【求助】请教，帮我分析原因下好吗？ 淀粉的13C NMR谱

〓疯子哥〓 2007/09/20

也许对你有帮助 淀粉是人类食物中主要能量提供者，是人类的主要营养物质之一。淀粉和变性淀粉在食品中可作增稠剂，在果胶和蜜饯中作胶凝剂，在肉制品中为保湿剂。淀粉粒以及含淀粉食品的质量与淀粉的来源、结构，含水量以及糊化和老化性质密切相关。淀粉粒来源不同、所含直链淀粉和支链淀粉的比例不同、淀粉的支化度不同和淀粉的细微结构不同，使淀粉在食品中具有不同的功能。淀粉粒中水含量不同，表现出的物理形状不同，关系到淀粉和含淀粉食品的质量、稳定性以及加工手段的选择。而淀粉的糊化和老化性质更直接地影响食品的质量。由于淀粉在食品工业中的重大意义，因此对淀粉结构和性质的研究引起了食品科学家的极大兴趣。目前，研究淀粉结构性质的方法很多，所需的材料设备也很多，多数的情况是一种设备只能研究一种性质。而用一种设备研究食品的多种性质也是科学家们追求的目标之一。核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance) 简称NMR使这一目标得以实现。 最早的分子束核磁共振波谱法是由Rabi创建的，Erast发展了多维核磁共振理论和技术并分别获得了1944年和1952年诺贝尔奖。1953年第一台连续式商品NMR谱仪问世。60年代以来，脉冲技术和计算机技术的发展使NMR谱仪从连续式发展到了脉冲傅立叶变换式，从单一的1H-NMR技术发展到2H-NMR、13C-NMR和17O-NMR技术。就淀粉和含淀粉类食品而言，NMR技术不仅能分析样品的组成和结构，还能研究其性质和组分的动力学特点。特别值得称道的是NMR技术不破坏样品的结构和性质。本文将介绍国外NMR技术分析研究淀粉的新成果，以推进NMR技术在我国食品行业的普及和应用。 1. 淀粉的结构分析 1H-NMR技术和13C-NMR技术可以用于分析淀粉的支化程度。利用1H-NMR研究了淀粉和淀粉水解物谱图中异头碳上H-1的化学位移。糖环的异头碳上H-1的四个信号在4.5~6.0（10-6）之间，在4.68（10-6）位移处的信号是由还原性末端为β-异头碳上的H产生的，在5.27（10-6）处的信号是由还原性末端为α-异头碳上的H产生的，5.00（10-6）对应的H是α-1，6苷键（分支点）处脱水葡萄糖单位上的，5.40（10-6）对应的H是α-1，4苷键相连的内侧脱水葡萄糖单位。根据其对应峰强度可以计算出淀粉的分支程度，支链的平均长度。 用13C-NMR谱图也可以分析直链淀粉、支链淀粉以及酸水解和酶水解后的支链淀粉样品的分支程度。在支链淀粉分支点处，原来的6-CH2OH变居CH2-O-C,C-6化学位移发生变化，从60（10-6）变到70（10-6），因此从支链淀粉、酸解和酶解支链淀粉中通过6-CH2OH（约60（10-6）处）信号与6-CH2-O-C（约70（10-6）处）信号强度之比可以算出样品支化度。 利用NMR技术还可以测定变性淀粉的取代度和估计取代发生的位置。A.Xut等在400MHz下用1H-NMR测定了羟丙基淀粉中羟丙基（HP）的取代度和取代位，内标为醋酸钠的甲基质子峰出现在1.91（10-6）处，HP上甲基的质子峰出现在1.18（10-6）处，根据二者的峰面积以及淀粉干基和醋酸钠的质量可以求出取代度。位于5.67（10-6）处的异头碳上质子峰是由于2-OH上的H被HP取代引起的，位于5.52（10-6）处的异头碳上质子峰是由于3-OH上的H被HP取代引起的，6-OH上的H被HP取代时，异头碳上质子峰仍出现在5.40（10-6）处。通过各自的峰面积与醚化葡萄糖单位上异头碳质子峰面积之比，可以计算出各取代位上醚化度占总醚化度的百分率。 2. 淀粉粒中水的动力学分析 近年来随着NMR技术的日益完善，利用纵向驰豫、横向驰豫及自旋回波和自由感应衰减简称FID信号等参数可以成功地研究淀粉粒中水含量和水的动力学性质。纵向驰豫又称为自旋-晶格驰豫，其所需时间用T1表示。横向驰豫又称为自旋-自旋驰豫，所需时间用T2表示。