OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物的制备及理化特性研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fh2039
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课题组前期研究表明:莲子直链淀粉与不同链长、饱和度的脂肪酸在超高压条件下可得到具有热稳定性和抗消化等特性的V型复合物,为淀粉与脂类物质的复合提供了理论依据。但由于莲子淀粉排列紧密,难以解聚,不利于脂质进入,一定程度上影响了复合物的包埋效果。若能对莲子淀粉进行适当修饰,增强淀粉与脂类物质之间的相互作用,则可提高其复合效果和应用范围。共轭亚油酸(Conjugated linoleic acid,CLA)是人体必需脂肪酸,能有效改善肠道有益菌群。但其结构不稳定,在热加工环境中易发生氧化。因此,本文采用辛烯基琥珀酸(Octenyl Succinic Anhydride,OSA)对莲子淀粉进行预改性,在此基础上采用非热力加工技术——超高压制备OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物,并研究复合物的理化特性、结构特性、热特性以及抗消化特性。本研究有利于拓展非热力加工技术在淀粉改性以及淀粉对共轭亚油酸包埋领域的应用。主要研究结论如下:(1)莲子淀粉辛烯基琥珀酸改性及结构特性的研究为增强莲子淀粉与共轭亚油酸之间的复合作用,将莲子淀粉与不同添加量(3%、5%、7%、9%)的辛烯基琥珀酸酐(OSA)进行酯化反应(35℃,3 h),并研究莲子淀粉酯的取代度(degree of substitution,DS)、颗粒特性和聚集态结构。结果表明:OSA浓度从3%增加到9%时,取代度从0.0148增加到0.0389。扫描电镜观察表明,辛烯基琥珀酸酐(OSA)酯化反应会破坏莲子淀粉的颗粒形貌,破坏程度与OSA的浓度成正比。FTIR光谱在1526 cm-1和1728 cm-1处有两个新的吸收峰,1526 cm-1和1728 cm-1分别为—COO-和C=O产生的特征吸收峰,表明莲子淀粉酯化成功。莲子淀粉经酯化处理后颗粒粒径显著增大(P<0.05),并且莲子淀粉酯的颗粒粒径随着辛烯基琥珀酸酐(OSA)添加量的增加逐渐增大,当辛烯基琥珀酸酐(OSA)的添加为9%时,莲子淀粉酯的d(10)由1.71±0.07μm增大到15.4±0.70μm、d(50)由10.7±1.01μm增大到387±15.09μm、d(90)由16.8±0.78μm增大到491±3.00μm。淀粉与辛烯基琥珀酸酐(OSA)发生酯化反应后直链淀粉的Mw、Mn和Mw/Mn略有下降。X-射线衍射图谱研究结果表明,辛烯基琥珀酸(OSA)酯化反应不会改变莲子淀粉的晶型,但结晶度发生不同程度的下降。综上表明,辛烯基琥珀酸莲子淀粉酯与莲子淀粉相比在超高压条件下更易解旋,形成疏水的螺旋空腔,为莲子淀粉与共轭亚油酸复合提供良好基础。(2)OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物的制备及结构特性研究在莲子淀粉OSA预改性的基础上,采用超高压处理(600 MPa,30 min)制备OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸(共轭亚油酸/莲子淀粉(酯)=1:2、1:3、1:4)复合物,研究复合物的复合指数、颗粒特性和聚集态结构。X-射线衍射仪研究结果表明,莲子淀粉-共轭亚油酸复合物仍为C-型结晶结构,和原淀粉一致,但结晶度显著提高,最高达42.73%。颗粒特性研究结果表明,超高压处理会破坏莲子淀粉-共轭亚油酸复合物的亲水性,导致复合物的颗粒尺寸增大。由于大分子共轭亚油酸的引入,莲子淀粉-共轭亚油酸复合物的分子量增大,也说明形成了结构稳定的复合物。电子扫描显微镜观测结果显示OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物颗粒表面出现裂痕和塌陷。激光共聚焦扫描仪进一步观测复合物颗粒内部结构,表明共轭亚油酸在复合物颗粒内部和外部均有分布。(3)OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物的热力学特性研究在研究复合物结构特性的基础上,进一步探讨OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物的热力学特性。溶解度与膨润力测定显示,复合物的溶解度随着温度的升高逐渐增大,在75℃时增加显著。当温度低于75℃时,超高压制备的复合物溶解度与膨润力均最大,温度高于75℃时,超高压制备的复合物溶解度与膨润力低于对照组。DSC研究结果表明,共轭亚油酸的添加比例为1:2(共轭亚油酸/莲子淀粉)时,OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物的热稳定性较好。各组样品的To、Tp、Tc值相差不大,说明共轭亚油酸的存在对莲子淀粉的热力学特性影响不大。进一步选取添加比例1:2(共轭亚油酸/莲子淀粉)的复合物进行热重分析发现,随着温度逐渐升高各组样品均出现不同程度的质量损失。根据温度的不同,将质量损失分为两个阶段,25-200℃为第一阶段质量损失,200-350℃为第二阶段质量损失。第一阶段的质量损失主要是由于淀粉中水分的蒸发而引起的质量损失,而第二阶段质量损失是由于淀粉链中的羰基结构(C=C)发生破坏,淀粉链发生了降解。超高压制备的复合物在第一阶段和第二阶段的质量损失均少于莲子淀粉,说明OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸形成的结晶结构可以提高复合物的热稳定性。(4)OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物的抗消化特性研究共轭亚油酸能有效改善结肠微生态环境,为最大限度发挥共轭亚油酸的生物活性,OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物应难以在胃和小肠中被消化,仅在结肠内被微生物所分解。本章节采用动态体外大鼠胃-十二指肠(DIVRSD-Ⅱ)模型模拟复合物的体外消化过程,探究复合物的抗消化性能。研究结果表明:OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物在整个消化过程(0-180 min)消化率都是最低的,在120min后复合物的消化率比其他样品要高,说明复合物的形成增加了淀粉中抗性淀粉含量。OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物(1:2,共轭亚油酸/莲子淀粉)的形成显著降低了莲子淀粉的消化速率,与莲子原淀粉相比约降低了27%。取180 min的消化物进行电子扫描显微镜和激光共聚焦观察,观察图谱显示OSA改性莲子淀粉-共轭亚油酸复合物的消化物(180 min)表面光滑、结构紧密,在激光共聚焦图谱中也显示出最强的荧光强度,说明超高压制备的莲子淀粉-共轭亚油酸复合物具有较强的抗消化性。
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