, обусловленного рассеянием от неупорядоченной фазы крахмала.

Пример 13. Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина в нативном нутовом крахмале

В качестве исследуемого образца используют нативный нутовый крахмал по ТИПА.

Пробоподготовку осуществляют в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см и продолжительностью воздействия - от 15 до 30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью.

Количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина проводят на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом:

- дифракционные кривые записываются на рентгеновском дифрактометре с использованием медного (СuK_α) излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования;

- рентгенограммы записываются в режиме «на отражение»;

- проводят анализ полученной рентгенограммы;

- степень кристалличности (С_к), указьшаюшую на количество фракции амилопектина, ответственной за образования на линейных участках с α-(1→6)-глюкозидной связью кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей: ((I_о-_а)/_о)⋅100%, где I_а - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, ₀ - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей;

- степень аморфности (С_а), указывающая на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности: С_а=100%-С_к.

У нативного нутового крахмала (табл. 2):

- относительная степень кристалличности или количество фракции амилопектина составляет 22,8%;

- относительная степень аморфности или количество фракции амилозы составляет 77,2%).

Рентгенограмма нативного нутового крахмала содержит дифракционные рефлексы при углах 2θ=14,9, 17,1, 17,8, 19,7 и 22,7 град. Полученные данные указывают, что нативный нутовый крахмал принадлежит к полиморфной модификации С-типа (ближе к А-типу). На рентгенограмме присутствует большая доля аморфного гало, что обусловлено рассеянием от неупорядоченной фазы крахмала.

Таким образом, предлагаемое нами изобретение создает научную основу для разработки высокоэффективного, аналитически точного арбитражного метода количественного определения крахмальных фракций амилозы и амилопектина, позволяющего максимальным образом исключить ошибки, связанные с многоэтапностью, трудоемкостью и сложностью исследования, а также нестабильностью и изменчивостью во времени комплексных соединений йода и крахмала.

Литература

1. Рихтер М. Избранные методы исследования крахмала / М. Рихтер, 3. Аугустат, Ф. Ширбаум. - М.: Пищевая промышленность, 1975. - 182 с. (С. 159-163).

2. ГОСТ ISO 6647-1-2015 Рис. Определение содержания амилозы. Часть 1. Контрольный метод.

Изобретение относится к методам оценки качества крахмала и аналитическим способам количественного определения в крахмале крахмальных фракций. Способ количественного определения в крахмале крахмальных фракций амилозы и амилопектина предусматривает пробоподготовку образцов крахмала в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см² в течение 15-30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью. Далее проводят количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом. Дифракционные кривые записывают на рентгеновском дифрактометре с использованием медного CuK_α излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования. Рентгенограммы записывают в режиме «на отражение». На основании анализа полученных рентгенограмм находят степень кристалличности, указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образование на линейных участках кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%. Причем I_а – интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I_о – общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей. Степень аморфности, указывающую на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности. Изобретение позволяет разработать аналитический точный, высокоэффективный и простой способ количественного определения крахмальных фракций амилозы и амилопектина. 9 ил., 2 табл., 13 пр.

Способ количественного определения в крахмале крахмальных фракций амилозы и амилопектина, предусматривающий пробоподготовку образцов крахмала в результате холодного прессования в пресс-форме при давлении пресса не менее 100 кг/см² в течение 15-30 мин с получением монолитных, прочных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой и бездефектной поверхностью, в которых далее проводят количественное определение крахмальных фракций амилозы и амилопектина на основании рентгеноструктурного анализа следующим образом: дифракционные кривые записывают на рентгеновском дифрактометре с использованием медного CuK_α излучения фильтрованного никелем в абсолютно идентичных условиях в шаговом режиме дискретного сканирования, рентгенограммы записывают в режиме «на отражение», на основании анализа полученных рентгенограмм находят степень кристалличности, указывающую на количество фракции амилопектина, ответственной за образование на линейных участках кристаллических участков, рассчитывая ее по отношению интенсивностей ((I_о-I_а)/I_о)⋅100%, где I_а – интенсивность дифракции рентгеновских лучей на аморфных областях, I_о – общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей, а степень аморфности, указывающую на количество фракции амилозы, определяют как разность 100% и степени кристалличности.