高直链玉米淀粉络合体的慢消化性与结构鉴定

詹锦玲，胡秀婷，沙晨希，李丹丹，田耀旗，*（.江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡2422；2.江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏无锡2422）

高直链玉米淀粉络合体的慢消化性与结构鉴定

詹锦玲1，2，胡秀婷1，沙晨希1，李丹丹1，田耀旗1，*
（1.江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡214122；2.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）

以单硬脂酸甘油酯（GMS）、硬脂酰乳酸钙（CSL）、月桂酸单甘酯（GML）等乳化剂为客体，高直链玉米淀粉（HACS）为主体原料，采用酒精碱法制备高直链玉米淀粉-乳化剂络合体。在淀粉∶无水乙醇∶水∶3 mol/L KOH=1∶2.8∶4.2∶5（w/v/v/v）条件下，制备的高直链玉米淀粉-单硬脂酸甘油酯络合体、高直链玉米淀粉-硬脂酰乳酸钙络合体和高直链玉米淀粉-月桂酸单甘酯络合体的络合率分别达到62.3%、52.1%和40.6%，慢消化淀粉含量分别达到47.4%、39.4%和32.9%。红外光谱技术和X-射线衍射技术研究结果表明，上述客体乳化剂与高直链玉米淀粉形成了络合物，呈现V-型晶体结构。此外，DSC结果表明，三种络合体热稳定性显著提高，峰值温度均在98℃以上。综上所述，酒精碱法制备的三种高直链玉米淀粉-乳化剂络合体中慢消化淀粉含量高、热稳定性好，可作为慢消化淀粉制备的重要途径。

高直链玉米淀粉，乳化剂，慢消化性，V-型晶体

慢消化淀粉（Slowly Digestible Starch，SDS）是指可以在小肠内完全消化吸收但速度较慢的一类淀粉，营养学上的定义为在体外模拟条件下（pH5.2，37℃）淀粉20～120 min内慢消化淀粉（Slowly Digestible Starch，SDS）是指可以在小肠内完全消化吸收但速度较慢的一类淀粉，营养学上的定义为在体外模拟条件下（pH5.2，37℃）淀粉20～120 min内被混合酶液（胰α-淀粉酶、糖化酶等）水解的片段，具有缓慢消化吸收、持续释放血糖等生理学功能［1-2］。目前主要通过控制淀粉回生技术制备得到，该类慢消化淀粉呈B-型晶体，存在慢消化淀粉含量低（＜55%）和耐热性差（热降解温度为55～70℃）问题［3-5］。研究发现，通过淀粉与乳化剂络合的方式形成的络合物，对酶具有抗性，可作为慢消化淀粉形成的重要方法［6］。

本团队前期采用蒸煮糊化、酒精碱法和HCl/KOH沉淀法制备高直链玉米淀粉-乳化剂络合体，发现酒精碱法为制备高直链玉米淀粉-乳化剂络合体的最佳方法［7］；本文即利用该方法制备高直链玉米淀粉-乳化剂络合体，对其慢消化性及晶体结构等方面特性进行了初步分析。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

高直链玉米淀粉（HACS） 国民淀粉工业上海有限公司；单硬脂酸甘油酯（GMS）、硬脂酰乳酸钙（CSL）、单月桂酸甘油酯（GML） 杭州富春食品添加剂有限公司；猪胰α-淀粉酶（EC 3.2.1.1）（290 U/mL）

Sigma-Aldrich贸易有限公司；糖化酶（15 U/mL） 江苏无锡赛德生物工程有限公司。

NEXUS47型傅立叶变换近红外光谱仪（FT-IR）美国Thermo公司；D8-Advance型X-射线衍射仪（X-ray）

德国Bruker AXS公司；TU1900型双束紫外可见分光光度计北京普析通用仪器责任有限公司；Pyris-1型差示扫描量热仪（DSC） 美国Perkin-Elmer公司。

