一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法与流程

本发明属于淀粉波谱分析技术领域，具体涉及一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法。

背景技术：

淀粉是由直链淀粉和支链淀粉组成的半晶体颗粒，在淀粉体中合成，是植物主要的能源储备物质，其形态和结构具有物种特异性。淀粉为人类提供高达70-80％的能量，在食品、医药、纺织、化工等领域中得到广泛的应用。淀粉颗粒悬浮于水中，在光学显微镜下呈现明暗相间的环带，被称为生长环。其中亮的生长环主要由直链淀粉形成，无晶体结构，易被水解，被称为无定形生长环；而暗的生长环是由支链淀粉侧链有规律地排列形成的，含有晶体，不易被水解，被称为半晶体生长环。半晶体生长环又由晶体片层和无定形片层组成的基本单位交替排列构成。支链淀粉分支侧链以双螺旋的形式在晶体片层处组装成晶体，而无定形片层处主要包含支链淀粉分支侧链的分支点和部分直链淀粉分子。淀粉晶体片层决定淀粉的晶体类型，影响淀粉的结构和功能特性，进而决定淀粉的用途。因此对淀粉晶体片层的研究具有非常重要的意义。

小角X射线散射(SAXS)仪可测量几纳米到几百纳米尺度范围的物质结构，可用于研究淀粉粒的片层结构，获得晶体片层的结构信息。利用SAXS技术对淀粉颗粒结构的研究表明，淀粉颗粒的散射峰的强度与淀粉有序半晶体结构的量呈正相关，散射峰的位置与结晶区和无定形区的平均总厚度呈负相关，并且根据Wolf-Bragg公式可计算出片层重复单元的厚度。虽然SAXS仪是一种研究淀粉结构非常有效的分析工具，但其在国内淀粉研究中的应用非常少。主要原因是SAXS波谱数据的处理和分析非常繁琐和复杂，缺乏直接分析波谱的简单软件，而需要专业的数学和软件编程专家共同参与才能完成。虽然有人利用SAXS1.0软件分析淀粉SAXS波谱，但该软件的专业性要求很高，操作繁琐复杂，曲线拟合程度受主观因素影响导致结果误差极大，因此并未被广泛接受。通过申请人不断地探索与分析，建立了一种简单可行的淀粉SAXS波谱的图形分析方法，可简单方便地定量测定淀粉晶体片层的结构参数，该方法只需要一般的作图软件(如Excel,Origin)和图形分析软件(如Photoshop)，因此普通人员在自己电脑上就可以完成分析工作，并且分析过程不受主观因素的影响，结果重复度好和可信度高。因此该方法在淀粉SAXS波谱分析中将有着广泛的应用。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有淀粉SAXS波谱的图形分析方法的技术空白，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是解决现有技术中的不足，提供一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案，一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法，其特征在于：将淀粉SAXS波谱数据录入数据处理软件，作波谱图；用图形处理软件，依所述波谱图作相应参考线；用相关工具定量测量所需参数，计算得淀粉颗粒的片层厚度；其中，所述淀粉SAXS波谱数据为x轴数据即散射角度，以及，y轴数据即散射强度。

作为本发明所述一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法的一种优选方案，其中：所述数据处理软件，其为Origin、Excel、Sigmaplot、GraphPad、Matlab、Python中的一种或多种。

作为本发明所述一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法的一种优选方案，其中：所述图形处理软件，其为Photoshop；所述相关工具，其为Photoshop图形软件中的标尺工具和信息工具。

作为本发明所述一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法的一种优选方案，其中：所述相应参考线，包括，基线，其为在波谱峰的基部绘制一条与波谱峰两边相切的直线，即直线AB；位置线，其为从峰值最高点C向x轴做一条垂直线，即线段CD；强度线，其为从峰值最高点C到与基线交点E所确定的线段，即线段CE；半峰宽度线，其为从峰强度线的中点F作平行线，该平行线与波峰线相交，即线段GH。

作为本发明所述一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法的一种优选方案，其中：所述参数，包括波峰的位置Smax、波峰的强度Imax、半峰宽度ΔS。

作为本发明所述一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法的一种优选方案，其中：所述波峰的位置S_max，其为S_max＝S₀+(L₁/L₂)×Δq；其中，L₁，为原点O和波谱峰的位置线交x轴的交点D所确定的线段OD的长度；L₂，为x轴线段KL的单位长度；Δq，为x轴单位长度对应散射角度S₀，为原点O对应的散射角度

作为本发明所述一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法的一种优选方案，其中：所述波峰的强度I_max，其为I_max＝(S₁/S₂)×ΔI；其中，S₁，为峰强度线段CE的长度；S₂，为y轴线段IJ的单位长度；ΔI，为y轴单位长度散射强度200。

作为本发明所述一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法的一种优选方案，其中：所述半峰宽度ΔS，其为ΔS＝((x₂-x₁)/L₂)×Δq；其中，x₁，为半峰宽度线段的左端交点G对应的x轴坐标；x₂，为半峰宽度线段的右端交点H对应的x轴坐标；L₂，为x轴线段KL的单位长度；Δq，为x轴单位长度对应的散射角度

