韓文芳，林親錄，趙思明，李江濤,*，牛桂紅

（1.稻谷及副產(chǎn)物深加工國家工程實驗室，中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院，湖南 長沙 410004；2.華中農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，湖北 武漢 430070）

淀粉是植物中儲存能量的主要單元，以不同形態(tài)的顆粒狀廣泛存在于谷物、豆類、塊莖類等植物的種子、根、主干、塊莖、葉子和果實中，是許多食物的主要成分，并為生命活動提供最基本能量保障。淀粉是由α-1,4-和α-1,6-糖苷鍵連接的D-吡喃葡萄糖單元所構(gòu)成的水不溶性葡聚糖，含有2 種主要組分，即支鏈淀粉（amylopectin，AP）和直鏈淀粉（amylose，AM）。大多數(shù)正常淀粉通常含有15%～35%的AM和65%～85%的AP，一些突變株淀粉的AM或AP質(zhì)量分數(shù)分別高達85%和100%[1-2]。作為多數(shù)植物淀粉主要成分的AP由許多短鏈構(gòu)成，這些短鏈在還原端通過α-1,6-糖苷鍵連接在一起，這使得AP成為了高度分支、結(jié)構(gòu)較復雜的大分子葡聚糖。AM是淀粉的次要組成成分，被認為是基本線性的長鏈葡聚糖[3]。在淀粉顆粒的形成過程中，AP的生物合成主要是由可溶性淀粉合成酶（soluble starch synthases，SS）、淀粉分支酶（starch branching enzymes，SBE）包括SBE I、SBE IIa、SBE IIb等）和淀粉脫支酶（starch debranching enzymes，DBE）所催化的，而AM則主要是由蠟質(zhì)基因編碼的顆粒結(jié)合型淀粉合成酶（granulebound starch synthase，GBSS（包括GBSS I、GBSS Ib、GBSS II等）所催化合成[4-5]。天然淀粉中AM、AP分子并不是以松散的個體形式存在，而是通過分子鏈內(nèi)和鏈間的氫鍵連接形成高度有組織的顆粒結(jié)構(gòu)[6]，其精細結(jié)構(gòu)對于淀粉的結(jié)構(gòu)及功能特性均有非常大的影響。本文對淀粉中AM和AP的精細結(jié)構(gòu)及相關(guān)模型等方面進行了綜述，為淀粉的研究及開發(fā)提供參考。

1 AM的含量、結(jié)構(gòu)及其對淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的貢獻

AM在大多數(shù)植物淀粉中約占15%～35%，傳統(tǒng)上將其定義為由α-D-吡喃葡萄糖通過α-1,4-糖苷鍵連接起來的線性葡聚糖分子，在一些淀粉中發(fā)現(xiàn)了分支程度很低的AM分子[7]。

1.1 AM的含量

AM與AP的比例已被公認為是淀粉物化性質(zhì)與功能特性的重要決定因素，大量研究認為AM含量直接影響谷物（尤其是大米）在烹煮等加工過程中的吸水膨脹、受熱糊化以及成品品質(zhì)，并將AM含量作為預測淀粉加工性質(zhì)、淀粉質(zhì)食品品質(zhì)的重要指標[8-9]。

AM含量的測定主要有碘比色法、碘親和力滴定法、伴刀豆球蛋白A沉淀法、尺寸排阻色譜法（size-exclusion chromatography，SEC）等方法。不同方法所得結(jié)果往往存在明顯差異，這是因為各自的測定原理是基于淀粉性質(zhì)或結(jié)構(gòu)的不同方面。此外，大多數(shù)測定方法并沒有考慮到淀粉顆粒中與AM分子質(zhì)量相近但帶分支（鏈長較長）的葡聚糖鏈對結(jié)果的影響，這些葡聚物在大多數(shù)天然淀粉中的含量很低，但在一些突變品種如高AM中含量較高，對結(jié)果影響較大[2]。目前最常用的測定方法仍然是基于碘絡(luò)合AM的螺旋構(gòu)象呈現(xiàn)藍色的碘比色法，所得到的結(jié)果被認為是表觀AM含量（apparent amylose content，AAC）。

