吉林农业大学食品科学与工程学院,小麦和玉米深加工国家工程实验室的郭宏伟、赵城彬、许秀颖*、刘景圣*等人在实验室前期研究的基础上,先对红豆淀粉(AS)进行微波处理,再分别添加硬脂酸、棕榈酸、油酸、亚油酸4 种脂肪酸到淀粉溶液中,使用水浴加热的方法制备AS-脂质复合物,对4 种AS-脂质复合物形态结构、热性质、晶体结构、消化特性等方面进行研究,为脂肪酸在豆类淀粉的加工应用以及制备RS5型抗性淀粉提供参考依据。
1、AS基本营养成分测定结果
AS中总淀粉质量分数为(93.10±0.64)%,直链淀粉质量分数为(31.30±0.72)%,脂肪质量分数为(0.35±0.03)%,蛋白质量分数为(0.26±0.03)%,灰分质量分数为(0.17±0.01)%。
2、SEM观察结果
应用SEM观察样品发现,经过加热处理后的4 种AS-脂肪酸复合物与未加入脂肪酸的AS相比,颗粒形态发生明显改变。对照AS的表面较为平整,呈现片状或块状,表面积较小,没有大量颗粒的聚集。与脂质复合后,淀粉形貌发生明显改变,淀粉颗粒破坏更明显,形成了更加不规则的形状,体积增大、外形差异大、表面粗糙、凹凸不平,颗粒内部多孔洞,这可能利于脂肪酸的插入,有利于复合。
3、热特性分析结果
4 种AS-脂质复合物均是由I型和II型复合物共同构成。I型复合物通常为缓慢消化淀粉,II型复合物特别是IIb型复合物为抗性淀粉。不同脂肪酸碳链长度与淀粉的作用程度也不相同,这是PA(C16:0)与SA(C18:0)产生不同作用效果的主要原因。长链脂肪酸随着碳链长度的增加,亲水性变得越来越差,使得脂肪酸在淀粉体系的分散变差,从而降低了二者接触的可能性。SA、OA、LA均含有18 个碳原子,与AS作用后,ΔH依次为AS-SA>AS-OA>AS-LA,说明SA与AS复合率更大,LA与AS复合率最小,这是由于SA为饱和脂肪酸,OA含有1 个不饱和双键,而LA有两个不饱和双键,双键的存在会产生空间阻碍的作用,使得复合率降低。
4、FT-IR分析结果
5 种样品的FT-IR图相似,没有新基团特征峰的生成,说明在AS与脂肪酸的结合时,没有发生化学反应,而是依靠疏水作用力形成结合。不同样品的特征峰出峰位置有所偏移。1 703 cm-1附近是C=O的振动峰,1 240~1 249 cm-1附近是—COOH的振动峰,这两处峰是游离脂肪酸的特征峰,图中未出现这两处振动峰,这是由于AS与脂肪酸形成的复合物屏蔽了脂肪酸的振动峰。与对照AS相比,AS-脂质复合物在3 410.94 cm-1的—OH振动峰向低波数处移动,发生红移,—OH稳定性增强,这是由于AS与脂肪酸复合时通过氢键发生作用,氢键的结合增多说明AS-脂质复合物的形成。
5、XRD分析结果
与对照AS相比,AS-脂质复合物在17°处的衍射峰强度明显降低,在19.8°附近有强衍射峰,在12.8°附近有弱衍射峰,出现的新峰表明复合物产生了V型晶体的特征峰。这是由于在复合物形成后的冷却过程中,脂肪酸的疏水基团在直链淀粉的螺旋腔内参与了淀粉重结晶,形成独特的V型晶体结构。
6、体外消化特性分析
与对照AS相比,添加4 种脂肪酸形成AS-脂质复合物都降低了淀粉体外消化率,但降低程度不同。4 种AS-脂质复合物RDS质量分数降低,SDS和RS质量分数升高,表明形成的复合物会抑制淀粉的消化。这是由于脂肪酸进入AS的螺旋内部,与淀粉牢固地结合,使淀粉酶对淀粉发生作用时受到阻碍;还有一部分原因是复合物对消化酶抗性比淀粉高。
结 论
采用微波法处理淀粉,并通过水浴加热的方法制备了AS-脂质复合物,结果表明,复合物的形成影响AS的结构及消化性质,且脂肪酸的碳链长度与饱和度不同对AS特性的影响不同。与对照AS相比,AS-脂质复合物的体积变大,表面凹凸不平,颗粒的多孔洞形貌有利于吸入脂肪酸。AS-脂质复合物有3 个吸热峰,峰II与峰III分别是I型、II型复合物的解旋熔融吸收峰;ΔH随着脂肪酸碳链长度及不饱和度的增加而增大,ΔH的增加与RS的增多有关。FT-IR图谱证明了复合物的形成,复合物的氢键增加使淀粉结构更牢固,可能导致了RS质量分数增多。复合物的产生使淀粉晶型发生改变,加入脂肪酸后在17°附近的特征峰强度降低,在12.8°、19.8°附近出现V型晶体的特征峰,表征复合物的存在,并且AS-PA、AS-SA、AS-OA的特征峰强度明显高于AS-LA,说明AS-LA复合率低于其他脂肪酸形成的复合物;V型结构特征峰强度增加有利于RS的形成。与对照AS相比,AS-脂质复合物的RDS质量分数降低,SDS和RS质量分数增加,抗消化性能增强。