作为本发明所述一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法的一种优选方案，其中：所述散射角度和散射强度(y轴数据)，其中，散射角度为散射强度为0～1000。

作为本发明所述一种淀粉小角X射线散射波谱参数的图形分析方法的一种优选方案，其中：所述淀粉颗粒的片层厚度，其为片层厚度为D，D＝2π/S_max。

本发明的有益效果：

(1)相比较于专业的建模分析方法，图形分析法可以简单获取淀粉的片层厚度，分析淀粉片层结构特性，满足淀粉研究的需要，同时得出的分析结果准确性高，更为直观的研究淀粉片层结构的变化；

(2)比较于专业的建模分析方法，图形分析法操作简单，实用性强，未接受专业训练的普通科研工作者均可以完成操作，突破了专业限制；

(3)图形分析方法基本都依赖Photoshop软件，准确度和可控度较高，相对其他软件更加准确和便捷；

(4)图形分析方法基于同一相对模式，降低了测量误差，测量结果更加真实可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为实施例1中水稻广陵香糯淀粉的SAXS波谱图。

图2为实施例1中水稻广陵香糯淀粉SAXS波谱的参考线图。

图3为实施例1中水稻广陵香糯淀粉SAXS波谱的参数测量示意图。

图4为实施例1中水稻广陵香糯淀粉SAXS波谱的参数测量图。

图5为实施例2中玉米淀粉的SAXS波谱图。

图6为实施例2中玉米淀粉SAXS波谱的参数测量图。

图7为实施例3中莲藕淀粉的SAXS波谱图。

图8为实施例3中莲藕淀粉SAXS波谱的参数测量图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

绘制淀粉SAXS波谱图，主要步骤为：

(1)获得水稻广陵香糯淀粉(实验室分离获得)的SAXS数据，复制散射角度和散射强度数据到Origin软件中，以散射角度为横坐标，散射强度为纵坐标，建立初步的SAXS波谱图；

(2)选取散射角度至的范围为横坐标，散射强度0至1000的范围为纵坐标，建立最终的SAXS波谱图(图1)。

建立淀粉SAXS波谱参考线，主要步骤为：

(1)建立波谱基线：利用Photoshop软件中的直线工具，在波谱峰的基部绘制一条与波谱峰左右唯一相切的直线AB，即为SAXS波谱的基线(图2)；

(2)建立峰位置线：利用Photoshop软件中的直线工具，从峰值最高点C向x轴作一条垂直线CD，即为SAXS波谱峰的位置线(图2)；

(3)建立峰强度线：从峰值最高点C到与基线交点E之间的位置线线段CE，即为峰的强度线(图2)。

(4)建立半峰宽线：利用Photoshop软件中的直线工具，从峰强度线的中点F作平行于基线并与峰相交的线段GH，即为半峰宽线(图2)。

测量波谱参数，主要步骤为：

(1)测量散射峰位置：利用Photoshop软件中的标尺工具，测量原点O到峰位置线与x轴交点D的线段OD的距离(L₁)为4.53cm，x轴线段KL的单位长度(L₂)为7.81cm(图3，图4)；x轴线段OD对应的单位散射角度(Δq)为原点对应横坐标值(S₀)为根据峰散射角位置(S_max)的计算公式：S_max＝S₀+(L₁/L₂)×Δq，获得波谱峰对应的散射角位置为(表1)。

(2)测量散射峰强度：利用Photoshop软件中的标尺工具，测量峰强度线段CE的长度(S₁)为3.12cm，y轴线段IJ的单位长度(S₂)为1.61cm(图3，图4)；y轴线段IJ对应的单位散射强度(ΔI)为200。根据峰强度(I_max)的计算公式：I_max＝(S₁/S₂)×ΔI，获得波谱峰的强度为387.58(表1)。

(3)测量散射峰半峰宽度：利用Photoshop图形软件中的信息工具，测定半峰宽度线段的左端点G对应的x轴坐标(x₁)为6.16cm，右端点H对应的x轴坐标(x₂)为7.76cm(图3，图4)；x轴线段KL的单位长度(L₂)为7.81cm，对应的单位散射角度(Δq)为根据半峰宽度(ΔS)的计算公式：ΔS＝((x₂-x₁)/L₂)×Δq，获得波谱峰对应的半峰宽度为(表1)。

(4)计算淀粉颗粒片层厚度(D)：根据Wolf-Bragg公式D＝2π/S_max，计算片层厚度为8.61nm(表1)。

实施例2

绘制淀粉SAXS波谱图，主要步骤为：

(1)获得玉米淀粉(购自Sigma公司，S4126)的SAXS数据，复制散射角度和散射强度数据到Origin软件中，以散射角度为横坐标，散射强度为纵坐标，建立初步的SAXS波谱图；