對于相同來源的淀粉，其不同大小、形態(tài)的顆粒中AM含量也各不相同。大米淀粉顆粒的AAC依次為中空凹陷狀＞細長形＞多聚集體＞多邊形[10]，普通玉米淀粉的AAC隨著顆粒尺寸的減小略有下降，但高直鏈玉米淀粉的AAC隨著顆粒尺寸的減小顯著增加[11]。研究表明，AM擴增基因（amylose extender，ae）、dull-1、surgary-1或某些其他突變基因都能誘導合成高直鏈含量的淀粉。在眾多影響胚乳直鏈含量的突變基因中，以ae基因的效應(yīng)最為顯著，ae的隱性突變能使淀粉合成途徑中的淀粉分支酶SBEIIb的活性降低，AP合成減少而籽粒淀粉中AM比例顯著增高[4,12]。高直鏈玉米淀粉因缺乏SBEIIb使得ae突變，所合成的淀粉有著更長的內(nèi)鏈和外鏈的支化分子，導致其碘結(jié)合值偏高[4,12]。

1.2 AM的結(jié)構(gòu)

AM本質(zhì)上是一種的基本線性α-(1,4)-D-葡聚糖鏈，由于AM的多分散性，通常以聚合度（degree of polymerization，DP）、鏈長的平均值來描述AM的分子尺寸和鏈長。AM的DP因植物來源不同而存在顯著差異，根、塊莖類AM的分子尺寸通常較谷物類大得多[7]。玉米、小麥、大米、大麥等典型谷物AM的DP分布較窄（190～3 880），且小分子質(zhì)量組分（DP＜1 000）的質(zhì)量分數(shù)為50%～75%，而馬鈴薯、木薯、甘薯等塊莖類淀粉AM的DP分布則相對較寬（440～9 770），其小分子質(zhì)量組分質(zhì)量分數(shù)僅為10%～25%[13]。

AM的線性鏈結(jié)構(gòu)理論上能被β-淀粉酶完全水解，然而大多數(shù)淀粉的部分AM存在少量分支結(jié)構(gòu)。與AP的β-水解極限值（55%～61%）相比，大部分普通谷物淀粉AM的β-水解極限值大于80%，而高直鏈玉米AM約為75%[14-15]。不同植物來源淀粉的AM分支結(jié)構(gòu)可以采用化學和酶法表征并獲得。據(jù)報道，芒果核AM有DP至少幾百的長側(cè)鏈[16]；皺皮、滑皮豌豆AM在非還原端附近有1 個或2 個長側(cè)鏈[17]；葛根AM有9 個分支鏈[18]；不同品種大米AM有3.4～7.6 個側(cè)鏈[19]；不同品種馬鈴薯AM同時含有短側(cè)鏈（DP＞4）、長側(cè)鏈（DP＞100），共約6～12 個[18,20]。Gunning等采用原子力顯微鏡揭示了豌豆AM的真實分支結(jié)構(gòu)是既存在單獨的長分支鏈又含有較多分支的短鏈[21]。目前對AM分支結(jié)構(gòu)的研究很少，鮮有報道指出帶分支AM是否支持簇結(jié)構(gòu)理論。帶分支AM的分子結(jié)構(gòu)通常被當著一個整體來進行描述，主要包括其β-水解極限值為72%～95%，平均DP為200～600，每個分子有5～20 條分支鏈[22]。

1.3 AM對淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的貢獻

一直以來，AM在淀粉顆粒結(jié)構(gòu)中的存在形態(tài)、位置以及貢獻都極具爭議[23]。大量研究表明，AM在顆粒內(nèi)的分布不均勻，由于AM的生物合成在淀粉積累后期更為活躍，導致其主要集中在顆粒邊緣[6,24]。淀粉溶液中大部分AM在略低于糊化溫度時可以從淀粉顆粒中溶出，且這些溶出的AM鏈是單螺旋狀態(tài)而非雙螺旋狀態(tài)，而部分AM只有在90 ℃以上才能完全從顆粒中溶出。因此，單螺旋狀態(tài)被認為是天然淀粉顆粒內(nèi)AM鏈的主要狀態(tài)，而小部分AM可能與脂質(zhì)復合形成了單螺旋復合物，一些尺寸大的AM則可能隨機參與了AP的雙螺旋結(jié)構(gòu)或者與AP在淀粉顆粒的復雜結(jié)構(gòu)內(nèi)相互纏結(jié)從而保持了淀粉顆粒在加熱、剪切過程中的完整性[22,25]。V型單螺旋AM鏈有一個相對較大的疏水空腔形成螺旋結(jié)構(gòu)，能夠與多種有機和無機絡(luò)合劑如碘、脂類、二甲基亞砜、風味化合物或脂肪酸等形成螺旋狀絡(luò)合物。在這種單螺旋結(jié)構(gòu)中，AM的內(nèi)表面是由C—H基團與糖苷氧原子形成一個親脂性的核心，而所有的極性羥基則位于螺旋的外表面[26-27]。在大麥、小麥、玉米、燕麥等大多數(shù)谷物淀粉顆粒中發(fā)現(xiàn)了AM-脂質(zhì)復合物，主要存在于無定形區(qū)域，對顆粒的膨脹有限制作用，熔融溫度為94～100 ℃[28-29]。