1.2实验方法

1.2.1酒精碱法制备高直链玉米淀粉-乳化剂络合体采用文献中报道的酒精碱法制备高直链玉米淀粉-乳化剂络合体［7-8］，具体步骤包括：称取5 g高直链玉米淀粉和0.2 g乳化剂（GMS、GML或CSL），加入14 mL无水乙醇和21 mL去离子水，调成一定浓度的淀粉乳后置于35℃恒温振荡水浴锅中保温，并向上述淀粉乳中逐滴加入25 mL KOH（3 mol/L）使最终淀粉乳体系组成比为淀粉∶无水乙醇∶水∶3 mol/L KOH= 1∶2.8∶4.2∶5（w/v/v/v）。上述反应体系充分反应15 min，待冷却至25℃，倒掉上清液，将沉淀分散到50 mL 67%乙醇溶液中，用3 mol/L的柠檬酸溶液调节体系pH=7.0，弃去上清液，用50 mL 95%的乙醇重复洗涤2次，蒸馏水洗涤2次，于70℃中干燥，粉碎，研磨，过100目筛，密封备用。

1.2.2高直链玉米淀粉络合物络合率测定高直链玉米淀粉络合体的络合率以配合体对乳化剂的利用率来表示。络合体中乳化剂含量的测定采用GB 5009.6-2003中的酸水解法进行测定［9］。

络合率根据以下公式计算：

1.2.3高直链玉米淀粉络合物体外慢消化性测定采用Englyst法测定样品的慢消化性［1］。称取200 mg络合体样品置于测试管中，添加15 mL，pH5.2的0.2 mol/L的磷酸-柠檬酸缓冲液，混匀后加入10 mL猪胰α-淀粉酶（290 U/mL）和糖化酶（15 U/mL）的混合酶液（一个酶活单位是指在37℃，pH=5.2的条件下，水解可溶性淀粉含量为2%的溶液1 min产生1 mg葡萄糖量）。在37℃恒温水浴下振荡（转速为150 r/min）并准确计时。振荡反应0、20、60、120和180 min后取0.5 mL上清液并加入4 mL无水乙醇进行灭酶处理，用3，5-二硝基水杨酸（DNS）法在540 nm处比色测定葡萄糖含量，每个样品平行测定3次取平均值，葡萄糖标准曲线为y=0.5428x+0.0107（x为葡萄糖毫克数，y为吸光值）。

慢消化淀粉含量（SDS，%）的计算依据以下公式进行：

式中：G20：淀粉被酶水解20 min后产生的葡萄糖量（mg）；G120：淀粉被酶水解120 min后产生的葡萄糖量（mg）；W：淀粉总量（mg）。1.2.4傅里叶转换红外光谱（FT-IR）分析采用溴化钾（KBr）压片法制备高直链玉米淀粉络合体红外测试样品。扫描波数范围为4000～400 cm-1，分辨率为4 cm-1，以空气为空白，扫描16次后取平均值得到样品的红外光谱图。

1.2.5X-射线衍射（XRD）分析采用标准片制备高直链玉米淀粉络合体X-射线衍射样品，实验重复三次。测试条件为：管电压40 kV，管电流40 mA，扫描范围4～35°，扫描速度4°/min，步长0.02°，发散狭缝（DS）、防散射狭缝（SS）、接受狭缝（RS）分别设置为1、1、0.1 mm。

1.2.6高直链玉米淀粉络合体热力学性质测定准确称量3～5 mg高直链玉米淀粉络合体于铝坩埚中，加入络合体质量2倍的蒸馏水，在25℃下平衡4 h后，以空皿为参比，升温速度为10℃/min，温度范围为30～120℃，分别测定起始温度（To），峰值温度（Tp），终止温度（Tc）及焓值（ΔH）的变化情况，实验重复三次。

1.2.7数据统计分析采用Origin 8.5软件进行数据统计分析，实验平行操作次数均≥3，显著差异p＜0.05。

2　结果与分析

2.1高直链玉米淀粉-乳化剂络合体的络合率与慢消化淀粉含量分析

如图1所示，HACS-GMS、HACS-CSL和HACSGML络合体的络合率分别为62.3%、52.1%和40.6%。在GMS、CSL和GML三种乳化剂中GMS与高直链玉米淀粉形成的络合物中慢消化淀粉含量最高，达到47.4%，HACS-CSL络合体次之，慢消化淀粉含量为39.4%，HACS-GML络合体中慢消化淀粉含量最低，为32.9%。上述结果表明，高直链玉米淀粉-乳化剂络合物慢消化淀粉含量与其络合率呈正相关。

