高直鏈玉米淀粉配合體的抗消化特性與昌體結(jié)構(gòu)詹錦玲;王瑞;田耀旗【摘要】以高直鏈玉米淀粉(highamylosecornstarch,HACS)作為反應(yīng)主體原料,硬脂酸(stearicacid,SA)、單硬脂酸甘油酯(glycerolmonostearate,GMS)、硬脂酰乳酸鈣(calciumstearoyllactylate,CSL)、油酸(oleicacid,OA)作為反應(yīng)客體，采用經(jīng)典HCl/KOH沉淀法制備V-型高直鏈玉米淀粉配合體，研究其抗消化與晶體結(jié)構(gòu)特征結(jié)果顯示:采用硬脂酸制備的高直鏈玉米淀粉配合體絡(luò)合率最高，達(dá)到84.3%,與其對應(yīng)的抗性淀粉含量達(dá)到37.2%.采用X-射線(XRD)對目標(biāo)系列配合體進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析,表明高直鏈玉米淀粉-硬脂酸配合體顯示較強(qiáng)的VD-型特征衍射峰，而單硬脂酸甘油酯配合體、油酸配合體、硬脂酰乳酸鈣配合體為較弱的VI-型特征衍射峰；進(jìn)一步對配合體進(jìn)行紅外光譜(FT-IR)掃描分析，發(fā)現(xiàn)高直鏈玉米淀粉-硬脂酸配合體中的硬脂酸客體在1750cm-1處C=O的特征峰僅部分消失，表明硬脂酸疏水性端穿插高直鏈玉米淀粉螺旋空腔,C=O羧基與淀粉鏈外壁羥基相互作用形成VD-型高直鏈淀粉配合體.采用硬脂酸制備的高直鏈玉米淀粉配合體顯示VD-型結(jié)晶，抗性淀粉含量顯著提高,可作為抗性淀粉制備的重要途徑.【期刊名稱】《食品與發(fā)酵工業(yè)》【年(卷)，期】2016(042)009【總頁數(shù)】4頁(P64-67)【關(guān)鍵詞】配合體;乳化劑;抗性淀粉;V-型晶體【作者】詹錦玲;王瑞;田耀旗【作者單位】江南大學(xué)，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫,214122;江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫,214122;江南大學(xué)，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫,214122;江南大學(xué)，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫,214122【正文語種】中文抗性淀粉(resistantstarch，RS)是指在健康人體小腸中不能被酶解，但在人體大腸中可與揮發(fā)性脂肪酸一同發(fā)生發(fā)酵反應(yīng)的一類功能性淀粉［1］。此類功能性淀粉在人體內(nèi)消化、吸收都較緩慢，具有飽腹、瘦身等功能作用，可作為糖尿病、肥胖等慢性病患者食品的重要配料。抗性淀粉的主要制備方法為結(jié)晶法、物理包埋法、擠壓法，存在抗性淀粉加工性能差的局限。研究發(fā)現(xiàn)，淀粉與乳化劑絡(luò)合形成配合體，對酶具有抗性［2］，且該配合體作為食品配料，具有很好的熱加工性能，可作為新型抗性淀粉制備的潛在途徑。淀粉-乳化劑配合體主要顯示VI-型和VII-型2種結(jié)晶形態(tài)，其中VI-型主要為乳化劑分子穿插淀粉螺旋構(gòu)成，VII-型結(jié)晶為乳化劑分子部分穿插淀粉螺旋、部分與淀粉外壁羥基通過氫鍵等次級鍵驅(qū)動(dòng)所形成［2］；VII-型較VI-型晶體具有更高的耐熱、耐酶解特性，更具備制備抗性淀粉的潛在可能性。目前，相關(guān)研究主要集中在乳化劑抑制淀粉酶解現(xiàn)象、抽象的V-型晶體及其耐酶解特性表征等方面［2］；通過乳化劑的篩選，特別是基于某些特殊乳化劑客體分子的VII-型結(jié)晶體系的構(gòu)建、結(jié)構(gòu)解析及其應(yīng)用于制備抗性淀粉的系統(tǒng)研究未見報(bào)道。前期，通過篩選出乳化劑——單硬脂酸甘油酯，利用乙醇堿法制備了高直鏈玉米淀粉配合體，該配合體具有較高含量的慢消化淀粉［3］。本文擬進(jìn)一步篩選乳化劑客體，采用經(jīng)典HCl/KOH沉淀法制備抗性淀粉，以期解析目標(biāo)抗性淀粉的抗消化特征與VII-型結(jié)晶晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性。