高直鏈玉米淀粉絡(luò)合體的慢消化性與結(jié)構(gòu)鑒定

詹錦玲，胡秀婷，沙晨希，李丹丹，田耀旗，*（.江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇無錫2422；2.江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室，江蘇無錫2422）

高直鏈玉米淀粉絡(luò)合體的慢消化性與結(jié)構(gòu)鑒定

詹錦玲1，2，胡秀婷1，沙晨希1，李丹丹1，田耀旗1，*
（1.江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇無錫214122；2.江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室，江蘇無錫214122）

以單硬脂酸甘油酯（GMS）、硬脂酰乳酸鈣（CSL）、月桂酸單甘酯（GML）等乳化劑為客體，高直鏈玉米淀粉（HACS）為主體原料，采用酒精堿法制備高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體。在淀粉∶無水乙醇∶水∶3 mol/L KOH=1∶2.8∶4.2∶5（w/v/v/v）條件下，制備的高直鏈玉米淀粉-單硬脂酸甘油酯絡(luò)合體、高直鏈玉米淀粉-硬脂酰乳酸鈣絡(luò)合體和高直鏈玉米淀粉-月桂酸單甘酯絡(luò)合體的絡(luò)合率分別達(dá)到62.3%、52.1%和40.6%，慢消化淀粉含量分別達(dá)到47.4%、39.4%和32.9%。紅外光譜技術(shù)和X-射線衍射技術(shù)研究結(jié)果表明，上述客體乳化劑與高直鏈玉米淀粉形成了絡(luò)合物，呈現(xiàn)V-型晶體結(jié)構(gòu)。此外，DSC結(jié)果表明，三種絡(luò)合體熱穩(wěn)定性顯著提高，峰值溫度均在98℃以上。綜上所述，酒精堿法制備的三種高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體中慢消化淀粉含量高、熱穩(wěn)定性好，可作為慢消化淀粉制備的重要途徑。

高直鏈玉米淀粉，乳化劑，慢消化性，V-型晶體

慢消化淀粉（Slowly Digestible Starch，SDS）是指可以在小腸內(nèi)完全消化吸收但速度較慢的一類淀粉，營養(yǎng)學(xué)上的定義為在體外模擬條件下（pH5.2，37℃）淀粉20～120 min內(nèi)慢消化淀粉（Slowly Digestible Starch，SDS）是指可以在小腸內(nèi)完全消化吸收但速度較慢的一類淀粉，營養(yǎng)學(xué)上的定義為在體外模擬條件下（pH5.2，37℃）淀粉20～120 min內(nèi)被混合酶液（胰α-淀粉酶、糖化酶等）水解的片段，具有緩慢消化吸收、持續(xù)釋放血糖等生理學(xué)功能［1-2］。目前主要通過控制淀粉回生技術(shù)制備得到，該類慢消化淀粉呈B-型晶體，存在慢消化淀粉含量低（＜55%）和耐熱性差（熱降解溫度為55～70℃）問題［3-5］。研究發(fā)現(xiàn)，通過淀粉與乳化劑絡(luò)合的方式形成的絡(luò)合物，對酶具有抗性，可作為慢消化淀粉形成的重要方法［6］。

本團(tuán)隊前期采用蒸煮糊化、酒精堿法和HCl/KOH沉淀法制備高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體，發(fā)現(xiàn)酒精堿法為制備高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體的最佳方法［7］；本文即利用該方法制備高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體，對其慢消化性及晶體結(jié)構(gòu)等方面特性進(jìn)行了初步分析。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

高直鏈玉米淀粉（HACS） 國民淀粉工業(yè)上海有限公司；單硬脂酸甘油酯（GMS）、硬脂酰乳酸鈣（CSL）、單月桂酸甘油酯（GML） 杭州富春食品添加劑有限公司；豬胰α-淀粉酶（EC 3.2.1.1）（290 U/mL）

Sigma-Aldrich貿(mào)易有限公司；糖化酶（15 U/mL） 江蘇無錫賽德生物工程有限公司。

NEXUS47型傅立葉變換近紅外光譜儀（FT-IR）美國Thermo公司；D8-Advance型X-射線衍射儀（X-ray）

德國Bruker AXS公司；TU1900型雙束紫外可見分光光度計北京普析通用儀器責(zé)任有限公司；Pyris-1型差示掃描量熱儀（DSC） 美國Perkin-Elmer公司。

