高直链淀粉(玉米)的研究与应用

高直链淀粉（玉米）的研究与应用 直链淀粉的概念

淀粉是一种天然高分子化合物，存在于植物的根、茎或种子中，淀粉组成可以分为两类，直链淀粉与支链淀粉。自然淀粉中直链，支链淀粉之比一般约为15-28%比72-85%，视植物种类、品种、生长时期的不同而异。

直链淀粉是D-葡萄糖基以a-(1,4)糖苷键连接的多糖链，分子中有200个左右葡萄糖基，分子量1～2×105，聚合度990，空间构象卷曲成螺旋形，每一回转为6个葡萄糖基。支链淀粉分子中除有a-（1，4）糖苷键的糖链外，还有a-（1，6）糖苷键连接的分支，分子中含300～400个葡萄糖基，分子量>2×107，聚合度7200，各分支也都是卷曲成螺旋形。淀粉与碘呈颜色反应，直链淀粉为蓝色，支链淀粉为紫色。

直链淀粉特性 直链淀粉具有抗润胀性，水溶性较差，不溶于脂肪； 直链淀粉不产生胰岛素抗性； 直链淀粉糊化温度较高，糯淀粉为73℃，而直链淀粉为81.35℃； 直链淀粉的成膜性和强度很好，粘附性和稳定性较支链淀粉差； 直链淀粉具有近似纤维的性能，用直链淀粉制成的薄膜，具有好的透明度、柔韧性、抗张强度和水不溶性，可应用于密封材料、包装材料和耐水耐压材料的生产。

高直链淀粉玉米 玉米按用途分为饲料用玉米、淀粉发酵工业用玉米、口粮玉米、鲜食玉米、青贮玉米、爆粒玉米及其它类型?。 特用玉米是指普通玉米以外的各种玉米籽粒类型，种类很多，其中包括：甜玉米、糯玉米、爆裂玉米、高油玉米、优质蛋白玉米（高赖氨酸玉米）、高淀粉玉米、高直玉米等。

玉米是淀粉的主要产出物，不同玉米的品种其淀粉含量不同。根据轻工部颁布的淀粉玉米分级标准:一级为玉米籽粒中粗淀粉含量为75%以上,二级为72%以上,三级为69%以上。普通玉米淀粉是直链淀粉和支链淀粉的混合体,两者所占的比重分别大约为28%和72%。

高淀粉玉米根据其籽粒中所含淀粉的比例和结构分为： a混合高淀粉玉米指玉米籽粒中粗淀粉含量在75%以上的玉米； b高支链淀粉玉米玉米籽粒中几乎含有100%的支链淀粉的类型叫高支链淀粉玉米(糯玉米或蜡质玉米)；

c高直链淀粉玉米（HighAmyloseCorn）玉米籽粒中直链淀粉含量在50%以上的玉米类型叫高直链淀粉玉米。直链淀粉玉米受隐性ae基因（直链淀粉扩充者）的控制，可将籽粒中直链淀粉的含量提高到55%～60%。

研究现状

1946年，R.L.惠斯特勒和一位遗传学家H.H.克莱默（Kramer）着手给玉米改性，成功地把直链淀粉的含量提高到65%。 美国自1970年开始研究高直链淀粉的玉米的实用种植与加工，用于商品生产的高直链淀粉玉米只有两个类型，一种是5级，直链淀粉含量为50%～60%；另一种是7级，直链淀粉含量为70%～80%。1995年美国4个高直链淀粉玉米样品测试结果显示：直链淀粉占68.9%，蛋白质占9.5%，油占5.7%。

美国高直链淀粉玉米的种植面积在1.2万～1.6万公顷左右，大部分集中在伊利诺斯和印第安那州中部。高直链淀粉玉米杂交种的产量在不同地区的表现还不稳定，平均产量只相当于常规马齿型玉米的75%～80%。至今，虽已有40年的研究历史，但由于与al基因联系的某些农艺性状使加工方面出现缺陷导致减产，种植者得不到适当的补贴，故播种面积还很有限。

