一种自旋标记淀粉及其制备方法

1.本发明涉及淀粉改性技术领域，尤其涉及一种自旋标记淀粉分子的方法及利用该方法制备的自旋标记淀粉。
技术背景
2.淀粉是一种高分子碳水化合物，不仅是人体能量摄入的来源，也是可再生材的主要原料之一。淀粉是生活中最常见的天然材料之一，由于其产量高、成本低、降解自然等优点，被广泛应用于食品、造纸、制药等行业。淀粉分子的研究与人类生产和生活的进步和发展息息相关。
3.目前淀粉的研究方法主要有差示扫描量热法、共聚焦激光扫描显微镜、小角度x射线散射法等。这些方法通常只能在粒度级别上工作，存在一定的局限性。只有核磁力显微镜核磁共振、原子力显微镜和单分子力光谱等方法才能在分子水平上研究淀粉分子，但这些方法均要对淀粉分子进行处理，破坏分子的原始构象。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自旋标记淀粉，该淀粉分子在磁场中具有自旋特性，可以在不破坏淀粉链结构的条件下，在电子顺磁共振中检测其特征波谱，从而分析淀粉分子的构象和结构。
5.本发明采用了以下技术方案：
6.一种自旋标记淀粉，结构式如下：
[0007][0008]
本发明还提供了一种上述自旋标记淀粉的制备方法，该方法通过将具有自旋特性的自旋标记物以共价结合的方法与淀粉分子结合，使淀粉分子具有自旋特性；所述自旋标记物为4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基。
[0009]
该方法包括以下步骤：
[0010]
s1.将六甲基二异氰酸酯与4-氨基tempo溶解在无水二甲基亚砜dmso中，持续搅拌2h；
[0011]
s2.取一定量的淀粉放入新的无水dmso溶液中，搅拌至完全溶解；
[0012]
s3.将s1和s2步骤中分别得到的dmso溶液混合在一起，持续搅拌24h，得到混合样品；
[0013]
s4.将所述混合样品置入透析袋中，在乙醇水溶液中透析至混合样品电子顺磁共振epr检测无信号；
[0014]
s5.取出透析后的混合样品，冷冻干燥后即得到所需的自旋标记淀粉。
[0015]
优选的，步骤s1中，所述六甲基二异氰酸酯、4-氨基tempo和dmso以1ml：(1～100)mg：10ml的比例使用。
[0016]
优选的，步骤s1中，所述淀粉和dmso按每2g淀粉溶解在20～40ml dmso中使用；搅拌时间为10h。
[0017]
优选的，步骤s4中，所述透析袋的截留量为8000～16000分子量，所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为30％。
[0018]
优选的，步骤s4中，所述透析共进行三次，每次透析时间4～5h。
[0019]
优选的，所述冷冻干燥为：先在-20℃冰箱中预冻12h，随后取出并置于-50℃冷冻干燥机中干燥48小时。
[0020]
本发明的有益效果在于：
[0021]
1.六甲基二异氰酸酯(hdi)与4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基(4-氨基tempo)溶解在无水二甲基亚砜(dmso)中，hdi上的一端氰酸酯官能团与4-氨基tempo上的氨基发生加成反应，形成酰胺键。
[0022]
反应过程如下：
[0023][0024]
淀粉加入dmso中，膨胀溶解，淀粉分子打开，易于参与反应。混合后，淀粉分子上的羟基与hdi上另一端的氰酸酯官能团发生酯化反应，形成酰胺键，从而使淀粉分子具有自旋特性。
[0025]
反应过程如下：
[0026][0027]
透析过程中，乙醇分子和水分子不断将混合物中未反应的4-氨基tempo(分子量171.260)、hdi(分子量168.22)以及dmso(分子量78.13)分子交换出来，对自选标记淀粉进行纯化。
[0028]
2.本发明以共价结合的化学方式将具有自旋特性的氮氧自由基即4-氨基tempo标记到淀粉上，标记后的淀粉分子在磁场中具有自旋特性，且化学结构稳定。可以在不破坏淀粉链结构的条件下，在电子顺磁共振中检测其特征波谱，从而分析淀粉分子的构象和结构。
[0029]
3.本方法化学反应原理简单，工艺路线简单易行，易于操作。本方法除了应用在淀粉分子上，还可广泛应用于如葡聚糖、纤维素等其他种类的多糖分子的自旋标记合成上，为分析多糖分子的结构与构象提供了新的思路和方法。
附图说明
[0030]
图1为实施例1中制备的自旋标记玉米淀粉的电子顺磁共振检测结果；
[0031]
图2为实施例1中制备的自旋标记玉米淀粉溶解在dmso中的电子顺磁共振检测结果；
[0032]
