一种绿原酸修饰具备抗氧化和抗消化性能的多孔淀粉及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及食品加工领域，尤其涉及一种绿原酸修饰具备抗氧化和抗消化性能的多孔淀粉及其制备方法与应用。

背景技术

多孔淀粉(Porous starch,PS)是一种具有孔洞结构的改性淀粉颗粒，能够通过物理、化学和生物酶等方法制备得到。常见的物理法为机械挤压法、微波法、超声波法、湿热处理法和冻融法等，但因为其会使得多孔淀粉上的孔洞结构不均一、破坏淀粉原有结构和耗能大等问题，不利于多孔淀粉的工业推广和应用；常见的化学法为溶剂交换法、乳液交换法和酸水解法等，但存在化学试剂残留、随机性强和孔隙度低等缺点而难以推广使用；生物酶法利用酶水解作用在淀粉的内部和表面产生孔隙，具备生物安全性、工艺简单易控和效率高等特点，而单一酶的作用效果有限，常需要复合酶共同作用制备多孔淀粉。而用于生物酶法制备PS的淀粉多数需要富含容易被消化酶水解的A型结晶结构，再经过酶的预处理，导致其比原淀粉暴露更多消化酶的结合位点，进而降低其消化耐受性，释放更多葡萄糖，能够在短时间内升高血糖水平，使得提高人们患有肥胖、2型糖尿病等慢性疾病的风险。这也是PS作为一种绿色健康的口服型载体必须解决的缺陷之一。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种绿原酸修饰的多孔淀粉，其能够提高多孔淀粉的抗氧化性和抗消化性能，保护荷载物免受氧化攻击和抑制多孔淀粉在消化过程中的水解。本发明还提供这种多孔淀粉的制备方法和应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种绿原酸修饰的多孔淀粉的制备方法，包括如下步骤：

(1)在大米淀粉溶液中加入高温-α-淀粉酶和葡萄糖苷酶进行酶解后，调整pH值停止酶解，经离心、干燥、研磨后得多孔淀粉；

(2)取步骤(1)中的多孔淀粉放入绿原酸溶液中，摇匀后经离心、冷冻干燥即得所述绿原酸修饰的多孔淀粉。

优选地，步骤(1)中所述酶解时间为1～20h，更优选为4～12h；酶解温度为30～60℃，酶解结束将pH值调整为4～9，离心转速为2000～8000rpm/min，离心时间为5～30min。

优选地，步骤(2)中绿原酸的浓度为1～10mg/mL，更优选为为1～3mg/mL；离心转速为2000～4000rpm/min。

优选地，步骤(2)中多孔淀粉和绿原酸的质量之比为50:1～300:1，反应时间为5～60min。

优选地，步骤(1)中，大米淀粉、α-淀粉酶、葡萄糖苷酶的质量比为10:1:1～100:1:1。

一种由上述制备方法制备得到的绿原酸修饰的多孔淀粉。

一种上述绿原酸修饰的多孔淀粉在口服递送载体中的应用，所述口服递送载体的载荷物为食品或饲料中的疏水性营养物质。

优选地，所述疏水性营养物质为大豆油、玉米油、橄榄油中的一种。

优选地，所述绿原酸修饰的多孔淀粉在递送体系中的质量含量为10-50％。

与现有技术对比，本发明具有如下有益效果：

(1)绿原酸(Chlorogenic acid,CA)是一种广泛存在于咖啡、蔬菜和水果中的酚酸，由于儿茶酚结构，绿原酸具有较强的抗氧化性能和自由基捕获能力。此外，CA具有抗菌、抗炎和抗糖基化的特性，食用后可以保护心脏、降低血压、减轻肥胖和降低心脑血管疾病的风险。且CA可以通过氢键和疏水相互作用与淀粉酶结合，从而改变淀粉酶的二级结构，有效降低其酶活性。此外，多酚与淀粉发生非共价相互作用，形成抗消化性V型结晶，抵抗淀粉在消化过程中的水解。

(2)本发明所述绿原酸修饰的多孔淀粉由大米淀粉和绿原酸制备得到，获取途径明确便捷，影响因素处于可控水平。

(3)本发明通过大米淀粉和绿原酸制备得到的多孔淀粉，利用绿原酸的抗氧化性能，达到保护体系中荷载物不受氧化攻击的目的；利用其抗消化性能，达到提高多孔淀粉的消化耐受性的目的。结果表明，所述绿原酸修饰的多孔淀粉能够有效提高多孔淀粉的抗氧化性能和抗消化性能。

(4)酶解12h的PS经绿原酸修饰后显著提高了多孔淀粉的结晶度，特别是V型结晶，极大提高了抗消化性能；且对脂质的保护效果更优，最适合装载脂溶性营养物质。

附图说明

图1为经过不同浓度的绿原酸处理后不同酶解时间的多孔淀粉的绿原酸吸附率。

图2为未经绿原酸修饰的不同酶解时间的多孔淀粉-油脂混合物的脂质氧化稳定性。

图3为不同浓度的绿原酸修饰后的多孔淀粉-油脂混合物的脂质氧化稳定性。

图4为不同酶解时间的多孔淀粉内部的孔隙结构。

图5为经酶解12小时制备得到的多孔淀粉经不同浓度的绿原酸处理后的X射线衍射图。

图6为模拟消化过程中，绿原酸对多孔淀粉的还原糖释放量影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例做详细说明。