美国的特殊用途玉米属保密资源，不许传入国外，西欧的玉米原料均以高价从美国进口，国际市场价格2000-2500美元/吨。我国与美国之间也曾发生过所谓玉米特用型遗传基因的知识产权纠纷。

目前我国的特用玉米资源中，高油、高lys、高淀粉玉米都已育成新品种并初步应用于种植与生产加工，只有高直链淀粉玉米，尚无育成的高直链淀粉玉米品种在生产上推广，国内只有极少数人从事高直链淀粉玉米育种，工业上需要的直链淀粉大部分从美国进口，价格为普通淀粉的10倍，少部分由普通玉米淀粉加工提取而成。

我国直链淀粉的应用开发与国际上也有很大差距，该领域几乎是一个空白。据了解： A．2000年3月24日新疆农科院粮作所研究员李维鼎、副研究员李进两位同志赴美国、墨西哥考察，引进高直链淀粉玉米种质资源200份。

B．甘肃农业大学农学院植物育种研究所成立于1992年，现有人员14人，其中教授、研究员3人，副教授、高级农艺师4人，讲师、农艺师4人，助教1人，工人2人，目前正在研究直链淀粉玉米的选育技术。

C．贵州大学生化中试基地由何兆范主持，研究出直链、支链淀粉纯品生产技术，已经过中试，现正寻求技术转让。

高直链淀粉玉米育种遇到的主要问题是淀粉总含量减少、水分含量高和产量低。我国极需开发出高直链淀粉玉米杂交种，从而促进高直链淀粉玉米的发展。

应用价值 高直链玉米淀粉相对于一般淀粉具有独特的应用价值，但在国内，其应用价值迄今为止，尚未得到研究者及开发者的重视，高直链玉米淀粉主要在如下几个领域取得较显著的进展。

食品工业 不同直/支比淀粉做食品原料具有不同的加工性能。淀粉的颗粒大小、糊化特性对食品的口感、白度、体积等品质性状和蒸煮品质有很大影响，这些因素又与淀粉的组成，即直/支比有关。孔令旗等研究高梁籽粒淀粉表明：直/支比对啤酒的适口性，酿酒产量和品质有重要关系。

A食品包装材料 用直链淀粉可制造一种半透明纸，不透氧气和氮气，透二氧化碳和脂肪也很少，且这种纸可食用；自七十年代以来，这种纸已用作面包酶的包装，预期在食品工业中的用途会日益广泛。

高直链羟丙基淀粉能溶于水，形成透明并可食用的薄膜，氧气不能渗入，在常温和不同相对湿度时都是如此，适于做食品涂料和包装用薄膜。

美国曾申请了直链淀粉生产一种薄膜的专利，这种膜不管是冷或热的情况下都不溶化，它既可包装粉状产品又可包装速冻食品。美国玉米公司在内布拉斯加建立了大型的直链淀粉膜的实验工厂。皮奥里亚实验室用羟丙基的直链淀粉（71%）制作的薄膜做了一些实验，表明羟丙基化增强了抗破裂的能力，这种型号的薄膜适用于包装干产品。

B 膨化食品 因粘滞力、膨胀度、水分等不同，直链淀粉和支链淀粉有显著不同的膨化效果，直链淀粉有更强的抗拉伸力，成型性好，能够增加产品的脆性和强力；支链淀粉在其中形成网状结构，有助于增大膨化体积，增强食品的松脆性。要得到最大膨化体积，并非支链淀粉含量越高越好，而是一个合适的直支比，两种成分有相互制约作用，有一个最佳的配比，实际加工中常通过调节不同的直支比来得到不同的效果。