T1的测定可采用90o-t-90o脉冲序列，t为两次脉冲的间隔时间，以（Mo-Mz）的自然对数对t作图（Mo,Mz分别为两次脉冲的振幅），直线斜率的对应值为T1的负倒数。T2的测定可采用90o-t-180o脉冲序列，以Mxy的自然对数对t作图（Mxy为2t时自旋回波的振幅），所得直线的斜率对应值为-2/ T2。 淀粉中水的T1曲线是水含量的函数。在水分含量非常低的区域内，水分子被强烈结合，流动性小，随着水含量增加，水分子的流动性增加，T1值随水分增加而增加。T2是样品水活度的函数。水活度（Aw）增加时，T2以指数形式随Aw增加而增加，由于Aw代表水的挥发性，T2测量了水的流动性，所以T2是研究水结合的有用工具。1996年Yannick K Rugraff研究了小麦淀粉与水的相互作用关系。他们认为，在淀粉粒中存在着[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]和固相，当水含量<0.05gH2O/g干物质时所有水的质子都表现出固态性能，不出现[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]信号。说明水分子与淀粉分子强烈作用。在含量>0.05gH2O/g干物质时可以测到液态信号。并且随水含量增加液态信号增强。当水含量>0.55gH2O/g干物质时，液态信号的增加只与水含量增加有关，说明淀粉与水的作用已经达到饱和，样品中存在自由水，由各信号的强度比可以计算出自由水的含量。 H-R.Tang, J Godward等利用T2和重氢谱图研究了马铃薯淀粉、玉米淀粉和豌豆淀粉粒中水的分布情况。在B-型的马铃薯淀粉中，一部分水分布在无定形成熟环中，另一部分分布在半晶体薄片内的无定形区，这两部分水可以互相交换，水分无定向排列。除这两部分水外，还存在第三种水，称为"隧道水"他们定向有序地排列在B型支链淀粉晶体束的六角形隧道内，这部分水与其他两部分水不交换或缓慢交换。 而在A-型的玉米淀粉中不存在"隧道水"，豌豆淀粉由A型和B型两种淀粉组成。证明了水质子的横向驰豫和重氢谱图分析是研究原淀粉颗粒中水分布的简便有效方法，也可用来区分淀粉的A、B型和混合型。由于B-型淀粉如马铃薯淀粉中有"隧道水"存在，比其他谷物淀粉硬度大，稳定，所以更适合用作稳定剂。 3. 淀粉老化的分析 用于研究食品体系的1H-NMR技术一般是低分辨率的，通过分析减退信号可以解释淀粉的物理结构，T2对分子流动性的改变很敏感，固相的样品T2 值不同于[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]，这些特性是区分[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相[/color][/url]淀粉分子和不可流动的"固相"分子的依据。用重氢取代水和淀粉-OH上的H,而不是取代淀粉上-CH上的H，-CH上H在老化过程中的谱图变化反映了高分子本身的变化。通过1H的自旋回波和T2不同，可以把可流动的淀粉链从老化淀粉中辨别出来。一般地，糊化使固相淀粉信号消除，冷却后固相信号部分恢复，并随着放置时间延长而增加，此方法可快速的测老化。利用1H的横向驰豫图谱的谱线形状与固相组分的性质有关，淀粉老化后，谱线周围的面积和宽度增加，所以根据增宽程度可以判断淀粉的老化程度。 近年来，高分辨率的固态13C-NMR逐渐应用到淀粉老化研究上，横向极化和磁角度旋转技术提高了固相域NMR谱的灵敏度。Smits等利用这一技术研究了经冷冻干燥的糊化马铃薯淀粉的1H谱和13C的CP/MAS谱图，成功地通过T1p的谱图形状和变化规律，解释了淀粉所处状态和老化程度。 利用NMR可以研究淀粉、淀粉水解物以及淀粉类食品的玻璃化转变。由于玻璃化转变直接影响产品的稳定性和加工性能，对其研究也具有重要价值。利用NMR还可以研究少量淀粉的存在对产品性能的影响，如对面筋流动性的影响等，在此不一一论述。

