Анализ и спецификация распределения размера крахмала гранул

Крахмал гранулы физической структуры, в которой два основных резерва homoglucan полимеров в растительном фотосинтезе и хранения тканей, линейные или редко разветвленной амилозы и высоко разветвленной амилопектина, упорядоченно упакованы вместе с некоторыми незначительными компонентами, в том числе липидов и белков. Крахмал гранулы из различных видов растений проявляют много трехмерных (3D) формы (рассмотрены в ref.^1,2), в том числе сферы, эллипсоиды, полихедры, тромбоциты, кубики, кубоиды, и нерегулярные трубоушки. Даже те из той же ткани или различных тканей одного и того же вида растений может иметь набор форм с различными частотами возникновения. Другими словами, гранулы крахмала из видов растений могут иметь характерное статистическое распределение формы, а не конкретную форму. Необучные и несферические формы гранул затрудняет правильное измерение и определение размеров гранул крахмала. Кроме того, гранулы крахмала из тех же тканей видов растений имеют различные размеры, т.е. обладают характерным распределением размеров. Такое распределение размеров еще больше усложняет анализ и описание размеров гранул крахмала.

Размеры гранул крахмала были проанализированы с использованием нескольких категорий методов размеров частиц^{(рассмотрены в}рефери 3 ), включая микроскопию, осадочные/стерические фракционирования полевых потоков (Sd/StFFF), лазерную дифракцию и зону электрического зондирования (ЭСЗ). Тем не менее, эти методы не в равной степени подходят для определения размеров гранул крахмала в присутствии формы гранул и распределения размера. Микроскопия, включая световую, конфокаленную и сканирующую электронную микроскопию, отлично подходит для^{исследований морфологии 4,5,6,7,структуры 8,9} и развития^{10,11 крахмальных} гранул, но вряд ли подходит для определения их распределения размеров из-за некоторых присущих недостатков. Прямые измерения микроскопических изображений гранул или программный анализ изображений данных оптической микроскопии (IAOM), которые использовались для определения размеров гранул крахмала от нескольких видов, в том^{числе кукуруза 12},^{пшеница 13,14}, картофель^{15 и ячмень 16}, может измерять только 1D (обычно максимальной длины) или 2D (площадь поверхности) размеры очень ограниченное число (десятки до нескольких тысяч) крахмала гранул изображения. Небольшие размеры выборки гранул, которые по своей сути ограничены методами, редко могут быть статистически репрезентативными, учитывая огромные цифры гранул на единицу крахмала (120 х 10⁶ на грамм, предполагая, что все сферы 10 мкм при плотности 1,5 г/см3) и, следовательно, могут привести к плохой воспроизводимости результатов. Техника Sd/StFFF может иметь высокую скорость и разрешение, а также узкие фракции крахмала^{гранул 17}, но редко используется, вероятно, потому, что его точность может серьезно зависеть от повреждений, различных форм и плотности крахмала гранул. Техника лазерной дифракции является наиболее широко используемой, и была применена для анализа размера гранул крахмала для всех^{основных видов сельскохозяйственных культур 3,14,16}. Хотя техника имеет много преимуществ, она на самом деле не подходит для определения размеров гранул крахмала в присутствии распределения формы гранул. Большинство параллельных лазерных дифракционных приборов полагаются на теорию рассеяния^{света Mie 18 для} однородных сферических частиц и модифицированную теорию^{Mie 18 для} некоторых других форм единообразия. Техника, таким образом, по своей сути очень чувствительна к формам частиц, и не совсем подходит даже для определенных^{форм однородности 19}, не говоря уже о крахмала гранулы, имеющие набор форм различных пропорций. Техника ЭСЗ измеряет нарушение электрического поля пропорционально объему частицы, проходящей через диафрагму. Он обеспечивает размеры объема гранул, а также количество и объем распределения информации и т.д., при высоком разрешении. Так как техника ЭСЗ не зависит от каких-либо оптических свойств частиц, включая цвет, форму, состав или рефракционный индекс, и результаты очень воспроизводимы, он особенно подходит для определения распределения размеров крахмала гранул, имеющих набор форм.

Размеры гранул крахмала также были определены с помощью многих параметров. Они часто были упрощенно описаны средними диаметрами, которые в некоторых случаях были арифметическими средствами микроскопически измеренных максимальных длин 2D^{изображений 12,20,}или средних эквивалентных диаметров^{сферы 3.} В других случаях распределение размера гранул было указано с помощью^{диапазонов размеров 21,22,}среднего объема распределения или среднего диаметра (эквивалент сферы, взвешенный по количеству, объему или площади поверхности) при^{условии нормального распределения 14,23,24,25,26.} Эти дескрипторы размеров гранул крахмала из различных анализов имеют совершенно иной характер, и не строго сопоставимы. Это может быть очень вводит в заблуждение, если эти “размеры” крахмала гранулы из разных видов или даже те же ткани одного и того же вида были непосредственно сопоставлены. Кроме того, в большинстве исследований был проигнорирован параметр спреда (или формы) предполагаемых нормальных распределений, т.е. стандартное отклонение σ (или графическое стандартное отклонение σ_г),измеряя ширину распределения (т.е. распространение размеров).

Для решения вышеупомянутых критических вопросов, стоящих перед анализом размеров гранул крахмала, мы наметили процедуру воспроизводимых и статистически обоснованных определений распределения размеров гранул образцов крахмала с использованием метода ЭСЗ, а также для правильного указания определенных логнормальных размеров гранул с использованием принятой двух параметрной^{мультипликативной формы 27 с} улучшенной точностью и сопоставимостью. Для проверки и демонстрации мы провели анализ размеров гранул образцов крахмала sweetpotato с помощью процедуры, и указали логнормальный дифференциальный объем-процентный объем-эквивалент-сфера диаметр распределения с использованием их графических геометрических средств и мультипликативных стандартных отклонений sв форме ^x/(умножить и разделить) s.