स्टार्च ग्रेन्यूल आकार वितरण का विश्लेषण और विशिष्टता
Summary
यहां प्रस्तुत स्टार्च कणिका आकार वितरण के प्रजनन योग्य और सांख्यिकीय रूप से वैध निर्धारण के लिए एक प्रक्रिया है, और दो-पैरामीटर गुणारूपता रूप का उपयोग करके निर्धारित कणिका लॉगनॉर्मल आकार वितरण निर्दिष्ट करने के लिए। यह पौधे और खाद्य विज्ञान अनुसंधान के लिए चने के पैमाने पर स्टार्च नमूनों के सभी कणिका आकार विश्लेषण पर लागू होता है।
Abstract
सभी पौधों के स्रोतों से स्टार्च विभिन्न घटना आवृत्तियों वाले आकार और आकारों की एक श्रृंखला में कणिकाओं से बना होता है, यानी, आकार और आकार वितरण काप्रदर्शन। कई प्रकार के कण आकार की आकार तकनीकों का उपयोग करके निर्धारित स्टार्च कणीय आकार डेटा अक्सर खराब प्रजनन क्षमता या सांख्यिकीय महत्व की कमी के कारण समस्याग्रस्त होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कुछ दुर्गम व्यवस्थित त्रुटियां होती हैं, जिनमें कणिका आकार और कणिका-नमूना आकार की सीमाओं के प्रति संवेदनशीलता शामिल होती है। हमने विद्युत संवेदन क्षेत्र तकनीक का उपयोग करके स्टार्च कणिका आकार वितरण के प्रजनन योग्य और सांख्यिकीय रूप से वैध निर्धारण के लिए एक प्रक्रिया रेखांकित की, और बेहतर सटीकता और तुलनीयता के साथ एक अपनाए गए दो-पैरामीटर गुणात्मक रूप का उपयोग करके निर्धारित कण्यीय लॉगनॉर्मल आकार वितरण निर्दिष्ट करने के लिए। यह ग्राम-पैमाने पर स्टार्च नमूनों के सभी कणिका आकार विश्लेषण पर लागू होता है, और इसलिए, स्टार्च बायोसिंथेसिस तंत्र और तंत्र द्वारा स्टार्च कणिका आकार को कैसे ढाला जाता है, इस पर अध्ययन की सुविधा प्रदान कर सकता है; और वे भोजन और औद्योगिक उपयोगों के लिए स्टार्च के गुणों और कार्यक्षमता को कैसे प्रभावित करते हैं। प्रतिनिधि परिणाम उल्लिखित प्रक्रिया का उपयोग कर स्वीटपोटाटो स्टार्च नमूनों के कणिका आकार वितरण के दोहराने विश्लेषण से प्रस्तुत कर रहे हैं । हमने प्रक्रिया के कई प्रमुख तकनीकी पहलुओं पर चर्चा की, विशेष रूप से, कणिका लॉगनॉर्मल आकार वितरण की गुणात्मक विनिर्देश और कणिका समुच्चय द्वारा लगातार अपर्चर रुकावट पर काबू पाने के लिए कुछ तकनीकी साधन।
Introduction
स्टार्च कणिकाएं भौतिक संरचना है जिसमें पौधे प्रकाश संश्लेषण और भंडारण ऊतकों में दो मुख्य रिजर्व होमोग्लूकैन पॉलिमर, रैखिक या विरल रूप से शाखादार एमीलोज और अत्यधिक शाखाकृत एमीलोपेक्टिन, लिपिड और प्रोटीन सहित कुछ छोटे घटकों के साथ व्यवस्थित रूप से पैक किए जाते हैं। विभिन्न पौधों की प्रजातियों से स्टार्च कणिकाएं कई त्रि-आयामी (3 डी) आकार (रेफरी1,2में समीक्षा की गई), जिसमें क्षेत्र, अंडाकार, पॉलीहेड्रॉन, प्लेटलेट्स, क्यूब्स, क्यूबोइड और अनियमित ट्यूबल शामिल हैं। यहां तक कि एक ही ऊतक या एक ही पौधे की प्रजातियों के विभिन्न ऊतकों से उन अलग घटना आवृत्तियों के साथ आकार का एक सेट हो सकता है । दूसरे शब्दों में, एक पौधे की प्रजातियों से स्टार्च कणिकाओं में एक विशिष्ट आकार के बजाय एक विशिष्ट सांख्यिकीय आकार वितरण हो सकता है। गैर-समान और गैर-गोलाकार कणिका आकार स्टार्च कणिका आकार को ठीक से मापने और परिभाषित करने में मुश्किल बना देते हैं। इसके अतिरिक्त, एक पौधे की प्रजातियों के एक ही ऊतकों से स्टार्च कणिकाएं विभिन्न अनुपात के साथ आकार की एक श्रृंखला के होते हैं, यानी, एक विशेषता आकार वितरण का प्रदर्शन करते हैं। यह आकार वितरण स्टार्च कणिका आकार के विश्लेषण और विवरण को और जटिल बनाता है।