C 低脂食品 在保健食品方面，直链淀粉可作为低脂肪、低热量食物添加物，其水解产物可替代食品中的脂肪。美国的快餐业很发达，但由于这类食品的高油、高脂性，许多人对此敬而远之，以高直链淀粉作为油脂、奶油的代替物解决了这一问题，如在某些冰激凌中以直链淀粉代替大量奶油，在夹心饼干中以直链淀粉代替油脂等，制成“低脂食品”。研究表明用高直链玉米淀粉作为脂肪代替物制成的低脂食品，具有很好的流变学特性及稳定性，与全脂奶油产品具有相同的口感，且生产过程只需原来的生产线，不需添加另外的设备。

D 食品添加剂 直链淀粉和支链淀粉（或不同直/支比的淀粉）作为食品添加剂的效果不同。适宜直/支比的淀粉作为罐头、饮料、口服液等饮品的添加剂，溶液不分层，固液相均稳定、不沉降、口感好；作为香肠、冰淇淋等的凝固剂，口感滑嫩细腻；用于糕点、奶酪可使其松软可口；用作饴糖、口香糖以及化妆品等的添加剂都较普通淀粉好。

E 玉米粉丝 制玉米粉丝必须选用直链淀粉含量高的玉米品种（如金皇后、马牙齿），原因是直链淀粉在糊化冷却后，它的分子会重新结晶，从而使粉丝具有一定的拉力，而支链淀粉含量相对高的品种，其淀粉湖化后，不会发生明显的重结晶化，不能用来制粉丝。

环境保护 用直链淀粉取代聚苯乙烯生产可降解塑料，具有极好的透明度、柔韧性、抗张强度、水不溶性，对解决白色污染、保护环境具有深远意义。美国已选育出高直链淀粉玉米，主要供应本国和西欧生产“光解塑料膜”的原料。

直链玉米淀粉三醋酸酯薄膜的柔软性，耐折性和伸长性好，有较好的抗脂肪酸性能和抗冷、热水性能，无毒，可生物降解，对氧气、空气和油脂渗透抵抗性较高，是香精、食用油的包装好材料，还能应用于人造纤维抽丝技术制成纤维。

医疗保健 国外许多人类营养研究所做了许多实验，证实了直链淀粉的医疗保健价值。 高直链淀粉食品是糖尿病人的理想食品，试验证明，用支链淀粉喂鼠，从12-16周开始产生不可逆的胰岛素抗性，而直链淀粉则不产生胰岛素抗性。

高直链淀粉还是胆结石及高血压病人的理想食品，具有防止胆结石形成及降低血液胆固醇的作用。

直链淀粉与人体内其他营养元素的吸收也相互影响，尤其是一些重要微量元素，如Zn、Fe、Ca、P等。试验表明，饲喂直链淀粉配方食谱和支链淀粉配方食谱的7～10天小猪的肠道内Fe、Ca吸收率均以前者高；Zn、P吸收率差异统计上不显著。

作为保健食品尤其是低脂肪、低热量食品，直链淀粉潜力很大。 轻工业 直链淀粉在轻工业（如薄膜、涂料、粘合剂等）上有重要作用，并且无毒、无污染，广泛应用于密封材料、包装材料和耐水耐压材料。直链淀粉在生产照相胶卷和电影胶片等方面也起着重要作用。

制药业 加拿大Labopharm公司研究的其核心技术是Contramid，为交链直链淀粉(cross-linkedamylose)，作为制备片剂时的辅料，使活性物质控制释放，其技术特点为药物装载量大，可用于药物范围广泛，适用于溶解度小、生物利用度差、可溶性及pH敏感性药物，制备成口服固体制剂，可减少给药次数，改善药物性能。Contramid技术为择时释药技术，控制药物释放的时间，实现最大治疗效果。如研究人员发现肺部及心脏疾病与生物周期节律(circadianrhythms)关系密切，心脏病常常于清晨易发作，药物于危急时间择时释放，疗效可达最佳化，安全性好。Labopharm公司于1994年从加拿大蒙特利尔大学和魁北克大学收购