1. 研究目的与意义
淀粉是高分子碳水化合物，由葡萄糖分子聚合而成，在自然界中数量巨大且广泛分布于各种植物的种子、块根、块茎和果实中。在玉米种子中，淀粉含量达到了75%[1，2]。淀粉既是植物重要的储能形式，也是人类的主要能量来源，在人类日常生活中有着极为重要的作用。淀粉除了自身具有的营养价值外，在食品加工领域也有着广泛的应用，如用作黏着剂和保鲜剂等；淀粉同时也是重要工业原料，特别是在纺织、医药和造纸方面[3]。
在众多植物淀粉中，玉米淀粉是比较常见的淀粉，产品纯度可以达到99.5%。并且玉米淀粉有独特的分子结构和理化性质，这使其在整个玉米加工行业中占十分重要的地位[4]。全世界淀粉年产量为36000万吨，其中80%以上为玉米淀粉，我国淀粉行业90%以玉米为原料[5，6]。
淀粉颗粒具有多尺度结构，其中淀粉的有序结构对于淀粉的黏度、糊化、流变和凝沉等性质有重要影响，进而也会影响了淀粉食品和材料的加工与理化功能。因此研究淀粉有序结构对于淀粉加工与应用有着极为重要的意义，但由于目前对淀粉有序结构表征的方法十分有限，淀粉有序结构的快速、精准表征在食品科学领域仍然是一项难题。
2. 研究内容和预期目标
研究内容： 1淀粉的有序结构
2 顺磁掺杂降低淀粉弛豫时间
拟解决的问题：不同种类及浓度顺磁性铜盐对不同玉米淀粉弛豫时间的影响
3. 国内外研究现状
淀粉颗粒为天然的多晶体体系，结晶区与非结晶区为主要组成部分，交替构成淀粉颗粒结构[8]。非结晶区由直链淀粉构成，直链淀粉是由α-D吡喃葡萄糖残基以1→4糖苷键连接而成的线性聚大分子，聚合度约为100-6000，相对分子量105-106左右。 直链淀粉通常通过分子内氢键的相互作用，卷曲成螺旋形，一个螺旋由六个葡萄糖分子构成。结晶区多数是由支链淀粉构成，支链淀粉是由葡萄糖通过α-D-（1→4）糖苷键和α-D-（1→6）糖苷键连接而成的大分子，其结构中具有分支，每个支链淀粉分子有1条主链和连接在主链上的若干条侧链组成，主链称为C链，侧链分成A与B链。A链为外链通过α-D-（1→6）糖苷键与B链相连，B再通过α-D-（1→6）糖苷键与C链相连，A、B、C链本身通过α-D-（1→4）糖苷键连接。 支链淀粉分子的聚合度为1200-3000000左右，相对分子量为107-109[2，9，10]。此外，淀粉颗粒中还含有少量的水分、脂质、蛋白质和矿物质等[11]。
现在一般认为，淀粉颗粒晶体有序性是基于支链分子短分支双螺旋的结合[12]，是由长程有序结构和短程有序结构组成的[13]。长程有序性是指可以形成晶体的双螺旋的整齐排列包装，可以通过广角X-射线衍射、小角X-射线散射测定。短程有序性是指双螺旋之间短距离结合，可以通过拉曼光谱、红外和NMR表征[14]。由于分子排列方式和晶体取向不同导致淀粉结晶结构之间存在一定的差别[15]，淀粉的类型根据X-射线衍射图形的不同可以分为A型、B型和C型三大类结晶结构。其中，A型主要存在于禾谷类作物种子中；B型主要存在于高直链作物种子和植物的块茎中；C型晶体由A型与B型共同组成，主要存在于豆类作物种子和薯蓣类根状茎给中[16]。
目前，国内外对淀粉有序结构的测定方法有广角X-射线衍射（XRD）、小角X-射线散射（SAXS）、 差示扫描量热法(DSC)、衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）、拉曼光谱（Raman）和固体13C CP/MAS NMR。广角X-射线衍射一般用于测定淀粉结晶结构及其结晶程度的大小，淀粉颗粒中的双螺旋规则排列结合形成的晶体区呈现特定的X-射线衍射图[14，17]。小角X-射线散射可以测量淀粉颗粒的无定形和晶体片层的电子密度分布变化[18]，并且对长程晶体有序结构敏感[45]差示扫描量热法是研究淀粉凝胶化的一种最常用的技术手段[19]，可以检测淀粉从无序到有序变化的重要信息，并且具有测量时间短和操作简单的优点。衰减全反射红外光谱常用于检测淀粉短程有序性，并且对淀粉结晶构象、分子链的构象及螺旋结构等因素的改变十分敏感[20]。拉曼光谱可用于分析淀粉的晶体有序结构，并且Mutung等人[21 ]证明拉曼光谱可以快速测定淀粉结晶度。固体13C CP/MAS NMR光谱可以用于分析淀粉的短程分子有序性，通过峰拟合软件和无定形材料可以定量分析样品的双螺旋、单螺旋和无定形淀粉含量[22]。并且固体13C CP/MAS NMR方法操作简单，不会损害样品，可以快速提供淀粉颗粒的物理结构信息[23]。
4. 计划与进度安排
2020年12月27日——2022年1月16日 熟悉课题、撰写开题报告；
2022年1月6日——2022年3月30日 完成实验及数据处理；
2022年4月1日——2022年4月15日 撰写论文初稿；
5. 参考文献
[1]Kay Denyer,Belinda Clarke,Christopher Hylton,Helma Tatge,Alison M. Smith. The elongation of amylose and amylopectin chains in isolated starch granules[J]. The Plant Journal,1996,10(6).
[2]Serge Prez,Eric Bertoft. The molecular structures of starch components and their contribution to the architecture of starch granules: A comprehensive review[J]. Starch ‐ Strke,2010,62(8).
[3]依莱亚森. 食品淀粉的结构、功能及应用. 中国轻工业出版社, 2009，第一版(北京).
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