zam0825 2007/09/21

这篇文章可以参考么? 中国科学院上海药物研究所科学家在与老年痴呆形成相关的淀粉样多肽（β-amyloidpeptide,aβ）构象变化机理研究方面取得重要进展，首次在原子水平捕捉到aβ在水溶液中从琢-螺旋到β-折叠的构象转变，并发现其原因是疏水c端四个甘氨酸的有序排列，提出了该变化具有序列依赖性的观点。4月12日，该研究结果发表在国际权威期刊《美国科学院院刊（pnas）》上。 aβ是老年痴呆病理特征中淀粉斑的主要成分，由β-分泌酶和酌-分解淀粉样前体蛋白得到，一般包含39~43个氨基酸。在正常生理条件下，人体内存在纳摩尔级浓度的aβ，但是在一些特定的条件下，由于淀粉样前体蛋白和早老素基因等发生错义突变，导致aβ大量产生并聚集，继而引发老年痴呆的一系列病变反应。实验研究表明，aβ在聚集状态下以β-折叠为主，而非聚集时则根据不同的环境采用不同的构象，如在生物膜和有机溶剂中以琢-螺旋为主，在水溶液中则以卷曲为主。但是由于aβ非常容易聚集和构象转变所需时间非常短，因此，aβ从琢-螺旋到β-折叠或者从卷曲到β-折叠的构象转变过程到目前为止仍然无法用实验方法测定，而理论计算模拟可以弥补实验研究的不足。 中国科学院上海药物研究所药物发现与设计中心蒋华良和沈建华aβ进行了大规模的分子动力学模拟研究，对aβ的构象变化与其聚集机理进行深入系统的阐述。通过对aβ在水溶液和磷脂双层中的多次长时间分子动力学模拟（模拟时间接近1微秒），第一次在原子水平上捕捉到aβ在水溶液中从琢-螺旋到β-折叠的构象转变；通过残基突变找到导致这种构象转变的原因是疏水c端四个甘氨酸的有序排列，从而提出了aβ的构象变化具有序列依赖性的观点。他们还模拟了aβ在磷脂层中的构象变化分子动力学行为，发现aβ从其前体蛋白水解后趋向生物膜表面运动，而且与水溶液中的构象变化不同，在磷脂双层中aβ没有形成β-折叠结构，并对aβ在不同环境中的不同构象变化以及导致其向β-折叠结构转变的关键因素进行分析。这些研究为阐述aβ在老年痴呆致病过程中的作用机理及设计阻止aβ聚集的药物奠定了基础。 目前，上海药物研究所科研人员正根据aβ新药的设计。

sslin 2007/11/06

低温的化学位移比较低场. 似乎多为平移关系. 如果呈现出或高或低会更精彩. 首先想了解的是: 如何定标? 另外, 如果能多检测一些不同温度的情况较好归纳讨论.

tianjunmian 2008/06/25

可能是溶剂化作用影响，淀粉在水溶液中不同温度下构象是不一样的，导致溶剂和他的作用强度也是不一样的，因此会有些差别

celan 2008/07/17

Studying conformations of hydroxyethylated starch macromolecules http://www.springerlink.com/content/n5kq9735082423p2/