1.2實驗方法

1.2.1酒精堿法制備高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體采用文獻(xiàn)中報道的酒精堿法制備高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體［7-8］，具體步驟包括：稱取5 g高直鏈玉米淀粉和0.2 g乳化劑（GMS、GML或CSL），加入14 mL無水乙醇和21 mL去離子水，調(diào)成一定濃度的淀粉乳后置于35℃恒溫振蕩水浴鍋中保溫，并向上述淀粉乳中逐滴加入25 mL KOH（3 mol/L）使最終淀粉乳體系組成比為淀粉∶無水乙醇∶水∶3 mol/L KOH= 1∶2.8∶4.2∶5（w/v/v/v）。上述反應(yīng)體系充分反應(yīng)15 min，待冷卻至25℃，倒掉上清液，將沉淀分散到50 mL 67%乙醇溶液中，用3 mol/L的檸檬酸溶液調(diào)節(jié)體系pH=7.0，棄去上清液，用50 mL 95%的乙醇重復(fù)洗滌2次，蒸餾水洗滌2次，于70℃中干燥，粉碎，研磨，過100目篩，密封備用。

1.2.2高直鏈玉米淀粉絡(luò)合物絡(luò)合率測定高直鏈玉米淀粉絡(luò)合體的絡(luò)合率以配合體對乳化劑的利用率來表示。絡(luò)合體中乳化劑含量的測定采用GB 5009.6-2003中的酸水解法進(jìn)行測定［9］。

絡(luò)合率根據(jù)以下公式計算：

1.2.3高直鏈玉米淀粉絡(luò)合物體外慢消化性測定采用Englyst法測定樣品的慢消化性［1］。稱取200 mg絡(luò)合體樣品置于測試管中，添加15 mL，pH5.2的0.2 mol/L的磷酸-檸檬酸緩沖液，混勻后加入10 mL豬胰α-淀粉酶（290 U/mL）和糖化酶（15 U/mL）的混合酶液（一個酶活單位是指在37℃，pH=5.2的條件下，水解可溶性淀粉含量為2%的溶液1 min產(chǎn)生1 mg葡萄糖量）。在37℃恒溫水浴下振蕩（轉(zhuǎn)速為150 r/min）并準(zhǔn)確計時。振蕩反應(yīng)0、20、60、120和180 min后取0.5 mL上清液并加入4 mL無水乙醇進(jìn)行滅酶處理，用3，5-二硝基水楊酸（DNS）法在540 nm處比色測定葡萄糖含量，每個樣品平行測定3次取平均值，葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.5428x+0.0107（x為葡萄糖毫克數(shù)，y為吸光值）。

慢消化淀粉含量（SDS，%）的計算依據(jù)以下公式進(jìn)行：

式中：G20：淀粉被酶水解20 min后產(chǎn)生的葡萄糖量（mg）；G120：淀粉被酶水解120 min后產(chǎn)生的葡萄糖量（mg）；W：淀粉總量（mg）。1.2.4傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜（FT-IR）分析采用溴化鉀（KBr）壓片法制備高直鏈玉米淀粉絡(luò)合體紅外測試樣品。掃描波數(shù)范圍為4000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，以空氣為空白，掃描16次后取平均值得到樣品的紅外光譜圖。

1.2.5X-射線衍射（XRD）分析采用標(biāo)準(zhǔn)片制備高直鏈玉米淀粉絡(luò)合體X-射線衍射樣品，實驗重復(fù)三次。測試條件為：管電壓40 kV，管電流40 mA，掃描范圍4～35°，掃描速度4°/min，步長0.02°，發(fā)散狹縫（DS）、防散射狹縫（SS）、接受狹縫（RS）分別設(shè)置為1、1、0.1 mm。

1.2.6高直鏈玉米淀粉絡(luò)合體熱力學(xué)性質(zhì)測定準(zhǔn)確稱量3～5 mg高直鏈玉米淀粉絡(luò)合體于鋁坩堝中，加入絡(luò)合體質(zhì)量2倍的蒸餾水，在25℃下平衡4 h后，以空皿為參比，升溫速度為10℃/min，溫度范圍為30～120℃，分別測定起始溫度（To），峰值溫度（Tp），終止溫度（Tc）及焓值（ΔH）的變化情況，實驗重復(fù)三次。

