高直鏈玉米淀粉配合體的抗消化特性與晶體結構

詹錦玲，王瑞，田耀旗*

1(江南大學，食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫，214122)2(江南大學，糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇 無錫，214122)

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高直鏈玉米淀粉配合體的抗消化特性與晶體結構

詹錦玲1,2，王瑞1，田耀旗1*

1(江南大學，食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫，214122)2(江南大學，糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇 無錫，214122)

配合體；乳化劑；抗性淀粉；V-型晶體

抗性淀粉(resistant starch，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性脂肪酸一同發生發酵反應的一類功能性淀粉[1]。此類功能性淀粉在人體內消化、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。研究發現，淀粉與乳化劑絡合形成配合體，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種結晶形態，其中VI-型主要為乳化劑分子穿插淀粉螺旋構成，VII-型結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動所形成[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，相關研究主要集中在乳化劑抑制淀粉酶解現象、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-型結晶體系的構建、結構解析及其應用于制備抗性淀粉的系統研究未見報道。

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]。本文擬進一步篩選乳化劑客體，采用經典HCl/KOH沉淀法制備抗性淀粉，以期解析目標抗性淀粉的抗消化特征與VII-型結晶晶體結構的關聯性。

1　材料與方法

1.1試劑與儀器

高直鏈玉米淀粉，國民淀粉工業上海有限公司；單硬脂酸甘油酯(glycerol monostearate，GMS)，硬脂酰乳酸鈣(calcium stearoyl lactylate，CSL)，硬脂酸(stearic acid，SA)，油酸(oleic acid，OA)，杭州富春食品添加劑有限公司；豬胰α-淀粉酶，23 U/mg,Sigma-Aldrich貿易有限公司；糖化酶，140 000 U/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(TU1900)，北京普析通用儀器責任有限公司；X-射線衍射儀(X-ray)(D8-Advance型)，德國Bruker AXS公司；傅立葉變換近紅外光譜儀(FT-IR),德國布魯克公司。

1.2實驗方法

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，制備高直鏈玉米淀粉配合體。稱取10 g高直鏈玉米淀粉于錐形瓶中，加入100 mL KOH(0.01 mol/L)溶液，置于磁力攪拌水浴鍋中高速攪拌，調節水浴溫度至90 ℃結晶溫度。另稱取乳化劑1 g，加入100 mL KOH(0.01 mol/L)溶液并預熱到90 ℃。將配置好的乳化劑溶液緩慢滴入淀粉溶液中，當混合溶液達到90 ℃時，逐滴加入20 mL HCl(0.1mol/L)溶液，并在90 ℃結晶溫度下恒溫30 min，離心(3 000 r/min，15 min)，將上清液去除，沉淀物用蒸餾水重復洗滌3次至中性。將所制備沉淀物60 ℃真空干燥、研磨、過篩即得目標配合體，密封備用。

1.2.2配合體的絡合率測定

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。根據公式(1)計算絡合率：

高直鏈玉米淀粉配合體絡合率/%=

(1)

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。稱取200 mg樣品于錐形瓶中，添加8 mL、pH 5.2的磷酸-檸檬酸緩沖液，混勻后加入2 mL糖化酶(200 U/mL)和豬胰α-淀粉酶(300 U/mL)的混合酶液。將錐形瓶置于37 ℃恒溫水浴振蕩(160 r/min)反應并計時。振蕩反應0、20和120 min分別取0.1 mL上清液并加入0.9 mL 無水乙醇進行滅酶處理，采用3，5-二硝基水楊酸比色法(DNS法)在540 nm處測定葡萄糖含量，每個樣品平行測定3次，取平均值。按下列公式計算抗性淀粉含量：

RS/%=1-RDS%-SDS%

(2)

RDS/%=[(G20-FG)/m]×0.9×100

(3)

SDS/%=[(G120-G20)/m]×0.9×100

(4)

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20 min、120 min后產生的葡萄糖含量，mg；FG為淀粉中游離的葡萄糖量，mg，為配合體樣品被酶水解0 min時葡萄糖含量，mg；m為淀粉總量，mg。

1.2.4X-射線衍射(XRD)

稱取配合體樣品0.8 g，采用標準片制備待測樣品。測試實驗條件為：管電壓40 kV，管電流40 mA，掃描范圍4～35°，掃描速度3°/min，試驗重復3次，用MDI Jade 5.0軟件進行結果分析。

1.2.5傅里葉轉換紅外光譜(FT-IR)

分別稱取原淀粉和配合體樣品2 mg，加入溴化鉀100 mg壓片制樣。測試條件：波數范圍為400～4 000 cm-1，分辨率為4 cm-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　結果分析

2.1配合體絡合率與抗性淀粉含量關系

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、油酸配合體的絡合率分別為84.3%、56.3%、28.3%、22.6%，相應配合體抗性淀粉含量分別為37.2%、14.2%、10.4%、7.1%。由此可見，配合體的絡合率與其抗性淀粉含量呈正相關性，采用硬脂酸作為反應客體，可以得到最高含量的抗性淀粉。這主要歸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構，與直鏈淀粉絡合更好的結構兼容性。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-型結晶配合體；同時，配合體與配合體之間以氫鍵、范德華力等作用可能形成VII-型結晶晶胞，據報道此晶胞為抗性淀粉晶體結構的主要構成組分[6]。