(2)选取散射角度至的范围为横坐标，散射强度0至1000的范围为纵坐标，建立最终的SAXS波谱图(图5)。

建立淀粉SAXS波谱参考线，主要步骤为：

(1)建立波谱基线：利用Photoshop软件中的直线工具，在波谱峰的基部绘制一条与波谱峰左右唯一相切的直线AB，即为SAXS波谱的基线(图6)；

(2)建立峰位置线：利用Photoshop软件中的直线工具，从峰值最高点C向x轴作一条垂直线CD，即为SAXS波谱峰的位置线(图6)；

(3)建立峰强度线：从峰值最高点C到与基线交点E之间的位置线线段CE，即为峰的强度线(图6)。

(4)建立半峰宽线：利用Photoshop软件中的直线工具，从峰强度线的中点F作平行于基线并与峰相交的线段GH，即为半峰宽线(图6)。

测量波谱参数，主要步骤为：

(1)测量散射峰位置：利用Photoshop软件中的标尺工具，测量原点O到峰位置线与x轴交点D的线段OD的距离(L₁)为3.71cm，x轴线段KL的单位长度(L₂)为7.81cm(图6)；x轴线段OD对应的单位散射角度(Δq)为原点对应横坐标值(S₀)为根据峰散射角位置(S_max)的计算公式：S_max＝S₀+(L₁/L₂)×Δq，获得波谱峰对应的散射角位置为(表1)。

(2)测量散射峰强度：利用Photoshop软件中的标尺工具，测量峰强度线段CE的长度(S₁)为1.57cm，y轴线段IJ的单位长度(S₂)为1.61cm(图6)；y轴线段IJ对应的单位散射强度(ΔI)为200。根据峰强度(I_max)的计算公式：I_max＝(S₁/S₂)×ΔI，获得波谱峰的强度为195.03(表1)。

(3)测量散射峰半峰宽度：利用Photoshop图形软件中的信息工具，测定半峰宽度线段的左端点G对应的x轴坐标(x₁)为5.37cm，右端点H对应的x轴坐标(x₂)为6.93cm(图6)；x轴线段KL的单位长度(L₂)为7.81cm，对应的单位散射角度(Δq)为根据半峰宽度(ΔS)的计算公式：ΔS＝((x₂-x₁)/L₂)×Δq，获得波谱峰对应的半峰宽度为(表1)。

(4)计算淀粉颗粒片层厚度(D)：根据Wolf-Bragg公式D＝2π/S_max，计算片层厚度为9.97nm(表1)。

实施例3

绘制淀粉SAXS波谱图，主要步骤为：

(1)获得莲藕淀粉(实验室分离获得)的SAXS数据，复制散射角度和散射强度数据到Origin软件中，以散射角度为横坐标，散射强度为纵坐标，建立初步的SAXS波谱图；

(2)选取散射角度至的范围为横坐标，散射强度0至1000的范围为纵坐标，建立最终的SAXS波谱图(图7)。

建立淀粉SAXS波谱参考线，主要步骤为：

(1)建立波谱基线：利用Photoshop软件中的直线工具，在波谱峰的基部绘制一条与波谱峰左右唯一相切的直线AB，即为SAXS波谱的基线(图8)；

(2)建立峰位置线：利用Photoshop软件中的直线工具，从峰值最高点C向x轴作一条垂直线CD，即为SAXS波谱峰的位置线(图8)；

(3)建立峰强度线：从峰值最高点C到与基线交点之间E的位置线线段CE，即为峰的强度线(图8)。

(4)建立半峰宽线：利用Photoshop软件中的直线工具，从峰强度线的中点F作平行于基线并与峰相交的线段GH，即为半峰宽线(图8)。

测量波谱参数，主要步骤为：

(1)测量散射峰位置：利用Photoshop软件中的标尺工具，测量原点O到峰位置线与X轴交点D的线段OD的距离(L₁)为3.49cm，x轴线段KL的单位长度(L₂)为7.81cm(图8)；x轴线段KL对应的单位散射角度(Δq)为原点对应横坐标值(S₀)为根据峰散射角位置(S_max)的计算公式：S_max＝S₀+(L₁/L₂)×Δq，获得波谱峰对应的散射角位置为(表1)。

(2)测量散射峰强度：利用Photoshop软件中的标尺工具，测量峰强度线段CE的长度(S₁)为2.22cm，y轴线段IJ的单位长度(S₂)为1.61cm(图8)；y轴线段IJ对应的单位散射强度(ΔI)为200。根据峰强度(I_max)的计算公式：I_max＝(S₁/S₂)×ΔI，获得波谱峰的强度为275.78(表1)。

(3)测量散射峰半峰宽度：利用Photoshop图形软件中的信息工具，测定半峰宽度线段的左端点G对应的x轴坐标(x₁)为5.20cm，右端点H对应的x轴坐标(x₂)为6.67cm(图8)；x轴线段KL的单位长度(L₂)为7.81cm，对应的单位散射角度(Δq)为根据半峰宽度(ΔS)的计算公式：ΔS＝((x₂-x₁)/L₂)×Δq，获得波谱峰对应的半峰宽度为(表1)。

(4)计算淀粉颗粒片层厚度(D)：根据Wolf-Bragg公式D＝2π/S_max，计算片层厚度为10.47nm(表1)。

表1淀粉SAXS参数

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。