1.1試劑與儀器高直鏈玉米淀粉，國民淀粉工業(yè)上海有限公司；單硬脂酸甘油酯(glycerolmonostearate，GMS)，硬脂酰乳酸鈣(calciumstearoyllactylate，CSL)，硬脂酸(stearicacid，SA)，油酸(oleicacid，OA)，杭州富春食品添加劑有限公司；豬胰a-淀粉酶，23U/mg,Sigma-Aldrich貿(mào)易有限公司；糖化酶，140000U/g:江蘇無錫賽德生物工程有限公司。雙束紫外可見分光光度計(jì)(TU1900),北京普析通用儀器責(zé)任有限公司；X-射線衍射儀(X-ray)(D8-Advance型)，德國BrukerAXS公司；傅立葉變換近紅外光譜儀(FT-IR),德國布魯克公司。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1高直鏈玉米淀粉配合體的制備參照林若慧等人的方法［4］并作一定改進(jìn)，制備高直鏈玉米淀粉配合體。稱取10g高直鏈玉米淀粉于錐形瓶中，加入100mLKOH(0.01mol/L)溶液，置于磁力攪拌水浴鍋中高速攪拌，調(diào)節(jié)水浴溫度至90°C結(jié)晶溫度。另稱取乳化劑1g/口入100mLKOH(0.01mol/L)溶液并預(yù)熱到90°C。將配置好的乳化劑溶液緩慢滴入淀粉溶液中，當(dāng)混合溶液達(dá)到90C時(shí)，逐滴加入20mLHCl(0.1mol/L)溶液，并在90°C結(jié)晶溫度下恒溫30min，離心(3000r/min,15min)，將上清液去除，沉淀物用蒸餾水重復(fù)洗滌3次至中性。將所制備沉淀物60°C真空干燥、研磨、過篩即得目標(biāo)配合體，密封備用。1.2.2配合體的絡(luò)合率測定以乳化劑的利用率表示高直鏈玉米淀粉配合體的絡(luò)合率，采用GB5009.6—2003中的索氏提取法［5］測定配合體中乳化劑的含量。根據(jù)公式(1)計(jì)算絡(luò)合率：高直鏈玉米淀粉配合體絡(luò)合率/%=1.2.3配合體的抗消化淀粉含量測定參照詹錦玲等人的Englyst法[1,3]測定配合體中抗性淀粉含量，并略作改進(jìn)。稱取200mg樣品于錐形瓶中，添加8mL、pH5.2的磷酸-檸檬酸緩沖液，混勻后加入2mL糖化酶(200U/mL)和豬胰a-淀粉酶(300U/mL)的混合酶液。將錐形瓶置于37^恒溫水浴振蕩(160r/min)反應(yīng)并計(jì)時(shí)。振蕩反應(yīng)0、20和120min分別取0.1mL上清液并加入0.9mL無水乙醇進(jìn)行滅酶處理，采用3,5-二硝基水楊酸比色法(DNS法)在540nm處測定葡萄糖含量，每個(gè)樣品平行測定3次，取平均值。按下列公式計(jì)算抗性淀粉含量：RS/%=1-RDS%-SDS%RDS/%=[(G20-FG)/m]x0.9x100SDS/%=[(G120-G20)/m]x0.9x100式中：RS為抗性淀粉含量，％;RDS為快消化淀粉含量，％;SDS為慢消化淀粉含量，％;G20、G120分別為配合體樣品被酶水解20min、120min后產(chǎn)生的葡萄糖含量，mg;FG為淀粉中游離的葡萄糖量，mg，為配合體樣品被酶水解0min時(shí)葡萄糖含量，mg;m為淀粉總量，mg。1.2.4X-射線衍射(XRD)稱取配合體樣品0.8g，采用標(biāo)準(zhǔn)片制備待測樣品。測試實(shí)驗(yàn)條件為：管電壓40kV，管電流40mA，掃描范圍4~35。，掃描速度3°/min,試驗(yàn)重復(fù)3次，用MDIJade5.0軟件進(jìn)行結(jié)果分析。1.2.5傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FT-IR)分別稱取原淀粉和配合體樣品2mg，加入漠化鉀100mg壓片制樣。測試條件：波數(shù)范圍為400-4000cm-1，分辨率為4cm-1，采用DTGS檢測器，以空氣為空白，掃描16次后取平均值得紅外光譜圖。