圖1　高直鏈玉米淀粉-乳化劑配合體的絡合率和抗性淀粉含量Fig.1　The complex rate and resistant starch content of high amylose corn starch-emulsifier complexes

2.2配合體XRD晶體結構特征分析

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度低，晶體松散，結晶程度較低；VII-型配合體V-峰形尖銳且吸收強度高，晶體排列完美，結晶程度較高[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2θ為7.1°、20.0°、21.5°、24.2°處出現特征衍射峰(圖2-a)，且峰形尖銳，吸收強度高，說明兩者形成了V-型晶體，且呈VII-型晶體結構。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2θ為12.8°、19.5°、21.4°處分別出現特征衍射峰(圖2-b)，但峰形平緩，吸收強度低，表明單硬脂酸甘油酯配合體呈VI-型晶體結構。原淀粉與硬脂酰乳酸鈣、油酸配合體的X-衍射圖譜在2θ為13.0°、19.7°處出現V-型結構的特征衍射峰，但比較弱，呈VI-型晶體結構。通過Jade5.0軟件依次計算上述四種配合體的結晶度，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晶度沒有必然相關性。這主要因為高直鏈淀粉單硬脂酸甘油酯配合體主要形成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]，因此盡管結晶度最高，抗性淀粉含量相比較卻居其次。

(a)高直鏈玉米淀粉-硬脂酸物理混合物與配合體；(b)高直鏈玉米淀粉-單硬脂酸甘油酯物理混合物與配合體；(c)高直鏈玉米淀粉-硬脂酰乳酸鈣物理混合物與配合體；(d)高直鏈玉米淀粉-油酸物理混合物與配合體圖2　高直鏈玉米淀粉-乳化劑配合體X-衍射光譜圖Fig.2 XRD patterns for four kinds of ligands

配合體相對峰總面積相對結晶峰面積相對結晶度/%硬脂酸540102209540.6單硬脂酸甘油酯523992547148.6油酸484621822037.6硬脂酰乳酸鈣460861523933.1

2.3配合體FT-IR圖譜分析

圖3　高直鏈玉米淀粉-乳化劑配合體紅外光譜圖Fig.3　FT-IR spectra of HACS-emulsifier complexes

3　結論

(1)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合能力大小順序為：硬脂酸>單硬脂酸甘油酯>硬脂酰乳酸鈣>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，達到37.2%。

(2)高直鏈玉米淀粉配合體XRD圖譜分析結果表明，4種配合體均出現了V-型特征衍射峰，說明客體分子與高直鏈玉米淀粉形成了配合體，基于峰型和峰強度判斷，硬脂酸配合體為VII-型結晶，為構成抗性淀粉的主要晶體組分，與抗性淀粉含量呈現顯著的正相關性。

[1]ENGLYST H N, KINGMAN S M, CUMMINGS. Classification and measurement of nutritionally important starch fractions[J].European Journal of Clinical Nutrition,1992,45(2):33-50.

[2]PUTSEYS J A, LAMBERTS L, DELCOUR J A. Amylose-inclusion complexes: formation, dentity and physico-chemical properties[J].Journal of Cereal Science,2010,51(3):238-247.

[3]詹錦玲,胡秀婷,沙晨希,等.高直鏈玉米淀粉絡合體的慢消化性與結構鑒定[J].食品工業科技, 2015,36(20):141-144.

[4]林若慧,柴向華,吳克剛，等.硬脂酸-直鏈淀粉復合物的制備工藝的研究[J].食品科技,2011,(4):207-210.

[5]GB5009.6—2003.食品中脂肪的測定[S].

[6]沙晨希.高直鏈玉米淀粉配合體的構建及其慢消化性研究[D].無錫:江南大學,2013.

Resistant properties and crystalline structure of high amylose corn starch-emulsifier complexes

ZHAN Jin-ling1,2, WANG Rui1, TIAN Yao-qi1*

1 (State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)2 (National Engineering Laboratory for Cereal Fermention Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Amylose corn starch (HACS) complexes with emulsifiers stearic acid (SA), glycerol monostearate (GMS), calcium stearoyl lactylate (CSL), and oleic acid (OA) to prepare V-type HACS complex by a classic HCl/KOH precipitation method. The resistant digestion and crystalline structure were studied. The result showed that the complex content was 84.3% in HACS-SA complex and resistant starch was at maximum content of 37.2%. XRD data indicated that the HACS-SA complex generated strong peaks with VII-type crystallites, but other three complexes showed weaker peak for VI-type crystallites. The result obtained from FT-IR analysis also confirmed the VII-type complexes formation. In summary, the HACS-SA complex shows VII-type crystallites. The increase of the resistant starch and the formation of the complex can provide a new approach to prepare resistant starch with better processing properties.

ligand; emulsifier; resistant starch; V-type crystallite

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201609011

碩士研究生(田耀旗副教授為通訊作者，E-mail: yqtian@jiangnan.edu.cn)。

國家自然科學基金項目(No.31571792)

2016-01-05，改回日期：2016-02-27