1.2.7數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Origin 8.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，實驗平行操作次數(shù)均≥3，顯著差異p＜0.05。

2　結(jié)果與分析

2.1高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體的絡(luò)合率與慢消化淀粉含量分析

如圖1所示，HACS-GMS、HACS-CSL和HACSGML絡(luò)合體的絡(luò)合率分別為62.3%、52.1%和40.6%。在GMS、CSL和GML三種乳化劑中GMS與高直鏈玉米淀粉形成的絡(luò)合物中慢消化淀粉含量最高，達(dá)到47.4%，HACS-CSL絡(luò)合體次之，慢消化淀粉含量為39.4%，HACS-GML絡(luò)合體中慢消化淀粉含量最低，為32.9%。上述結(jié)果表明，高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合物慢消化淀粉含量與其絡(luò)合率呈正相關(guān)。

圖1　高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體慢消化淀粉含量與絡(luò)合率Fig.1　SDS yield and complex rate of HACS-emulsifier complexes

2.2FT-IR分析

GMS、CSL和GML均在1750 cm-1和2850 cm-1出現(xiàn)特征吸收峰，前者C=O伸縮振動引起，后者由飽和CH伸縮振動引起。如圖2所示，在三種乳化劑與高直鏈玉米淀粉混合物的紅外光譜中，1750 cm-1和2850 cm-1的特征吸收峰依然存在，表明混合物的紅外光譜僅僅是乳化劑與高直鏈玉米淀粉的紅外光譜的簡單疊加；然而在三種絡(luò)合體的紅外光譜中，1750 cm-1處的C=O吸收峰消失，2850 cm-1處的飽和C-H吸收峰減弱，表明乳化劑穿插進(jìn)入了淀粉螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使C=O的特征吸收峰被屏蔽，即乳化劑客體與高直鏈玉米淀粉形成了絡(luò)合物。

圖2?。╝）HACS-GMS絡(luò)合體、（b）HACS-CSL絡(luò)合體和（c）HACS-GML絡(luò)合體的紅外光譜圖Fig.2　FT-IR spectra of（a）the HACS-GMS complex，（b）the HACS-CSL complex，and（c）the HACS-GML complex

2.3XRD分析

如圖3所示，高直鏈玉米淀粉在6°和17°處出現(xiàn)顯著的特征衍射峰，在22°和23°出現(xiàn)雙重峰，呈現(xiàn)典型的B-型晶體；此外，在20°處出現(xiàn)了顯著的衍射峰，該特征峰是由高直鏈玉米淀粉中直鏈淀粉和顆粒中內(nèi)源性脂肪酸形成的直鏈淀粉-乳化劑絡(luò)合物引起的。三種乳化劑與高直鏈玉米淀粉混合物的X-衍射光譜圖與高直鏈玉米淀粉的圖譜相似，然而HACS-GMS絡(luò)合體、HACS-CSL絡(luò)合體和ACS-GML絡(luò)合體在2θ為13°和20°處均出現(xiàn)衍射峰，證明三種絡(luò)合體均呈V-型晶體，脂肪酸疏水性基團(tuán)穿插于疏水性淀粉空腔，在氫鍵和疏水作用等次級鍵作用下形成高熱穩(wěn)定性的絡(luò)合結(jié)構(gòu)。

圖3?。╝）HACS-GMS絡(luò)合體、（b）HACS-CSL絡(luò)合體和（c）HACS-GML絡(luò)合體的X-衍射光譜圖Fig.3　XRD patterns of of（a）the HACS-GMS complex，（b）the HACS-CSL complex，and（c）the HACS-GML complex

2.4高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體熱力學(xué)性質(zhì)分析

由表1可知，GMS絡(luò)合體、CSL絡(luò)合體、GML絡(luò)合體的峰值溫度（Tp）均在98℃以上，遠(yuǎn)高于回生法制備的B-型慢消化淀粉的峰值溫度（55～70℃），其中GMS絡(luò)合體的峰值溫度（Tp）最高，為99.6℃，表明高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體具有很好的熱穩(wěn)定性，這主要歸因于此類絡(luò)合體呈現(xiàn)V-型晶體結(jié)構(gòu)，熱穩(wěn)定性明顯高于回生淀粉的B-型結(jié)晶。

