淀粉结构

      淀粉是植物储备的营养物质。它贮存于植物的种子、块茎及根里。植物生长成熟后，各种植物中淀粉的含量因品种、气候、土质以及其它生长条件的不同而不一样。即使在同一快地里生长同一品种的不同植株，所含淀粉的量也不一定相同。谷类中含有的淀粉较多；如大米约含淀粉80％，小麦约含70％，而马铃薯中约含有20％的淀粉。淀粉不是一个单纯的分子，而是一种混合物。它是由两种不同类型的淀粉组成，一种是直链淀粉，另一种是支链淀粉。从不同农作物获得的淀粉中，其直链淀粉的组成比例并不相同。直链淀粉和支链淀粉在结构、性质以及化学反应活性方面有很大差异，主要差异如下：
      （1）分子量、结晶结构与凝沉作用
      直链淀粉分析仪的分析结果显示，直链淀粉和支链淀粉的分子大小都不是均一的，并且分子之间大小相差很大。直链淀粉分子量在3～16万范围内，支链淀粉的分子量比直链淀粉的大，分子量在10～100万范围内。直链淀粉的颗粒小，分子链与分子链间缔合程度大，形成的微晶束晶体结构紧密，结晶区域大。而支链淀粉以分支端的葡萄糖链平行排列，彼此以氢键缔合成束状，形成微晶束结构。所以支链淀粉中结晶区域小，晶体结构不太紧密，淀粉颗粒大。
      直链淀粉由于分子排列比较规整，分子容易相互靠拢重新排列。所以在冷的水溶液中，直链淀粉有很强的凝聚沉淀性能。而支链淀粉的分子大，各支链的空间阻碍作用使分子间的作用力减小。而且由于支链的作用，使水分子容易进入支链淀粉的微晶束内，阻碍了支链淀粉分子的凝聚，使支链淀粉不易凝沉。
      工业上利用直链淀粉与支链淀粉的凝沉性的差异，将直链淀粉与支链淀粉分离。
      （2）溶解度与粘度
      直链淀粉溶于热水，在50～60'C的热水中，直链淀粉溶解，形成有粘度的溶液。但直链淀粉的溶解度随温度升高的变化不大。支链淀粉不溶于水，而在50～60'C的热水中，支链淀粉分子中各支链的相互作用大于水分子对分子链的作用。所以此温度下，支链淀粉是不溶于水的，但能在水中胀大而湿润。当温度升高Nloo。c时，水的渗透作用加快，支链间的作用力减弱而与水分子的作用增强，支链淀粉开始溶解于水，形成非常粘滞的液体。当温度继续上升到120'C时，支链淀粉的溶解度加大。
      淀粉在水中的溶解过程中，粘度是不断变化的。当淀粉颗粒开始溶解时，粘度逐渐增加，达到最大限度后，随着温度的继续上升，粘度下降。当温度降低后，粘度又开始增加。直链淀粉的颗粒小，晶体结构紧密。分子中氢链缔合程度大，水分子不易钻入微晶束内折散全部氢键；也就是说直链淀粉分子中很多极性基因仍是相互作用在一起，而没有和水分子形成作用力。所以直链淀粉在温水中能溶于水，而粘度却没有支链淀粉的大。
      （3）与碘的显色作用
      碘遇淀粉溶液即有蓝色或深蓝色出现，这是检验淀粉的灵敏而有效的方法。淀粉与碘溶液接触后，可以显示蓝色或深蓝色。这种显色原理一般认为是由于淀粉分子具有螺旋状的卷曲结构，能使淀粉与碘形成淀粉一碘的复合物，因而显示颜色。
      淀粉与碘的显色反应，呈现的颜色深浅与淀粉分子中多苷键的长度(亦即聚合度)有关。淀粉多苷键的长度与颜色的关系如表1．2所示。

      直链淀粉的分子是由大葡萄糖单位构成的不分支的链状结构，并且链具有螺旋式的卷曲，平均每六个葡萄糖单位形成一圈螺旋，整个直链淀粉分子的螺旋圈数是很大的。当碘溶液与淀粉接触时，碘分子能进入淀粉分子的螺旋内部，平均每圈螺旋可以束缚～个碘分子，整个直链淀粉分子可以束缚较多的碘分子。所以直链淀粉与碘的显色反应，呈现深蓝色。支链淀粉分子中，支链也同样能形成螺旋卷曲，但由于支链淀粉每个分支的平均长度较短，一般只含有20～30个葡萄糖单元，相应的络合碘分子的数目也少。所以支链淀粉与碘的显色反应，呈现紫红色或红色。
      淀粉溶液加热时，可以使淀粉分子中的螺旋卷曲伸长、展开。使每六个葡萄糖单元络台一个碘分子的情况被破坏。因此与碘的呈色作用消失。当淀粉溶液冷却时，分子链可以回复到螺旋卷曲，仍出现显色作用。赢链淀粉溶液与碘反应显示蓝色的溶液，在受热时，蓝色消失的较慢。而支链淀粉溶液的颜色消失的较快。这主要是因为支链淀粉分子中形成的螺旋圈数较少，受热容易伸展的原因。
      （4）化学反应活性
      直链淀粉分子在较高温度下分子较为伸展，极性基因外露，很容易与一些极性有机物，如醇类、脂肪酸作用。而支链淀粉分子中，由于支链呈树枝状，在空间上起到阻碍作用，所以与极性试剂进行反应较慢。
      综上所述，直链淀粉与支链淀粉在结构、性质以及化学反应活性上都具有差异。工业上将直链淀粉与支链淀粉分离，使用在不同的方面。如支链淀粉与环氧氯丙烷交联制备的一种三维网状的大分子，其性质稳定，能有效的与废水中的ca2十、zn2+等重金属离子反应，便于除去废水中的重金属离子并回收利用。利用支链淀粉进行接枝共聚制备的薄膜代替聚乙烯塑料薄膜，不会对环境造成污染。