在目前普遍接受的理論中，AM被認為主要存在于無定形區(qū)，可能與AP相混合或共同形成重復性的片層結(jié)構(gòu)[30-31]。有學者提出，AM鏈是橫向穿插在結(jié)晶片層中的[32]，該觀點被進一步假設(shè)為AM系鏈，即AM穿插于結(jié)晶區(qū)和無定形層在淀粉（尤其是高直鏈）結(jié)晶片層的組裝中扮演了重要角色[33]。由于結(jié)晶片層中系鏈的存在，高AM的晶體結(jié)構(gòu)缺陷較普通淀粉更為明顯，AM含量增加意味著位于結(jié)晶片層缺陷區(qū)的AM系鏈和無定形片層中橫向取向的AM鏈同時增多。而AM對層狀結(jié)構(gòu)的參與仍然難有定論，AM結(jié)構(gòu)的一部分可能妨礙了AP雙螺旋的結(jié)晶排列，部分長鏈AM則可能參與了雙螺旋的形成并穿插了幾個結(jié)晶片層，其有助于淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，由此導致高AM糊化溫度較高（高達130 ℃）。AM對淀粉顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)的貢獻應(yīng)該不只取決于含量，特定的植物來源可能是關(guān)鍵[33-34]。

2 AP的分支鏈結(jié)構(gòu)

AP由許多α-D-吡喃葡萄糖通過α-1,4-糖苷鍵連接而成的短鏈所構(gòu)成，這些短鏈在還原端通過α-1,6-糖苷鍵連接在一起，這使得AP成為Mw為107～109的高度分支大分子[35-36]。AP的確切Mw很難獲得，這是因為其Mw過大，在采用凝膠滲透色譜（gel permeation chromatography，GPC）法或SEC法分析時通常沒有合適的介質(zhì)，另外AP在溶液中易形成分子聚集體或存在鏈段斷裂的風險[37]。

近年來，隨著學者們對淀粉精細結(jié)構(gòu)的深入探索以及分子模擬技術(shù)的引入，淀粉的分支結(jié)構(gòu)特性在一定程度上得到了較為確切的評估。結(jié)合實驗性和理論性的研究認為高度支化的AP大分子存在幾個結(jié)構(gòu)層次，最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)包括單元鏈、由鏈段組成的簇以及構(gòu)造單元（AP鏈段最小的分支單元），更高階的結(jié)構(gòu)則包括螺旋秩序中鏈的構(gòu)象以及淀粉顆粒中AP與AM的組織排列[6]。雖然目前AP單元鏈的實際組織排列還沒有明確，但已推導出2 個主要假說，即簇結(jié)構(gòu)模型和構(gòu)造單元骨架結(jié)構(gòu)模型。

2.1 AP的簇結(jié)構(gòu)模型

AP最初的簇結(jié)構(gòu)是基于酸處理淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)研究所提出的，分支結(jié)構(gòu)的主要部分被酸水解，余下的集群被稱為簇，位于顆粒的無定形區(qū)[38]。AP分支點被認為在簇中，外部支鏈在雙螺旋結(jié)晶結(jié)構(gòu)中。學者們先后提出了許多簇狀模型，具有代表性的是French模型[39]、Robin模型[40]、Hizukuri模型[41]、Thompson模型[42]等。根據(jù)這些學者們的相關(guān)研究，AP結(jié)構(gòu)的簇概念主要包括：1）多分支低聚糖的分離，指的是約占AP分支35%的多分支構(gòu)造單元，其內(nèi)鏈長僅為1個葡萄糖殘基；2）淀粉顆粒經(jīng)酸水解后留下的抗酸極限糊精的形成；3）離散性短鏈和長鏈鏈段的存在；4）經(jīng)環(huán)糊精糖基轉(zhuǎn)移酶或α-淀粉酶部分水解產(chǎn)物大分子糊精（即簇）的形成；5）淀粉顆粒內(nèi)離散性周期（即片層）的存在[43]。這些研究認為對淀粉顆粒的結(jié)晶作出貢獻的基礎(chǔ)成分是AM而不是AP，這是因為AM與碘絡(luò)合的螺旋結(jié)構(gòu)得到了證實，而淀粉顆粒中存在類似的螺旋結(jié)構(gòu)[44]。