2.1配合體絡(luò)合率與抗性淀粉含量關(guān)系如圖1所示，高直鏈玉米淀粉硬脂酸配合體、單硬脂酸甘油酯配合體、硬脂酰乳酸鈣配合體、油酸配合體的絡(luò)合率分別為84.3%、56.3%、28.3%、22.6%，相應(yīng)配合體抗性淀粉含量分別為37.2%、14.2%、10.4%、7.1%。由此可見，配合體的絡(luò)合率與其抗性淀粉含量呈正相關(guān)性，采用硬脂酸作為反應(yīng)客體，可以得到最高含量的抗性淀粉。這主要?dú)w因于硬脂酸與具有雙鍵的油酸相比，具有更佳的柔性分子結(jié)構(gòu)，與直鏈淀粉絡(luò)合更好的結(jié)構(gòu)兼容性。兩者主要以硬脂酸疏水性端穿插于直鏈淀粉螺旋空腔形成VI-型結(jié)晶配合體；同時(shí)，配合體與配合體之間以氫鍵、范德華力等作用可能形成VII-型結(jié)晶晶胞，據(jù)報(bào)道此晶胞為抗性淀粉晶體結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成組分［6］。2.2配合體XRD晶體結(jié)構(gòu)特征分析V-型晶體分為VI-型和VII-型，其中VI-型淀粉配合體V-型特征峰形平緩且吸收強(qiáng)度低，晶體松散，結(jié)晶程度較低；VII-型配合體V-峰形尖銳且吸收強(qiáng)度高，晶體排列完美，結(jié)晶程度較高［2］。原淀粉與客體物理混合物、高直鏈淀粉硬脂酸配合體、單硬脂酸甘油酯配合體、硬脂酰乳酸鈣配合體、油酸配合體XRD圖譜如圖2所示。原高直鏈淀粉與硬脂酸配合體的X-射線衍射圖譜在2。為7.1。、20.0。、21.5。、24.2°處出現(xiàn)特征衍射峰（圖2-a）,且峰形尖銳，吸收強(qiáng)度高，說明兩者形成了V-型晶體，且呈VII-型晶體結(jié)構(gòu)。原高直鏈淀粉與單硬脂酸甘油酯配合體的X-射線衍射圖譜在2。為12.8。、19.5。、21.4。處分別出現(xiàn)特征衍射峰（圖2-b），但峰形平緩，吸收強(qiáng)度低，表明單硬脂酸甘油酯配合體呈VI-型晶體結(jié)構(gòu)。原淀粉與硬脂酰乳酸鈣、油酸配合體的X-衍射圖譜在20為13.0。、19.7。處出現(xiàn)V-型結(jié)構(gòu)的特征衍射峰，但比較弱，呈VI-型晶體結(jié)構(gòu)。通過Jade5.0軟件依次計(jì)算上述四種配合體的結(jié)晶度，分別為40.6%、48.6%、37.6%、33.1%（表1）。可見，配合體的抗性淀粉含量與結(jié)晶度沒有必然相關(guān)性。這主要因?yàn)楦咧辨湹矸蹎斡仓岣视王ヅ浜象w主要形成VII-型亞微晶晶體，該晶體類型為慢消化淀粉的主要晶體組分［6］，因此盡管結(jié)晶度最高，抗性淀粉含量相比較卻居其次。2.3配合體FT-IR圖譜分析原高直鏈玉米淀粉及其相應(yīng)配合體的紅外光譜如圖3所示。由圖可見，上述4種配合體的紅外吸收特征峰大致相同，在3440cm-1附近出現(xiàn)的強(qiáng)而寬的吸收峰為淀粉的紅外特征吸收峰，是由于一OH基團(tuán)的伸縮振動(dòng)所產(chǎn)生的。2917cm-1附近出現(xiàn)了明顯的一CH2—的伸縮振動(dòng)吸收峰，1635cm-1是淀粉中羰基的非對稱伸縮振動(dòng)峰，1000-1400cm-1處的吸收峰為C—O—C鍵的伸縮振動(dòng)峰。硬脂酸、單硬脂酸甘油酯、硬脂酰乳酸鈣、油酸的特征吸收峰為1750cm-1處的CO伸縮振動(dòng)以及2850cm-1處的飽和C—H伸縮振［6］。在上述4種配合體的紅外光譜中，高直鏈玉米淀粉-單硬脂酸甘油酯配合體、硬脂酰乳酸鈣配合體、油酸配合體中CO特征吸收峰消失，飽和C—H吸收峰減弱，表明相應(yīng)3種乳化劑客體CO部分進(jìn)入淀粉螺旋內(nèi)部，導(dǎo)致酯類特征吸收峰被屏蔽，證明了高直鏈玉米淀粉與上述3種相應(yīng)乳化劑客體形成了配合體。同時(shí)，高直鏈玉米淀粉-硬脂酸配合體保留了部分1750cm-1處的CO特征吸收峰，結(jié)合配合體的XRD圖譜分析，證明硬脂酸的疏水部分穿插于淀粉螺旋空腔，部分CO羧基與淀粉外壁羥基相互作用形成配合體，晶型為VII-型。硬脂酸、單硬脂酸甘油酯、油酸、硬脂酰乳酸鈣4種乳化劑客體與高直鏈玉米淀粉的絡(luò)合能力大小順序?yàn)椋河仓帷祮斡仓岣视王ァ涤仓Ｈ樗徕}〉油酸；其中，添加硬脂酸所制得的高直鏈玉米淀粉配合體的抗性淀粉含量最高，