图1　高直链玉米淀粉-乳化剂络合体慢消化淀粉含量与络合率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出现特征吸收峰，前者C=O伸缩振动引起，后者由饱和CH伸缩振动引起。如图2所示，在三种乳化剂与高直链玉米淀粉混合物的红外光谱中，1750 cm-1和2850 cm-1的特征吸收峰依然存在，表明混合物的红外光谱仅仅是乳化剂与高直链玉米淀粉的红外光谱的简单叠加；然而在三种络合体的红外光谱中，1750 cm-1处的C=O吸收峰消失，2850 cm-1处的饱和C-H吸收峰减弱，表明乳化剂穿插进入了淀粉螺旋结构内部，使C=O的特征吸收峰被屏蔽，即乳化剂客体与高直链玉米淀粉形成了络合物。

图2　（a）HACS-GMS络合体、（b）HACS-CSL络合体和（c）HACS-GML络合体的红外光谱图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

如图3所示，高直链玉米淀粉在6°和17°处出现显著的特征衍射峰，在22°和23°出现双重峰，呈现典型的B-型晶体；此外，在20°处出现了显著的衍射峰，该特征峰是由高直链玉米淀粉中直链淀粉和颗粒中内源性脂肪酸形成的直链淀粉-乳化剂络合物引起的。三种乳化剂与高直链玉米淀粉混合物的X-衍射光谱图与高直链玉米淀粉的图谱相似，然而HACS-GMS络合体、HACS-CSL络合体和ACS-GML络合体在2θ为13°和20°处均出现衍射峰，证明三种络合体均呈V-型晶体，脂肪酸疏水性基团穿插于疏水性淀粉空腔，在氢键和疏水作用等次级键作用下形成高热稳定性的络合结构。

图3　（a）HACS-GMS络合体、（b）HACS-CSL络合体和（c）HACS-GML络合体的X-衍射光谱图Fig.3　XRD patterns of of（a）the HACS-GMS complex，（b）the HACS-CSL complex，and（c）the HACS-GML complex

2.4高直链玉米淀粉-乳化剂络合体热力学性质分析

由表1可知，GMS络合体、CSL络合体、GML络合体的峰值温度（Tp）均在98℃以上，远高于回生法制备的B-型慢消化淀粉的峰值温度（55～70℃），其中GMS络合体的峰值温度（Tp）最高，为99.6℃，表明高直链玉米淀粉-乳化剂络合体具有很好的热稳定性，这主要归因于此类络合体呈现V-型晶体结构，热稳定性明显高于回生淀粉的B-型结晶。

3　结论

高直链玉米淀粉-乳化剂络合物中慢消化淀粉含量与其络合率呈正相关。三种客体乳化剂与高直链玉米淀粉的络合能力大小顺序为：GMS＞CSL＞GML；从而形成的三种络合物中慢消化淀粉含量大小顺序为：HACS-GMS络合体＞HACS-CSL络合体＞HACS-GML络合体。FT-IR、XRD和DSC研究结果表明，HACS-GMS、HACS-CSL、HACS-GML均形成络合体，呈V-型晶体，热分解温度超过98℃，与B-型结晶（55～70℃）相比，热稳定性大幅提高，可作为耐热型慢消化淀粉制备的重要途径。

表1　高直链玉米淀粉-乳化剂络合体热力学参数的测定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］缪铭，江波，张涛，等.慢消化淀粉的研究与分析［J］.食品与发酵工业，2007，33（3）：85-90.

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［9］中华人民共和国卫生部.GB 5009.6-2003食品中脂肪的测定［S］.北京：中国标准出版社，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

詹锦玲（1987-），女，硕士，研究方向：淀粉资源开发与利用，E-mail：zjinling@jiangnan.edu.cn。

田耀旗（1981-），男，博士，副教授，研究方向：淀粉结晶控制与利用，E-mail：yqtian@jiangnan.edu.cn。

国家自然科学基金项目（31201288）。