目前，最為廣泛接受的AP簇結(jié)構(gòu)模型見圖1[41,45-46]。從圖1可以看出，AP分子的不同分支鏈分別被定義為A鏈、B鏈和C鏈。其中，A鏈為最短鏈，通過α-1,6-糖苷鍵連接到AP分子的其他鏈段，一般將其稱為外鏈，不能被其他鏈段所取代。B鏈則被定義為支撐A鏈或其他B鏈的鏈段，依據(jù)其各自的長度以及所跨越簇的數(shù)量可進一步分為B1、B2、B3、B4等鏈段。其中，B1鏈是短鏈，僅跨過一個簇結(jié)構(gòu)，是該簇結(jié)構(gòu)的組成部分，而B2、B3、B4鏈等則是長鏈，分別跨過2、3 個或多個簇結(jié)構(gòu)，并將其接起來[47]。這些長鏈跨越不同的簇結(jié)構(gòu)，維持整個淀粉分子的剛性，同時也維持淀粉顆粒內(nèi)部的長程有序[1,6]。此外，每個AP分子只有一個C鏈，即攜帶唯一還原末端的單鏈，C鏈可與熒光染料結(jié)合來描述其分布[1]。從圖1的簇結(jié)構(gòu)模型可以明顯看出，AP中A、B、C鏈鏈長分布情況的差異很有可能對鏈的有效堆積能力產(chǎn)生了較大影響。根據(jù)不同的鏈在簇中的位置可以進一步被分成特征性的片段，外鏈指從最外面的分支點延伸到非還原端的部分，即所有的A鏈均為外鏈，而部分B鏈也屬于外鏈。其他B鏈稱作總內(nèi)鏈，包括分支點上的葡萄糖殘基[3,48]。

圖2 AP在淀粉顆粒內(nèi)形成交替的結(jié)晶片層與無定形片層（9 nm重復距離）的示意圖[1]Fig. 2 Schematic drawings of amylopectin molecules forming the alternating crystalline and amorphous lamellae (9 nm repeat distance) in a starch granule[1]

圖2a顯示了基于簇結(jié)構(gòu)模型對AP分子在淀粉顆粒內(nèi)形成交替的結(jié)晶片層與無定形片層的直觀理解。結(jié)合圖2a與簇結(jié)構(gòu)模型理論可知，AP分支結(jié)構(gòu)的大多數(shù)并不形成結(jié)晶，而是參與AP在無定形片層的內(nèi)部組織排列。AP的外鏈部分在結(jié)晶片層以雙螺旋結(jié)構(gòu)參與結(jié)晶，且其取向垂直于顆粒的表面，該特性使得淀粉顆粒在偏振光下顯示為顆粒的基礎(chǔ)雙折射的性質(zhì)，即“馬耳他十字”。此外，AP短鏈的徑向排列表明大分子在淀粉顆粒內(nèi)的排列是以非還原端取向于顆粒表面，唯一的還原末端則是取向于顆粒的中心臍點[1]。

圖2b顯示了基于構(gòu)造單元骨架結(jié)構(gòu)模型對AP分子在淀粉顆粒內(nèi)形成交替的結(jié)晶片層與無定形片層的直觀理解。結(jié)合圖1、2b與構(gòu)造單元骨架模型理論可知，AP的短鏈基本上是垂直于骨架上的長鏈[49]，這使得淀粉顆粒中AP分子彼此之間通過逐層排列形成重復間隔的片層，而不是通過分子在層與層之間的延伸[50]。該結(jié)構(gòu)與淀粉顆粒經(jīng)酸水解去除無定形片層所留下抗酸解結(jié)晶層的結(jié)構(gòu)相符，這種結(jié)晶層以納米晶體的形成被分離出來，其尺寸表明是由數(shù)百個雙螺旋所組成[51]。而一個單獨的簇通常只包含3～8 個雙螺旋秩序，這意味著一個結(jié)晶片層是幾個簇的構(gòu)造單元所形成的協(xié)同結(jié)構(gòu)，且可能是AP分子的貢獻[6]。

