高直链玉米淀粉配合体的抗消化特性与晶体结构

高直链玉米淀粉配合体的抗消化特性与昌体结构詹锦玲;王瑞;田耀旗【摘要】以高直链玉米淀粉(highamylosecornstarch,HACS)作为反应主体原料,硬脂酸(stearicacid,SA)、单硬脂酸甘油酯(glycerolmonostearate,GMS)、硬脂酰乳酸钙(calciumstearoyllactylate,CSL)、油酸(oleicacid,OA)作为反应客体，采用经典HCl/KOH沉淀法制备V-型高直链玉米淀粉配合体，研究其抗消化与晶体结构特征结果显示:采用硬脂酸制备的高直链玉米淀粉配合体络合率最高，达到84.3%,与其对应的抗性淀粉含量达到37.2%.采用X-射线(XRD)对目标系列配合体进行晶体结构分析,表明高直链玉米淀粉-硬脂酸配合体显示较强的VD-型特征衍射峰，而单硬脂酸甘油酯配合体、油酸配合体、硬脂酰乳酸钙配合体为较弱的VI-型特征衍射峰；进一步对配合体进行红外光谱(FT-IR)扫描分析，发现高直链玉米淀粉-硬脂酸配合体中的硬脂酸客体在1750cm-1处C=O的特征峰仅部分消失，表明硬脂酸疏水性端穿插高直链玉米淀粉螺旋空腔,C=O羧基与淀粉链外壁羟基相互作用形成VD-型高直链淀粉配合体.采用硬脂酸制备的高直链玉米淀粉配合体显示VD-型结晶，抗性淀粉含量显著提高,可作为抗性淀粉制备的重要途径.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷)，期】2016(042)009【总页数】4页(P64-67)【关键词】配合体;乳化剂;抗性淀粉;V-型晶体【作者】詹锦玲;王瑞;田耀旗【作者单位】江南大学，食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡,214122;江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏无锡,214122;江南大学，食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡,214122;江南大学，食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡,214122【正文语种】中文抗性淀粉(resistantstarch，RS)是指在健康人体小肠中不能被酶解，但在人体大肠中可与挥发性脂肪酸一同发生发酵反应的一类功能性淀粉［1］。此类功能性淀粉在人体内消化、吸收都较缓慢，具有饱腹、瘦身等功能作用，可作为糖尿病、肥胖等慢性病患者食品的重要配料。抗性淀粉的主要制备方法为结晶法、物理包埋法、挤压法，存在抗性淀粉加工性能差的局限。研究发现，淀粉与乳化剂络合形成配合体，对酶具有抗性［2］，且该配合体作为食品配料，具有很好的热加工性能，可作为新型抗性淀粉制备的潜在途径。淀粉-乳化剂配合体主要显示VI-型和VII-型2种结晶形态，其中VI-型主要为乳化剂分子穿插淀粉螺旋构成，VII-型结晶为乳化剂分子部分穿插淀粉螺旋、部分与淀粉外壁羟基通过氢键等次级键驱动所形成［2］；VII-型较VI-型晶体具有更高的耐热、耐酶解特性，更具备制备抗性淀粉的潜在可能性。目前，相关研究主要集中在乳化剂抑制淀粉酶解现象、抽象的V-型晶体及其耐酶解特性表征等方面［2］；通过乳化剂的筛选，特别是基于某些特殊乳化剂客体分子的VII-型结晶体系的构建、结构解析及其应用于制备抗性淀粉的系统研究未见报道。前期，通过筛选出乳化剂——单硬脂酸甘油酯，利用乙醇碱法制备了高直链玉米淀粉配合体，该配合体具有较高含量的慢消化淀粉［3］。