浙江工商大学潘伟春、牛付阁课题组JAFC重要成果:利用可控脂肪酶-淀粉酶处理制备具有消化抗性的新型多孔淀粉颗粒

学术   2024-11-04 07:44   中国香港  

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利用可控脂肪酶-淀粉酶处理制备具有消化抗性的新型多孔淀粉颗粒

导  读

2024年10月,浙江工商大学潘伟春、牛付阁课题组在美国化学会知名期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry(Q1,TOP,IF: 6.1)发表题为Novel Porous Starch Granules Fabricated Using Controlled Lipase-Amylase Treatments: Application as Delivery Systems and Resistant Starches”的研究性论文。论文的第一作者为浙江工商大学21级硕士顾斐娜,通讯作者为David Julian McClements教授、潘伟春教授和牛付阁副教授。

淀粉颗粒表面含有大量的孔隙、凹坑、裂缝和受损区域,这些区域在产生多孔淀粉时可作为酶攻击的初始位点。然而谷物淀粉,包括小麦和玉米淀粉,与块茎、根或豆类淀粉相比,其表面含有更高水平的脂质。尽管淀粉颗粒的脂质含量占其总重量不到1%,但脂质层的存在会抑制淀粉酶与淀粉颗粒表面相互作用的能力,阻碍消化酶渗透到淀粉颗粒中,并降低淀粉颗粒对酶水解的敏感性。另一方面,脂质层会进一步影响淀粉与水的相互作用,抑制淀粉在水中的膨胀。

基于这些前期的研究,本研究发现,采用脂肪酶处理使天然淀粉颗粒,淀粉颗粒表面富脂区下方的淀粉分子暴露,增加了淀粉颗粒在水溶液中的溶胀。使淀粉外围区域变得更加松散,这有利于随后的淀粉水解和形成大的内腔。结果表明,脂肪酶-淀粉酶的顺序修饰增强了多孔淀粉的短程有序、远程有序和热稳定性,且对淀粉酶消化具有较强的抗性,对疏水和亲水物质具有较强的吸附能力。总之,研究表明,联合脂酶淀粉酶处理可用于制备多孔淀粉,大幅缩减制备多孔淀粉所需的时间,使淀粉颗粒具有更均匀的多孔结构。因此,这些多孔淀粉可能适用于功能性食品、补充剂、个人护理和制药行业。


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研究亮点

  •  首次报道了脂肪酶-淀粉酶联合修饰的多孔淀粉生产方法。

  • 详细揭示了淀粉外层脂质对淀粉物理、化学以及结构的影响。

  • 脂肪酶-淀粉酶联合修饰的多孔淀粉具有更为均匀的孔道。

  • 研究了脂肪酶-淀粉酶联合修饰的多孔淀粉的消化特性。


研究结论

  • 使用脂肪酶去除玉米淀粉颗粒的外层脂质层,然后淀粉酶被用来扩大和加深这些孔隙。控制反应时间可以用来调节淀粉颗粒中形成的孔隙的性质,从而改变它们的功能特性。

  • 通过优化脂肪酶和α-淀粉酶的处理,可以调节多孔淀粉的孔隙度和表面亲疏水性。这些处理改变了淀粉颗粒的糊化行为、吸附特性和消化率。特别是复合酶处理后,其糊化性能大大降低,对疏水物质的吸附能力增加,消化率降低。

  • 多孔淀粉的生产周期约为8-24小时,通过本研究方法制备的多孔淀粉,多孔淀粉的生产周期缩减至2-4小时。

  • 制备的多孔淀粉孔道分布更为均匀,且具有较好的消化抵抗性。

  • 可用于包封、保护和递送疏水生物活性物质,如油溶性维生素、脂质或营养品。它们也可以用来制造降低血糖指数的食物,从而降低患糖尿病的风险。对设计和制造具有广泛应用的新型功能成分具有重要意义。


图文赏析

潘伟春

潘伟春,博士,教授,博士毕业于美国University of Houston,2006年至2008年在美国休斯敦大学化学与生物分子系从事博士后研究,2008年至2010年在日本东北大学任研究员。主要研究领域是食品物理化学与食品加工,通过分析生物高分子的理化性质,研究它们在食品加工、存储等过程中变化,为相关工艺路线开发、设计等提供理论指导。近五年主持国家自然科学基金面上项目1项、企业委托项目8项,参与国家自然项目面上项目1项、青年基金项目1项,发表学术论文80余篇。

牛付阁

牛付阁,博士,副教授,硕士生导师,浙江工商大学“西湖学者”拔尖人才,2015年毕业于江南大学,获食品科学专业博士学位。主要科学研究领域为蛋白质、多糖、淀粉等食品生物大分子结构与功能改善;食品胶体结构与物化功能联系;禽蛋制品研究与开发。先后主持国家自然科学基金项目、浙江省自然科学基金、浙江省科技厅公益项目;在Biomacromolecules, Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Hydrocolloids、Food Chemistry发表SCI论文40余篇,担任《Food Hydrocolloids》杂志编委。

顾斐娜

顾斐娜,浙江工商大学食品与生物工程学院/生物与医药专业,2024届硕士毕业研究生。主要研究方向为亲疏水性营养素高效运载体系构建。以第一作者在Biomacromolecules, Journal of Agricultural and Food Chemistry、International Journal of Biological Macromolecules发表SCI论文3篇,参与发表论文10篇。以项目负责人身份主持省级科研项目1项、校级科研项目2项。

现25届博士研究生申请中,个人邮箱:gfn97email@163.com

原文链接

https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c07759

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