2.2 AP的構(gòu)造單元骨架結(jié)構(gòu)模型

在對AP簇結(jié)構(gòu)的研究中，學者們發(fā)現(xiàn)簇內(nèi)的分支明顯不是均勻分布的，同時從AP糊精單獨分離得到的簇中一些內(nèi)部長鏈仍然存在，這樣的結(jié)構(gòu)特征并不支持簇結(jié)構(gòu)模型，由此推測所分離的簇中可能存在著更小、分支更為密集的亞級結(jié)構(gòu)[52]。Bertoft[48,53]和Zhu Fan[54]等通過大量的實驗確定了淀粉簇結(jié)構(gòu)更小的分支單元即構(gòu)造單元的存在，并對簇及其構(gòu)造單元在AP大分子結(jié)構(gòu)中的組織排列進行了相關(guān)的探討。在此基礎(chǔ)上，Bertoft等提出了一個二維骨架模型假設(shè)，簇以α-1,6-分支糖苷鍵與長鏈骨架相連，該骨架沿著幾乎垂直的方向延伸，且位于顆粒的無定形片層。該假設(shè)模型進一步揭示了單個AP分子可能存在的超螺旋結(jié)構(gòu)[55]。在隨后的改進模型中，主要提出了以下概念：1）AP的一些長B2鏈通過外鏈參與了結(jié)晶片層，而無定形骨架中發(fā)現(xiàn)了更長的長鏈；由此可以認為AP的長B2鏈同時參與了簇結(jié)構(gòu)和無定形骨架結(jié)構(gòu)，而長B3鏈等更長的鏈段可能僅存在于骨架結(jié)構(gòu)中[56]；2）簇通過自身的構(gòu)造單元與構(gòu)造單元之間的鏈段（interblock segments，IB-S）形成了骨架的一部分，而不是作為單獨存在的部分附著在骨架上[57]；3）簇的結(jié)構(gòu)特征是構(gòu)造單元的組成，構(gòu)造單元直接附著在骨架上，且因骨架鏈的長度及IB-S的數(shù)量差異明顯，這解釋了在某些分離的簇中仍存在長B2鏈的現(xiàn)象[49]。這個結(jié)構(gòu)可以與AP側(cè)鏈液晶模型共存，構(gòu)造單元相當于液晶原經(jīng)由“柔性空間臂”附著在骨架上[6]。如果鏈接到骨架的鏈太短，不具備合適的“柔性空間”，則可能無法有效排列從而導致結(jié)晶片層的結(jié)構(gòu)缺陷而不是促進結(jié)晶[33-34]。

圖3 構(gòu)造單元骨架結(jié)構(gòu)的示意圖Fig. 3 Schematic representation of the building block backbone structure

構(gòu)造單元骨架模型中明確指出簇是由更小的構(gòu)造單元所組成，在骨架模型的實際基本結(jié)構(gòu)單元是構(gòu)造單元，而不是簇（圖3）[58]。圖3的構(gòu)造單元骨架模型中AP大部分外鏈形成的雙螺旋以幾乎垂直的方向連接在骨架上，這表明AP的BL鏈是骨架的主要部分，可能沒有參與形成雙螺旋，而BS鏈主要是骨架的側(cè)鏈以及構(gòu)造單元相互連接的鏈段。簇內(nèi)構(gòu)造單元與構(gòu)造單元之間距離一般小于9 個葡萄糖單位即IB-S的DP小于9，簇與簇之間鏈段（intercluster segments，IC-S）的DP不大于9。此外，每個簇內(nèi)額外連接在骨架上的構(gòu)造單元的內(nèi)部鏈長DP增加，較IB-S（DP約5～7）的大，這說明簇內(nèi)存在長鏈。一般認為，隨著構(gòu)造單元大小的增加，B鏈的長度增加。此外，構(gòu)造單元的分支度高，且隨著單元的尺寸增加而顯著增加[58-59]。

2.3 AP的結(jié)構(gòu)層次

2.3.1 AP的單元鏈

AP的多分支結(jié)構(gòu)通常用單元鏈的鏈長及分布來表征，其結(jié)果一般以簇模型中不同類型鏈段的組成來進行描述。AP單元鏈分布通常是采用異淀粉酶、普魯蘭酶對樣品進行脫支處理后經(jīng)GPC、SEC、高效陰離子交換色譜-脈沖安培檢測法（high performance anion exchange chromatography with pulsed amperometric detector，HPAEC-PAD）、熒光輔助糖電泳法（fluorophore-assisted carbohydrate electrophoresis，F(xiàn)ACE）等手段進行分析。

研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有來源的AP基本上都含有主要的短鏈組分（DP 6～36）和少量的長鏈組分（DP＞36），但來源不同的AP在分支點的位置、分支鏈長度等方面均存在極大的差異[3]。大多數(shù)AP短鏈的峰值DP為11～15，長鏈的峰值DP為43～50[60]。不同植物來源AP的短鏈含量/長鏈含量為4.4～22，通常情況下，A型結(jié)晶淀粉（尤其是谷類淀粉）的短鏈/長鏈高達10～22，而B型僅為4.4～8，這使得B型淀粉的平均鏈長較A型更長[3,61]。此外，高直鏈AP所含有的長鏈數(shù)量通常較普通AP更多，較多或較長的長鏈可能是ae淀粉AP的典型特征[50,62]。

