JAFC：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

文摘 2024-11-04 09:01 瑞典

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。

摘要：

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，本研究表明，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。

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。

图文摘要

图文赏析

图 1 修饰后淀粉的形态变化

图 2 淀粉的共聚焦激光扫描显微照片

图 3 修饰后淀粉的原始FTIR光谱和反卷积FTIR光谱

图 4 修饰后淀粉的糊化曲线

图 5 修饰后淀粉的热重曲线

图 6 不同淀粉的XPS光谱

图 7 不同淀粉的孔道结构

图 8 不同淀粉的消化特性研究

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，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，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

在线投稿平台链接：https://www.wjx.cn/vm/rurx9OX.aspx

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