स्टार्च कणके आकार का विश्लेषण कण आकार तकनीकों की कई श्रेणियों (रेफरी3में समीक्षा) का उपयोग करके किया गया है, जिसमें माइक्रोस्कोपी, तलछट/स्टीट्रिक फील्ड-फ्लो फ्रैक्शन (एसडी/एसटीएफएफएफ), लेजर विवर्तन और इलेक्ट्रिकल सेंसिंग जोन (ईएसजेड) शामिल हैं । हालांकि, ये तकनीकें एक कणिका आकार और आकार वितरण की उपस्थिति में स्टार्च कणिका आकार के निर्धारण के लिए समान रूप से अनुकूल नहीं हैं। प्रकाश, कॉन्फोकल और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी सहित माइक्रोस्कोपी,आकृति विज्ञान4,5,6,7,संरचना8,9 और विकास10,स्टार्च कणिकाओं केअध्ययन के लिए उत्कृष्ट है, लेकिन कुछ अंतर्निहित कमियों के कारण उनके आकार वितरण को परिभाषित करने के लिए शायद ही अनुकूल है। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी डेटा (आईएओएम) के सूक्ष्म कणिका छवियों या सॉफ्टवेयर-सहायता प्राप्त छवि विश्लेषण के प्रत्यक्ष माप, जिनका उपयोग कई प्रजातियों से स्टार्च के कणिका आकार के निर्धारण के लिए किया गया है, मक्का12,गेहूं13,14,आलू15 और जौ16सहित, स्टार्च कणिका छवियों के बहुत सीमित संख्या (दसियों से कुछ हजारों) के आकार केवल 1D (आमतौर पर अधिकतम लंबाई) या 2डी (सतह क्षेत्र) को माप सकते हैं। छोटे कणिका नमूना आकार जो स्वाभाविक रूप से तकनीकों द्वारा विवश होते हैं, शायद ही कभी सांख्यिकीय प्रतिनिधि हो सकते हैं, स्टार्च के प्रति इकाई वजन के प्रति भारी कणिका संख्या (~ 120 x10 6 प्रति ग्राम) को देखते हुए, 1.5 ग्राम/सेमी घनत्व पर सभी 10 माइक्रोन क्षेत्रों को मानते हुए), और इसलिए, परिणामों की खराब प्रजनन क्षमता का कारण बन सकता है। एसडी/StFFF तकनीक उच्च गति और संकल्प हो सकता है, और स्टार्च कणिकाओं के संकीर्ण आकार अंश17,लेकिन शायद ही कभी इस्तेमाल किया गया है शायद ही कभी क्योंकि इसकी सटीकता गंभीर रूप से नुकसान, विभिन्न आकार, और स्टार्च कणिकाओं के घनत्व से प्रभावित हो सकता है । लेजर विवर्तन तकनीक का सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, और सभी प्रमुखफसल प्रजातियों3,14,16के लिए स्टार्च कणिका आकार के विश्लेषण के लिए लागू किया गया है। हालांकि तकनीक के कई फायदे हैं, यह वास्तव में एक कणिका आकार वितरण की उपस्थिति में स्टार्च कणिका आकार के निर्धारण के लिए अनुकूल नहीं है। समवर्ती लेजर विवर्तन उपकरणों के अधिकांश एक समान गोलाकार कणों के लिए Mie प्रकाश बिखरने सिद्धांत18 और एकरूपता के कुछ अन्य आकारों के लिए संशोधित Mie सिद्धांत18 पर भरोसा करते हैं । इसलिए, तकनीक स्वाभाविक रूप से कणों के आकार के प्रति बहुत संवेदनशील है, और एकरूपता19के कुछ आकारों के लिए भी पूरी तरह से अनुकूल नहीं है, स्टार्च कणिकाओं के लिए अकेले चलो जिसमें अलग-अलग अनुपात के आकार का एक सेट होता है। ईएसजेड तकनीक एक एपर्चर से गुजरने वाले कण की मात्रा के आनुपातिक विद्युत क्षेत्र अशांति को मापता है। यह उच्च संकल्पों पर कणिका मात्रा आकार, साथ ही संख्या और मात्रा वितरण जानकारी आदि प्रदान करता है। चूंकि ईएसजेड तकनीक रंग, आकार, संरचना या अपवर्तक सूचकांक सहित कणों के किसी भी ऑप्टिकल गुणों से स्वतंत्र है, और परिणाम बहुत प्रजनन योग्य हैं, यह विशेष रूप से आकार का एक सेट वाले स्टार्च कणिकाओं के आकार वितरण का निर्धारण करने के लिए अनुकूल है।
स्टार्च कणिकाओं के आकार को भी कई मापदंडों का उपयोग करके परिभाषित किया गया है। उन्हें अक्सर औसत व्यास द्वारा सरलता से वर्णित किया जाता था, जो कुछ मामलों में 2डी छवियों12, 20,या समकक्ष क्षेत्रों के औसत3के सूक्ष्म रूप से मापी गई अधिकतम लंबाई के अंकगणितीय साधन थे। अन्य मामलों में, सामान्य वितरण14,23, 24, 25, 26, 26को मानते हुए, कणिका आकार वितरण आकार श्रेणियों21,22,वितरण मतलब मात्रा या औसत व्यास (क्षेत्र के बराबर, संख्या, मात्रा, या सतह क्षेत्र द्वारा भारित) का उपयोग करके निर्दिष्ट किया गया था। विभिन्न विश्लेषणों से स्टार्च कणिका आकार के ये वर्णनकर्ता बेहद अलग प्रकृति के हैं, और कड़ाई से तुलनीय नहीं हैं। यह बहुत भ्रामक हो सकता है अगर विभिन्न प्रजातियों या यहां तक कि एक ही प्रजाति के एक ही ऊतकों से स्टार्च कणिकाओं के इन “आकार” सीधे तुलना में थे । इसके अलावा, ग्रहण किए गए सामान्य वितरणों के प्रसार (या आकार) पैरामीटर, यानी, वितरण की चौड़ाई को मापने वाले मानक विचलन σ (या ग्राफिक मानक विचलन σजी)को अधिकांश अध्ययनों में नजरअंदाज कर दिया गया है।