本文拟进一步筛选乳化剂客体，采用经典HCl/KOH沉淀法制备抗性淀粉，以期解析目标抗性淀粉的抗消化特征与VII-型结晶晶体结构的关联性。1.1试剂与仪器高直链玉米淀粉，国民淀粉工业上海有限公司；单硬脂酸甘油酯(glycerolmonostearate，GMS)，硬脂酰乳酸钙(calciumstearoyllactylate，CSL)，硬脂酸(stearicacid，SA)，油酸(oleicacid，OA)，杭州富春食品添加剂有限公司；猪胰a-淀粉酶，23U/mg,Sigma-Aldrich贸易有限公司；糖化酶，140000U/g:江苏无锡赛德生物工程有限公司。双束紫外可见分光光度计(TU1900),北京普析通用仪器责任有限公司；X-射线衍射仪(X-ray)(D8-Advance型)，德国BrukerAXS公司；傅立叶变换近红外光谱仪(FT-IR),德国布鲁克公司。1.2实验方法1.2.1高直链玉米淀粉配合体的制备参照林若慧等人的方法［4］并作一定改进，制备高直链玉米淀粉配合体。称取10g高直链玉米淀粉于锥形瓶中，加入100mLKOH(0.01mol/L)溶液，置于磁力搅拌水浴锅中高速搅拌，调节水浴温度至90°C结晶温度。另称取乳化剂1g/口入100mLKOH(0.01mol/L)溶液并预热到90°C。将配置好的乳化剂溶液缓慢滴入淀粉溶液中，当混合溶液达到90C时，逐滴加入20mLHCl(0.1mol/L)溶液，并在90°C结晶温度下恒温30min，离心(3000r/min,15min)，将上清液去除，沉淀物用蒸馏水重复洗涤3次至中性。将所制备沉淀物60°C真空干燥、研磨、过筛即得目标配合体，密封备用。1.2.2配合体的络合率测定以乳化剂的利用率表示高直链玉米淀粉配合体的络合率，采用GB5009.6—2003中的索氏提取法［5］测定配合体中乳化剂的含量。根据公式(1)计算络合率：高直链玉米淀粉配合体络合率/%=1.2.3配合体的抗消化淀粉含量测定参照詹锦玲等人的Englyst法[1,3]测定配合体中抗性淀粉含量，并略作改进。称取200mg样品于锥形瓶中，添加8mL、pH5.2的磷酸-柠檬酸缓冲液，混匀后加入2mL糖化酶(200U/mL)和猪胰a-淀粉酶(300U/mL)的混合酶液。将锥形瓶置于37^恒温水浴振荡(160r/min)反应并计时。振荡反应0、20和120min分别取0.1mL上清液并加入0.9mL无水乙醇进行灭酶处理，采用3,5-二硝基水杨酸比色法(DNS法)在540nm处测定葡萄糖含量，每个样品平行测定3次，取平均值。按下列公式计算抗性淀粉含量：RS/%=1-RDS%-SDS%RDS/%=[(G20-FG)/m]x0.9x100SDS/%=[(G120-G20)/m]x0.9x100式中：RS为抗性淀粉含量，％;RDS为快消化淀粉含量，％;SDS为慢消化淀粉含量，％;G20、G120分别为配合体样品被酶水解20min、120min后产生的葡萄糖含量，mg;FG为淀粉中游离的葡萄糖量，mg，为配合体样品被酶水解0min时葡萄糖含量，mg;m为淀粉总量，mg。1.2.4X-射线衍射(XRD)称取配合体样品0.8g，采用标准片制备待测样品。测试实验条件为：管电压40kV，管电流40mA，扫描范围4~35。，扫描速度3°/min,试验重复3次，用MDIJade5.0软件进行结果分析。1.2.5傅里叶转换红外光谱(FT-IR)分别称取原淀粉和配合体样品2mg，加入漠化钾100mg压片制样。测试条件：波数范围为400-4000cm-1，分辨率为4cm-1，采用DTGS检测器，以空气为空白，扫描16次后取平均值得红外光谱图。