3　結(jié)論

高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合物中慢消化淀粉含量與其絡(luò)合率呈正相關(guān)。三種客體乳化劑與高直鏈玉米淀粉的絡(luò)合能力大小順序為：GMS＞CSL＞GML；從而形成的三種絡(luò)合物中慢消化淀粉含量大小順序為：HACS-GMS絡(luò)合體＞HACS-CSL絡(luò)合體＞HACS-GML絡(luò)合體。FT-IR、XRD和DSC研究結(jié)果表明，HACS-GMS、HACS-CSL、HACS-GML均形成絡(luò)合體，呈V-型晶體，熱分解溫度超過98℃，與B-型結(jié)晶（55～70℃）相比，熱穩(wěn)定性大幅提高，可作為耐熱型慢消化淀粉制備的重要途徑。

表1　高直鏈玉米淀粉-乳化劑絡(luò)合體熱力學(xué)參數(shù)的測定Table 1　Thermodynamic parameters of the HACS-emulsifier inclusion complexes

［1］Englyst H N，Kingman S M，Cummings J H.Classification and measurement of nutritionally important starch fractions［J］. European Journal of Clinical Nutrition，1992，46（S2）：33-50.

［2］繆銘，江波，張濤，等.慢消化淀粉的研究與分析［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2007，33（3）：85-90.

［3］Shin S I，Choi H J，Chung K M，et al.Slowly digestible starch from debranched waxy sorghum starch：preparation and properties［J］.Cereal Chemistry，2004，81（3）：404-408.

［4］Miao M，Jiang B，Zhang T.Effect of pullulanase debranching and recrystallization on structure and digestibility of waxy maize starch［J］.Carbohydrate Polymers，2009，76：214-221.

［5］Zhag L L，Hu X T，Xu X M.Slowly Slowly digestible starch prepared from rice starches by temperature-cycled retrogradation［J］.Carbohydrate Polymers，2011，84（3）：970-974.

［6］Putseys J A，Lamberts L，Delcour J A.Amylose-inclusion complexes：formation，identity and physico-chemical properties［J］.Journal of Cereal Science，2010，51（3）：238-247.

［7］沙晨希，田耀旗，金征宇.VI-型慢消化淀粉的制備與鑒定［J］.食品與機(jī)械，2013，29（3）：37-40.

［8］Chen J，Jane J.Preparation of granular cold-water-soluble starches prepared by alcoholic-alkaline treatments［J］.Cereal Chemistry，1994，71（6）：618-622.

［9］中華人民共和國衛(wèi)生部.GB 5009.6-2003食品中脂肪的測定［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

Slow digestibility and structure of high amylose corn starch-emulsifier inclusion complex

ZHAN Jin-ling1，2，HU Xiu-ting1，SHA Chen-xi1，LI Dan-dan1，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）

The starch inclusion complexes were prepared using high amylose corn starch（HACS）as host and glycerin monostearate（GMS），calcium stearoyl lacylate（CSL）and glycerin monolaurate（GML）as guest by the alcoholic-alkaline method.Under the conditions of starch∶ethanol∶water∶3 mol/L KOH=1∶2.8∶4.2∶5（w/v/v/v），the complex rate was 62.3%for the HACS-GMS complex，52.1%for the HACS-CSL complex，and 40.6%for the HACS-GML complex，respectively.The SDS content reached 47.4%for the HACS-GMS complex，39.4%for the HACS-CSL complex，and 32.9%for the HACS-GML complex，respectively.FT-IR and XRD analysis indicated that the three inclusion complexes displayed V-type crystallinity.Moreover，DSC analysis showed that the HACS-emulsifier complex displayed good thermal stability with the peak decomposition temperature over 98℃.These results suggest that the HACS-emulsifier complexes showed the slow digestibility and good thermal stability and were applicable to prepare slowly digestible starch.

high amylose corn starch；emulsifier；slow digestibility；V-type crystallinity

TS235.1

A

1002-0306（2015）20-0141-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.20.021

2015－02－09

詹錦玲（1987-），女，碩士，研究方向：淀粉資源開發(fā)與利用，E-mail：zjinling@jiangnan.edu.cn。

田耀旗（1981-），男，博士，副教授，研究方向：淀粉結(jié)晶控制與利用，E-mail：yqtian@jiangnan.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金項目（31201288）。