स्टार्च कणिका आकार विश्लेषण का सामना कर रहे उपरोक्त महत्वपूर्ण मुद्दों को हल करने के लिए, हमने ईएसजेड तकनीक का उपयोग करके स्टार्च नमूनों के कणिका आकार वितरण के प्रजनन योग्य और सांख्यिकीय रूप से वैध निर्धारण के लिए एक प्रक्रिया को रेखांकित किया, और बेहतर सटीकता और तुलनीयता के साथ एक अपनाए गए दो-पैरामीटर गुणात्मक रूप27 का उपयोग करके निर्धारित कणीय लॉगनोरल आकार वितरण को ठीक से निर्दिष्ट करने के लिए। सत्यापन और प्रदर्शन के लिए, हमने प्रक्रिया का उपयोग करके स्वीटपोटाटो स्टार्च नमूनों के कणिका आकार विश्लेषण को दोहराने का प्रदर्शन किया, और अपने ग्राफिक ज्यामितीय साधनों और गुणात्मक मानक विचलन एस * का उपयोग करके लॉगनॉर्मल अंतर मात्रा-प्रतिशत मात्रा-समकक्ष-गोला व्यास वितरण को निर्दिष्ट 
किया।
Protocol
Representative Results
Discussion
उल्लिखित प्रक्रिया ने स्टार्च कणिका आकार विश्लेषण के लिए कई मौजूदा तरीकों में कुछ महत्वपूर्ण मुद्दों का समाधान किया है, 3डी कणिकाओं के अनुचित 1D या 2D आकार शामिल हैं, कोई भी समान कणिका आकार के कारण आकार घट?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम आंशिक रूप से सहकारी कृषि अनुसंधान केंद्र, और कृषि और मानव विज्ञान कॉलेज, प्रेयरी व्यू ए एंड एम विश्वविद्यालय के एकीकृत खाद्य सुरक्षा अनुसंधान केंद्र द्वारा समर्थित है। हम हुआ तियान को उनकी तकनीकी सहायता के लिए धन्यवाद देते हैं ।
Materials
| Analytical beaker | Beckman Coulter Life Sciences | A35595 | Smart-Technology (ST) beaker |
| Aperture tube, 100 µm | Beckman Coulter Life Sciences | A36394 | For the MS4E, , 1000 µm |
| Disposable transfer pipettor, | Fisher Scientific (Fishersci.com) | 13-711-9AM | Other disposable transfer pipettors with similar orifice can also be used. |
| Fisherbrand Conical Polypropylene Centrifuge Tubes, 50 ml | Fisher Scientific (Fishersci.com) | 05-539-13 | Any other similar types of tubes can be used. |
| Glass beakers, 150 to 250 ml | Fisher Scientific (Fishersci.com) | 02-540K | These beakers are used to contain methanol for washing the aperture tube and stirer between runs. |
| LiCl | Fisher Chemical | L121-100 | |
| Methanol | Fisher Chemical | A412-500 | Buy in bulk as the analysis uses a large quantity of methanol. |
| Mettler Toledo ML-T Precision Balances | Mettler Toledo | 30243412 | Any other precision balance with a readablity 0.01 g to 1 mg will work. |
| Multisizer 4e Coulter Counter | Beckman Coulter Life Sciences | B23005 | The old model, Multisizer 3 can also be used with slight adjustment of parameters. The 4e model comes with a 100 μm aperture tube. Other aperture tubes of different diameter can be purchased separately from the company. |
| Ultrasonic processor UP50H | Hielscher Ultrasound Technology | UP50H | Other laborator sonicator having a low-power (<50 Watt) output can be also used. Both MS1 and MS2 sonotrodes for the particular sonicator can be used to disperse starch granules in 5 ml methanol. Always use the lowest setting first, 20% amplitude and 0.1 or 0.2 cycle, and raise the setting if aggregates persist in suspension. |
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