实施例1

用大米淀粉和绿原酸制备绿原酸修饰的多孔淀粉提升其抗氧化和抗消化性能，具体包括如下步骤：

制备过程如下所述：

(1)酶解：取80g大米淀粉加入240mL醋酸钠缓冲液中，摇匀后加入高温-α-淀粉酶和葡萄糖苷酶各8g，在45℃下进行酶解，搅拌4小时后调整pH至4停止酶解。

(2)离心：将步骤(1)中得到的溶液3000rpm/min离心20min，取上清液，烘干、研磨后即得多孔淀粉。

(3)绿原酸处理：将步骤(2)中得到的多孔淀粉50g，放入200mL 1mg/mL的绿原酸溶液中，摇匀10min，3000rpm/min离心20min，取上清液得到绿原酸修饰的多孔淀粉溶液。

(4)冷冻干燥：将步骤(3)中得到的多孔淀粉溶液进行冷冻干燥，得到多孔淀粉，记为PS4-CA1。

实施例2

用大米淀粉和绿原酸制备绿原酸修饰的多孔淀粉，具体操作步骤与实施例1一致，区别仅在于，调整步骤(1)中的酶解时间和步骤(3)中引入的绿原酸溶液浓度。得到的多孔淀粉样品根据酶解时间不同，将酶解4、8、12、14小时的多孔淀粉样品分别记为PS4、PS8、PS12、PS14；根据引入绿原酸溶液浓度的不同，将引入绿原酸溶液浓度为0mg/mL、1mg/mL、2mg/mL、3mg/mL的多孔淀粉样品分别记为CA0、CA1、CA2、CA3。利用液相-质谱联用仪检测绿原酸荷载量，经过不同浓度的绿原酸处理后不同酶解时间的多孔淀粉的绿原酸吸附率结果如图1所示。可知，多孔淀粉对绿原酸的荷载率随着绿原酸溶液浓度越高而越低，但荷载量会随着绿原酸溶液浓度越高而越多，这也证明提高绿原酸溶液浓度能够增加多孔淀粉荷载更多绿原酸，也能够利用绿原酸进一步提高多孔淀粉的抗氧化和抗消化性能。

实施例3

绿原酸修饰的多孔淀粉荷载疏水性功能营养素：将步骤(4)中得到的多孔淀粉与大豆油按照1:4混合，在室温下摇匀1h。并对多孔淀粉-油脂混合物进行如下测定：

(1)利用扫描电子显微镜观察多孔淀粉和多孔淀粉-油脂混合物的形态，结果如图4(a-e为不荷载油脂分别酶解0、4、8、12和14小时的多孔淀粉；f-j为荷载油脂分别酶解0、4、8、12和14小时的多孔淀粉；k为原大米淀粉颗粒)所示：酶解4小时的多孔淀粉孔洞较小，导致荷载物含量(详见表1)较少；酶解12小时的多孔淀粉孔洞较大较多，导致荷载物含量较多；酶解14小时的多孔淀粉孔洞较大，但淀粉颗粒被破坏，导致荷载物容易泄露。

(2)利用X射线衍射观察未经过酶解处理的原淀粉颗粒K、酶解12小时的多孔淀粉和多孔淀粉-油脂混合物的结晶结构，结果如图5所示。绿原酸的引入使得多孔淀粉含有大量能够抵御消化酶水解的V型淀粉结晶，提高多孔淀粉的抗消化性能。

(3)多孔淀粉-油脂混合物的抗氧化性能测定：将2g多孔淀粉-大豆油混合物放入反应管中，在食用油氧化稳定性测定仪中120℃下进行15L/h的气流加速氧化，可以通过电导率的增加速率或诱导时间来判断氧化稳定性。未经过绿原酸修饰的不同酶解时间多孔淀粉-油脂混合物的氧化稳定性如图2所示，经过不同浓度的绿原酸修饰的多孔淀粉-油脂混合物的氧化稳定性如图3所示。结果显示，经绿原酸处理后，多孔淀粉对荷载物的氧化保护性有了显著的提升。

(4)多孔淀粉-油脂混合物的抗消化性能测定：将0.3g多孔淀粉-大豆油混合物样品与10mL模拟口服液混合，在37℃下振荡3min，然后立即注射10mL模拟胃液，在37℃下连续振荡2h，最后将10mL模拟肠液加入模拟消化液中，在37℃下不间断振荡2h。提取模拟消化液1mL进行还原糖检测，结果如图6所示。可知，多孔淀粉比原淀粉颗粒更容易被消化酶水解成还原糖，而多孔淀粉经过绿原酸的处理能够显著提高其耐消化性，且消化性能与原淀粉可以一致。

表1不同酶解时间的多孔淀粉的比表面积和总孔洞体积分析

上述实施例为本发明较佳的实施方式,但是本发明的实施方式不受上述实例限制，其他的任何未背离本发明精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均为等效。