图3为实施例2中制备的自旋标记直链淀粉的电子顺磁共振检测结果；
[0033]
图4为实施例2中制备的自旋标记直链淀粉溶解在dmso中的电子顺磁共振检测结果；
[0034]
图5为实施例3中制备的自旋标记小麦淀粉的电子顺磁共振检测结果；
[0035]
图6为实施例3中制备的自旋标记小麦淀粉溶解在dmso中的电子顺磁共振检测结果。
具体实施方式
[0036]
为了便于理解，下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做出更为具体的说明。
[0037]
实施例1
[0038]
取2.0g玉米淀粉加入25ml无水dmso在25℃下溶解10h，制成淀粉溶液备用。取1g六甲基二异氰酸酯与50mg 4-氨基tempo溶解在10ml无水dmso中，持续搅拌2h后，将其与上述淀粉溶液混合并持续搅拌24h，得到混合样品。
[0039]
用8000-16000分子量的透析袋盛装所述混合样品后密封，将透析袋没入体积分数30％的乙醇溶液中透析三次，每次透析4～5h以去除未反应的4-氨基tempo、hdi以及dmso分
子。透析结束后取出混合样品并冷冻干燥，先在-20℃冰箱中预冻12h，随后取出并置于冷冻干燥机中干燥48小时，最终获得所需的自旋标记玉米淀粉。
[0040]
取50mg自旋标记玉米淀粉于石英管中进行电子顺磁共振(epr)检测，检测结果如图1所示。再重新取2mg自旋标记玉米淀粉溶于10ml无水dmso后置于石英管中进行电子顺磁共振检测，检测结果如图2所示。
[0041]
图1可见，自旋标记玉米淀粉在固体粉末状态下，自旋信号强，信号出现堆积，呈各向异性。图2可见，自旋标记玉米淀粉在溶液状态下，出现三个近似等高等宽的峰，呈各向同性，这种峰形为自旋标记物的特征峰，表明自旋标记玉米淀粉呈现出良好的自旋特性。
[0042]
实施例2
[0043]
取2.0g直链淀粉加入35ml无水dmso在25℃下溶解10h，制成淀粉溶液备用。取1g六甲基二异氰酸酯与10mg 4-氨基tempo溶解在10ml dmso中，持续搅拌2h后，将其与上述淀粉溶液混合并持续搅拌24h，得到混合样品。
[0044]
用8000-16000分子量的透析袋盛装所述混合样品后密封，将透析袋没入体积分数30％的乙醇溶液中透析三次，每次透析4～5h以去除未反应的4-氨基tempo、hdi以及dmso分子。透析结束后取出混合样品并冷冻干燥，先在-20℃冰箱中预冻12h，随后取出并置于冷冻干燥机中干燥48小时，最终获得所需的自旋标记直链淀粉。
[0045]
取50mg自旋标记直链淀粉于石英管中进行电子顺磁共振(epr)检测，检测结果如图3所示。再重新取2mg自旋标记玉米淀粉溶于10ml dmso后置于石英管中进行电子顺磁共振检测，检测结果如图4所示。
[0046]
图3可见，自旋标记直链淀粉在固体粉末状态下，自旋信号强，信号出现堆积，呈各向异性。图4可见，自旋标记直链淀粉在溶液状态下，出现三个近似等高等宽的峰，呈各向同性，这种峰形为自旋标记物的特征峰，表明自旋标记玉米淀粉呈现出良好的自旋特性。
[0047]
实施例3
[0048]
取2.0g小麦淀粉加入35ml无水dmso在25℃下溶解10h，制成淀粉溶液备用。取1g六甲基二异氰酸酯与80mg 4-氨基tempo溶解在10ml无水dmso中，持续搅拌2h后，将其与上述淀粉溶液混合并持续搅拌24h，得到混合样品。
[0049]
用8000-16000分子量的透析袋盛装所述混合样品后密封，将透析袋没入体积分数30％的乙醇溶液中透析三次，每次透析4～5h以去除未反应的4-氨基tempo、hdi以及dmso分子。透析结束后取出混合样品并冷冻干燥，先在-20℃冰箱中预冻12h，随后取出并置于冷冻干燥机中干燥48小时，最终获得所需的自旋标记小麦淀粉。
[0050]
取50mg自旋标记小麦淀粉于石英管中进行电子顺磁共振(epr)检测，检测结果如图5所示。再重新取2mg自旋标记小麦淀粉溶于10ml dmso后置于石英管中进行电子顺磁共振检测，检测结果如图6所示。
[0051]
图5可见，自旋标记小麦淀粉在固体粉末状态下，自旋信号强，信号出现堆积，呈各向异性。图6可见，自旋标记小麦淀粉在溶液状态下，由于自旋物浓度低，依然检测出三个峰，为自旋标记物的特征峰，表明自旋标记小麦淀粉呈现出良好的自旋特性。
[0052]
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而并非对本发明的限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保
护范围之内。