Hanashiro等采用HPAEC比較了不同植物來源AP的單元鏈分布，發(fā)現(xiàn)以DP 12為一個特定周期進行分布，由此建議根據(jù)簇結(jié)構(gòu)的單元鏈分布模式可將AP各分支單元鏈區(qū)分為fa（DP 6～12即A鏈）、fb1（DP 13～24即B1短鏈）、fb2（DP 25～36即B2鏈）、fb3（DP＞36即B3鏈）[45]。需要注意的是這樣的鏈級分劃分會使得A鏈∶B鏈比真實值偏小，因為所獲得的A鏈只是AP中的一部分。不同來源AP的A鏈：B鏈不同，約0.8～1.4[61]。研究認為，短鏈簇與淀粉結(jié)晶類型及其AP的鏈長有關(guān)，A型淀粉中短鏈簇含量高其鏈長短，反之亦然。同時，DP為6～8的最短鏈分布模式是許多天然存在A型、B型淀粉AP所特有的，即A鏈典型的指紋區(qū)（“fingerprint” A-chains，Afp），其特性可以表征植物的來源。這些Afp短外鏈可能引發(fā)了結(jié)晶結(jié)構(gòu)的缺陷，妨礙了淀粉顆粒結(jié)晶片層的排列堆積，而不是參與了雙螺旋結(jié)構(gòu)利于結(jié)晶的形成[62-63]。與山藥相比，馬鈴薯和美人蕉更高含量的Afp表明其結(jié)構(gòu)缺陷程度更大，這可以解釋其更低的糊化溫度[64]。

一些AP超長鏈（DP約為100）在玉米、小麥、燕麥、大米、馬鈴薯和木薯淀粉中被發(fā)現(xiàn)，每個AP大分子僅有1 條或幾條超長鏈，一般質(zhì)量分數(shù)為1%～10%，這些超長鏈大多是一類有較長或較短外鏈的B鏈[65]。通常認為參與AM合成的顆粒結(jié)合淀粉合成酶是AP超長鏈合成的原因，且蠟質(zhì)淀粉AP中并沒有發(fā)現(xiàn)超長鏈[66-67]。由于超長鏈有幾百個葡萄糖殘基相應(yīng)的DP被認為具有AM鏈的性質(zhì)，可能導致碘親和力或脫支淀粉樣品測鏈段組成時得到的AM含量過高[2]。

對于AP的C鏈分布，學者Hanashiro等在幾種植物淀粉AP脫支前預先用熒光染料2-氨基吡啶標記了還原末端，然后經(jīng)SEC分析發(fā)現(xiàn)大多數(shù)AP帶熒光的C鏈其DP在10～130之間，且在DP 38～43附近有一特征峰。然而，山藥AP的特征峰在DP 49，高直鏈玉米AP的特征峰在DP 80，還有一些樣品的特征峰在DP 21～25。由于每個AP分子有且只有一條C鏈，但整體所顯示出較寬的分子尺寸分布則表明來自于單個AP分子中的C鏈尺寸差異很大[68]。

2.3.2 AP的內(nèi)部單元鏈

AP外鏈指的是從最外層的分支點延伸到非還原性末端的鏈段，內(nèi)鏈則被定義為AP分支間的鏈段。所有A鏈都是外鏈，因其完全位于最外面的分支，而所有B鏈既有外鏈部分又有內(nèi)鏈部分[48]。由于AP單元鏈的鏈長分布及鏈段組成并不能描述這些鏈段的組織排列，AP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要通過分支極限糊精（limit dextrin，LD）的單元鏈特性來了解。此外，AP的平均外鏈長度（average external chain length，ECL）、平均內(nèi)鏈長（average internal chain length，ICL）也需要結(jié)合AP與極限糊精單元鏈結(jié)構(gòu)的差異來計算。采用淀粉酶對AP進行限制性水解可以獲得帶分支結(jié)構(gòu)特性的極限糊精，便于采用色譜法分析AP分子的特征性鏈段。

Bertoft等所發(fā)展的表征AP內(nèi)部單元鏈特性的基本思路如下：1）采用α-淀粉酶限制性水解有效地釋放淀粉的簇，得到α-分支糊精；2）進一步采用兔肌磷酸化酶a、β-淀粉酶依次去除α-分支糊精的外鏈得到φ,β-LDs；3）φ,β-LDs簇經(jīng)α-淀粉酶進一步充分水解，獲得比簇尺寸更小、分支模式更緊密的構(gòu)造單元；4）采用異淀粉酶、普魯蘭酶對φ,β-LDs或構(gòu)造單元進行脫支，并以GPC、HPAEC-PAD來表征其鏈段組成[37,69]。如果分析樣品是全淀粉，則用β-淀粉酶去除其α-分支糊精的外部鏈段得到β-LDs，再次采用α-淀粉酶對簇進行深度水解以釋放小的、緊密的分支構(gòu)造單元[70]。