2.1配合体络合率与抗性淀粉含量关系如图1所示，高直链玉米淀粉硬脂酸配合体、单硬脂酸甘油酯配合体、硬脂酰乳酸钙配合体、油酸配合体的络合率分别为84.3%、56.3%、28.3%、22.6%，相应配合体抗性淀粉含量分别为37.2%、14.2%、10.4%、7.1%。由此可见，配合体的络合率与其抗性淀粉含量呈正相关性，采用硬脂酸作为反应客体，可以得到最高含量的抗性淀粉。这主要归因于硬脂酸与具有双键的油酸相比，具有更佳的柔性分子结构，与直链淀粉络合更好的结构兼容性。两者主要以硬脂酸疏水性端穿插于直链淀粉螺旋空腔形成VI-型结晶配合体；同时，配合体与配合体之间以氢键、范德华力等作用可能形成VII-型结晶晶胞，据报道此晶胞为抗性淀粉晶体结构的主要构成组分［6］。2.2配合体XRD晶体结构特征分析V-型晶体分为VI-型和VII-型，其中VI-型淀粉配合体V-型特征峰形平缓且吸收强度低，晶体松散，结晶程度较低；VII-型配合体V-峰形尖锐且吸收强度高，晶体排列完美，结晶程度较高［2］。原淀粉与客体物理混合物、高直链淀粉硬脂酸配合体、单硬脂酸甘油酯配合体、硬脂酰乳酸钙配合体、油酸配合体XRD图谱如图2所示。原高直链淀粉与硬脂酸配合体的X-射线衍射图谱在2。为7.1。、20.0。、21.5。、24.2°处出现特征衍射峰（图2-a）,且峰形尖锐，吸收强度高，说明两者形成了V-型晶体，且呈VII-型晶体结构。原高直链淀粉与单硬脂酸甘油酯配合体的X-射线衍射图谱在2。为12.8。、19.5。、21.4。处分别出现特征衍射峰（图2-b），但峰形平缓，吸收强度低，表明单硬脂酸甘油酯配合体呈VI-型晶体结构。原淀粉与硬脂酰乳酸钙、油酸配合体的X-衍射图谱在20为13.0。、19.7。处出现V-型结构的特征衍射峰，但比较弱，呈VI-型晶体结构。通过Jade5.0软件依次计算上述四种配合体的结晶度，分别为40.6%、48.6%、37.6%、33.1%（表1）。可见，配合体的抗性淀粉含量与结晶度没有必然相关性。这主要因为高直链淀粉单硬脂酸甘油酯配合体主要形成VII-型亚微晶晶体，该晶体类型为慢消化淀粉的主要晶体组分［6］，因此尽管结晶度最高，抗性淀粉含量相比较却居其次。2.3配合体FT-IR图谱分析原高直链玉米淀粉及其相应配合体的红外光谱如图3所示。由图可见，上述4种配合体的红外吸收特征峰大致相同，在3440cm-1附近出现的强而宽的吸收峰为淀粉的红外特征吸收峰，是由于一OH基团的伸缩振动所产生的。2917cm-1附近出现了明显的一CH2—的伸缩振动吸收峰，1635cm-1是淀粉中羰基的非对称伸缩振动峰，1000-1400cm-1处的吸收峰为C—O—C键的伸缩振动峰。硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、硬脂酰乳酸钙、油酸的特征吸收峰为1750cm-1处的CO伸缩振动以及2850cm-1处的饱和C—H伸缩振［6］。在上述4种配合体的红外光谱中，高直链玉米淀粉-单硬脂酸甘油酯配合体、硬脂酰乳酸钙配合体、油酸配合体中CO特征吸收峰消失，饱和C—H吸收峰减弱，表明相应3种乳化剂客体CO部分进入淀粉螺旋内部，导致酯类特征吸收峰被屏蔽，证明了高直链玉米淀粉与上述3种相应乳化剂客体形成了配合体。同时，高直链玉米淀粉-硬脂酸配合体保留了部分1750cm-1处的CO特征吸收峰，结合配合体的XRD图谱分析，证明硬脂酸的疏水部分穿插于淀粉螺旋空腔，部分CO羧基与淀粉外壁羟基相互作用形成配合体，晶型为VII-型。硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、油酸、硬脂酰乳酸钙4种乳化剂客体与高直链玉米淀粉的络合能力大小顺序为：硬脂酸〉单硬脂酸甘油酯〉硬脂酰乳酸钙〉油酸；其中，添加硬脂酸所制得的高直链玉米淀粉配合体的抗性淀粉含量最高，