Φυσικοχημικός χαρακτηρισμός δειγμάτων αμύλου προερχόμενων από διάφορα δημητριακά με την τεχνική της μονοφασικής χρωματογραφίας πεδίου
Authors: Φαρμάκης Λάμπρος 
Published: August 2021

Η Μονοφασική Χρωματογραφία Πεδίου (Μ.Χ.Π.) εφαρμόστηκε για την ανάλυση και το φυσικοχημικό χαρακτηρισμό σωματιδίων αμύλου προερχόμενο από διάφορα δημητριακά. Η πηγή προέλευσης του δείγματος και το μέσο διασποράς αυτού αποτελούν τους καθοριστικούς παράγοντες τόσο για την κατανομή μεγέθους των σωματιδίων αμύλου, όσο και για την κατανομή μαζών αυτών. Διαπιστώθηκε ότι το άμυλο από κριθάρι εμφανίζει άλλοτε τριωνυμική και άλλοτε δυωνυμική κατανομή μεγέθους σωματιδίων ανάλογα με την ποικιλία προέλευσης. Όταν το δείγμα αμύλου προέρχεται από σιτάρι, τα σωματίδια αμύλου εμφανίζουν δυωνυμική κατανομή μεγέθους, ενώ το άμυλο από καλαμπόκι εμφανίζει μία κατανομή μεγέθους με αρκετά μεγάλη διασπορά. Οι παρατηρήσεις αυτές βρίσκονται σε πλήρη συμφωνία και με βιβλιογραφικές αναφορές. Στη συνέχεια, και επιλέγοντας προς ανάλυση δείγμα αμύλου από σιτάρι, μελετήθηκε η μεταβολή των τιμών των μέσων μαζικών και μέσων αριθμητικών διαμέτρων, καθώς και της κατανομής μαζών των σωματιδίων του αμύλου σε σχέση με το μέσο διασποράς του δείγματος που χρησιμοποιήθηκε. Κάθε φορά μεταβάλλονταν είτε το pH, είτε η ιοντική ισχύς του μέσου διασποράς. Επιλέχθηκαν οι δύο αυτές παράμετροι, λόγω του ότι η μεταβολή τους επηρεάζει άμεσα τη δυναμική ενέργεια αλληλεπίδρασης των σωματιδίων αμύλου τόσο μεταξύ τους όσο και με το τοίχωμα της στήλης του συστήματος της Μονοφασική Χρωματογραφία Φυγοκεντρικού Πεδίου (ΜΧΦΠ)που χρησιμοποιήθηκε. Επιπλέον, η τιμή τους μπορεί εύκολα να προσδιοριστεί και να μεταβληθεί πειραματικά. Διαπιστώθηκε ότι σε pH = 7 - 11 του μέσου διασποράς δεν προκαλείται αλλαγή στην κατανομή μεγέθους και μαζών των σωματιδίων αμύλου. Σε pH<7 δεν μπορούμε να έχουμε αξιόπιστα αποτελέσματα, εφόσον το ισοηλεκτρικό σημείο της στήλης βρίσκεται σε pH = 5,5 και κατά συνέπεια μεταβάλλονται δραστικά οι αλληλεπιδράσεις σωματιδίων - στήλης. Διατηρώντας την τιμή του pH του μέσου διασποράς σταθερή και ίση περίπου με 9,5, αυξάνουμε σταδιακά την ιοντική ισχύ με προσθήκη κατάλληλου ηλεκτρολύτη. Παρατηρούμε ότι προκαλείται μείωση του ποσοστού της μάζας των σωματιδίων αμύλου μικρού μεγέθους με ταυτόχρονη αντίστοιχη αύξηση του ποσοστού της μάζας των μεγάλων σωματιδίων. Κατά συνέπεια, η αύξηση της ιοντική ισχύος του μέσου διασποράς οδηγεί σε συσσωμάτωση των σωματιδίων αμύλου μικρού μεγέθους. Η σταθερότητα του δείγματος αμύλου επηρεάζεται δραστικά από την παρουσία ή όχι και τη φύση της επιφανειοδραστικής ουσίας στο μέσο διασποράς. Έτσι, μελετήσαμε τη συμπεριφορά τόσο του αρχικού δείγματος αμύλου από σιτάρι, όσο και δύο άλλων δειγμάτων τα οποία αποτελούσαν κλάσματα μεγέθους του αρχικού δείγματος που προέκυψαν έπειτα από εφαρμογή στο αρχικό δείγμα της μεθόδου διαχωρισμού SPLITT. Αποδείξαμε ότι η έλλειψη επιφανειοδραστικής ουσίας από το μέσο διασποράς του δείγματος έχει ως αποτέλεσμα τη συσσωμάτωση των σωματιδίων αμύλου, οπότε και τη μείωση του επί τοις εκατό ποσοστού μαζών των σωματιδίων αυτών. Ωστόσο, όταν το μέσο διασποράς περιέχει κάποια επιφανειοδραστική ουσία, το είδος αυτής έχει καθοριστική σημασία. Τα πλέον αξιόπιστα αποτελέσματα ελήφθησαν κατά την παρουσία στο μέσο διασποράς της επιφανειοδραστικής ουσίας FL-70, ενός μίγματος ανιοντικών και μη ιοντικών συστατικών, καθώς φαινόμενα κατακράτησης ή συσσωμάτωσης των σωματιδίων αμύλου στην περίπτωση αυτή δεν παρατηρήθηκαν. Η χρήση Triton X-100, μιας μη ιοντικής επιφανειοδραστικής ουσίας, προκαλεί φαινόμενα κατακράτησης των σωματιδίων αμύλου στο εσωτερικό της στήλης, όπως άλλωστε υποδεικνύει η μείωση των τιμών των μέσων μαζικών και μέσων αριθμητικών διαμέτρων των σωματιδίων του αμύλου. Το SDS, λόγω του ισχυρού ανιοντικού χαρακτήρα του, κρίθηκε ως ακατάλληλο για την ανάλυση δειγμάτων αμύλου με την τεχνική της ΜΧΦΠ σύμφωνα με τα αποτελέσματα που λάβαμε κατά τη χρήση του για τον υπολογισμό της κατανομής μεγέθους και μαζών των σωματιδίων του αμύλου. Για επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων αυτών, δείγμα αμύλου από κριθάρι διεσπαρμένο σε μέσο το οποίο περιείχε SDS, αναλύθηκε εκτός από την τεχνική της Μ.Χ.Φ.Π. και με την τεχνική της Μονοφασική Χρωματογραφία Πεδίου Ασύμμετρης Ροής (ΜΧΠ-ΑΡ) Και με τις δύο επιμέρους τεχνικές της ΜΧΠ καταλήξαμε στα ίδια πειραματικά αποτελέσματα οποία οδηγούν σε απόρριψη της χρήσης του SDS ως επιφανειοδραστικής ουσίας για την ανάλυση δειγμάτων αμύλου με την τεχνική της ΜΧΠ. Για λόγους συγκριτικής μελέτης, τα δείγματά μας αναλύθηκαν και με άλλες τεχνικές, όπως η Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης και η Σκέδαση Ακτίνων Laser, ενώ το επιφανειακό δυναμικό των σωματιδίων του αμύλου μετρήθηκε με συσκευή μικροηλεκτροφόρησης. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν ήταν σε πλήρη συμφωνία με αυτά της ΜΧΠ, καθιστώντας έτσι τη ΜΧΠ μια γρήγορη, εύκολη και αξιόπιστη μέθοδο για το φυσικοχημικό χαρακτηρισμό σωματιδίων αμύλου προερχόμενο από διάφορα δημητριακά.