在采用多種淀粉酶差異性水解制備簇及其構(gòu)造單元的進程中，線性直鏈分子鏈段逐漸變短，最終產(chǎn)物僅含麥芽糖和麥芽三糖。支化淀粉分子經(jīng)α水解得到α-分支糊精的外部鏈段能夠被β-淀粉酶或者是兔肌磷酸化酶a和β-淀粉酶除去，得到β-LDs（全淀粉）或φ,β-LDs（分離得到的AP），再次采用α-淀粉酶對簇進行深度水解則能釋放小的、緊密的分支構(gòu)造單元。根據(jù)簇及其構(gòu)造單元的結(jié)構(gòu)差異能夠獲得簇中分支構(gòu)造單元的相互聯(lián)系和組成[1,70]。同時，不同植物淀粉AP及其φ,β-LDs簇有著同樣的單元鏈組成（即短鏈、長B2鏈、長B3鏈），這說明單元鏈的分布是源于自身在大分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的鏈長度，且外部鏈段的鏈長是一致的。不同來源AP有著不同的外鏈長和內(nèi)鏈長，ECL為10.7～15，ICL只有4.4～8（即分支點之間的鏈段長度），總內(nèi)鏈長TICL為12～19.9（含有B鏈中除外部的鏈段）[3,61]。基于φ,β-LDs簇中短鏈的尺寸分布特性，DP 3～7（峰值DP為5或6）的短B鏈被認為是一個植物來源AP的特征區(qū)，即B鏈的“指紋區(qū)”（“fingerprint” B-chains，Bfp），而短B鏈的主要組成鏈段（DP 8～25）則被稱為BS major-chains[61]。

Bertoft等基于AP的內(nèi)部單元鏈特性（即φ,β-LDs的單元鏈分布）將淀粉樣品分為4 個典型的結(jié)構(gòu)類型。具有A型結(jié)晶的大麥、黑麥和燕麥淀粉通常屬于第1類，其AP含有極少的長B鏈，短B鏈∶長B鏈DP比約為7.3～9.4，且因短B鏈尺寸分布寬泛，二者在色譜圖中難以明確區(qū)分，根據(jù)顆粒的結(jié)晶性質(zhì)及其AP的結(jié)構(gòu)類型可將這類淀粉標記為“A∶1”型[61]。第2類AP的短B鏈尺寸分布相對較窄，與長B鏈在DP 23附近區(qū)分開，短B鏈與長B鏈的物質(zhì)的量之比約為4.4～6.8。有更多長B鏈的第2類AP在A型、C型淀粉中均有發(fā)現(xiàn)，玉米、大米和穇子屬于“A∶2”型，野葛和西米棕櫚則屬于“C∶2”型[61]。第1、2類AP的內(nèi)部鏈分布均有明顯的Bfp鏈段峰，玉米、大米等部分谷物淀粉的Bfp鏈質(zhì)量分數(shù)高達20%。第3類AP的長B鏈較第2類的更多，但其Bfp鏈更少，短B鏈與長B鏈的物質(zhì)的量之比約為3.7～4.7。據(jù)報道，竹芋淀粉為“C∶3”型，木薯、綠豆淀粉則屬于“A∶3”型[61]。幾乎所有的B型淀粉（馬鈴薯、美人蕉、山藥等）均為第4類AP，有著較第3類AP更高含量的長鏈（尤其是長B3鏈）而被區(qū)分，短B鏈與長B鏈的物質(zhì)的量之比約為2.3～3.0[61]。該學者還指出AP的這4種類型劃分并不是絕對的，某些淀粉的某些結(jié)構(gòu)特征可能與2 個類型均有聯(lián)系和差異。在隨后的研究中，紅薯淀粉AP的結(jié)構(gòu)被認為介于第2、3類之間[71]，小麥AP結(jié)構(gòu)則介于第1、2類之間[72]。就現(xiàn)有研究來看，正常生物合成的普通淀粉可以根據(jù)上述結(jié)構(gòu)進行分類，而突變株淀粉的結(jié)構(gòu)類型難以確定。

2.3.3 AP的構(gòu)造單元

AP結(jié)構(gòu)類型的劃分是基于內(nèi)部單元鏈分布，這表明AP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了簇單元的尺寸和結(jié)構(gòu)，而簇的結(jié)構(gòu)特征則是構(gòu)造單元的組成。構(gòu)造單元被認為是AP的最小分支單元，可通過α-淀粉酶深度水解φ,β-LDs（AP）或β-LDs（全淀粉）獲得[73]。

AP構(gòu)造單元的DP約為5～45，最小的構(gòu)造單元DP為1～6，一般是單獨的分支結(jié)構(gòu)，僅由2 條鏈段組成，即group 2。group 3、group 4、group 5的DP依次為6～12、12～24、24～36。group 6的結(jié)構(gòu)最為復雜，平均組成鏈段有10～12 條，DP大于36。現(xiàn)有研究所發(fā)現(xiàn)的最大構(gòu)造單元與最小的簇尺寸相當，但其分支更為緊密，分支度高達16%～23%（簇12%～15%），ICL僅為1～3[74-75]。

研究發(fā)現(xiàn)幾乎所有淀粉的構(gòu)造單元均含有g(shù)roup 2～6，構(gòu)成比例依次是group 2（46.2%～64.4%）＞group 3（22.4%～30.5%）＞group 4（7.0%～12.5%）＞group 5（3.9%～9.7%）＞group 6（0.5%～0.8%），具體組成因淀粉的植物來源、合成部位以及成長階段等的差異而不同[69,74,76]。大的構(gòu)造單元（group 5、group 6）被認為具有與簇基本一致的性質(zhì)，可能可以用于分析不同來源淀粉的典型特征指紋區(qū)，且在淀粉生物合成中可能對無定形區(qū)的形成起著很重要的作用[72]。簇內(nèi)分支構(gòu)造單元的組間鏈長（average interblock chain length，IB-CL）與簇的構(gòu)造單元數(shù)量（average number of building blocks in the cluster，NBbl）是描述構(gòu)造單元在簇內(nèi)排列的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中IB-CL被定義為簇內(nèi)相鄰構(gòu)造單元之間鏈段的長度。二者均與AP的結(jié)構(gòu)類型密切相關(guān)。第1類AP的IB-CL最短（DP 5.5～5.9），其NBbl最多（DP 5.5～6.4）；而第4類AP的IB-CL最長（DP 7～8），其NBbl最少（DP 3.7～3.9）；第2、3類AP介于第1、4類AP之間。由此可以認為，第1、2類AP較第3、4類AP的簇尺寸更大，構(gòu)造單元數(shù)量更多，IB-CL，即其骨架相對分支化程度更高[77]。目前，已有研究初步證實AP簇內(nèi)構(gòu)造單元的ECL、IB-CL、NBbl等結(jié)構(gòu)參數(shù)與糊化參數(shù)存在相關(guān)性，并指出AP分支鏈段的內(nèi)部排列決定了淀粉結(jié)晶晶格內(nèi)鏈的排列，從而決定了淀粉顆粒的熱特性[3]?，F(xiàn)有研究雖然認為構(gòu)造單元的精細結(jié)構(gòu)及其在AP中的組織排列與淀粉特定的性質(zhì)與功能有關(guān)[1,3]，但其具體的分子結(jié)構(gòu)及其對淀粉顆粒體系的影響尚待探究。

3 結(jié) 語

近年來，由于現(xiàn)代分析儀器和技術(shù)的高速發(fā)展，淀粉的結(jié)構(gòu)研究取得了非常大的進展。AP、AM在淀粉中的組成比例、AP的分支結(jié)構(gòu)在一定程度上決定了淀粉顆粒的理化性質(zhì)和功能特性，這些特性對淀粉及淀粉質(zhì)原料在食品工業(yè)中的應(yīng)用影響很大。但現(xiàn)如今對于分子鏈結(jié)構(gòu)研究大多集中在AP上，而對于AM的研究大多停留在分子質(zhì)量等方面，對于其分子鏈結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)等研究較少。同時，在富含淀粉的植物生長過程各階段，淀粉中AM及AP的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造單元的變化情況及對淀粉結(jié)構(gòu)的影響等方面的研究也較缺乏，而這對于理解淀粉結(jié)構(gòu)的形成過程及分子結(jié)構(gòu)特點具有非常重要的借鑒意義。因此，探尋更加準確、合理的AM和AP分子結(jié)構(gòu)模型及高效的檢測手段是目前的主要研究方向之一。關(guān)于AM及AP的分子結(jié)構(gòu)大多集中在鏈長、構(gòu)造模型及對淀粉性質(zhì)的影響方面，對于兩者在淀粉中的結(jié)合狀態(tài)及模式等方面還有待更加深入，從而便于研究者更好地理解淀粉結(jié)構(gòu)及功能特性間的關(guān)系。