羅明昌，朱寶燕，吳晨孛，馮一農(nóng)，黃強(qiáng)*

（1.東莞東美食品有限公司，廣東 東莞 523055）（2.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

亞麻籽是世界上最重要的油料作物之一，作為食品和紡織原料已有5000多年的歷史[1]。亞麻籽富含α-亞麻酸（ALA，18:3n-3），是ω-3多不飽和脂肪酸（PUFAs）的最優(yōu)來(lái)源，其含量高于魚(yú)油、大豆、玉米和海藻[2]。因此，近幾十年來(lái)，對(duì)ω-3不飽和脂肪酸比例顯著的食用油源的需求不斷增加，極大地促進(jìn)了亞麻籽油作為功能食品的消費(fèi)。亞麻籽油因其PUFAs組成而受到消費(fèi)者的青睞，具有多種有益的生理和功能特性，包括促進(jìn)腦神經(jīng)的發(fā)育，增強(qiáng)記憶力，提高免疫力，預(yù)防腦血栓和心肌梗死[3-9]。然而，常溫貯藏期間亞麻籽油極易氧化變質(zhì)，最終影響亞麻籽油類(lèi)產(chǎn)品的貨架期，限制了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[10，11]。因此，在食品藥品領(lǐng)域，制備一種綠色環(huán)保、安全無(wú)害、易于加工的油脂替代品勢(shì)在必行。

粉末油脂一般是以蛋白質(zhì)及碳水化合物為包埋壁材，將液態(tài)油脂制備成粉末的一類(lèi)油脂制品。它能夠延緩芯材與氧氣的接觸，從而加強(qiáng)油脂的抗氧化能力。研究發(fā)現(xiàn)，將亞麻籽油進(jìn)行包埋處理成粉末油脂是一種可行性很高的改善亞麻籽油品質(zhì)的辦法。Fioramonti等[12]以濃縮乳清蛋白和海藻酸鈉為原料，設(shè)計(jì)了水包油雙層乳液并通過(guò)噴霧干燥制備了亞麻籽油粉末油脂。麥芽糊精含量最高的粉狀微膠囊的包封率可達(dá)84%，油脂粉末在18 ℃和4 ℃保存6個(gè)月后，過(guò)氧化值和巴比妥酸值保持不變，在20 ℃保存6周后，過(guò)氧化值沒(méi)有超過(guò)冷榨油允許的最大值。Gomes等[13]利用蛋白質(zhì)水解物或完整蛋白質(zhì)與麥芽糊精相結(jié)合進(jìn)行亞麻籽油微膠囊化，并研究了其脂質(zhì)氧化穩(wěn)定性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)貯藏30 d后，堿性蛋白酶水解蛋白的過(guò)氧化值分別比用完整蛋白或風(fēng)味酶水解蛋白包裹的樣品低95%和96%，這歸因于其較高的抗氧化能力。Elik等[14]采用噴霧冷凍干燥法對(duì) 16種不同配方的富類(lèi)胡蘿卜素亞麻油進(jìn)行包封。結(jié)果表明，噴霧凍干技術(shù)具有較低的包封率和較好的流動(dòng)性能，類(lèi)胡蘿卜素的添加使得產(chǎn)品在氧化方面更加穩(wěn)定。

關(guān)于淀粉基載體包埋亞麻籽油的研究目前還比較少。多孔淀粉是一種無(wú)毒、經(jīng)濟(jì)的吸附劑，廣泛應(yīng)用于食品、制藥和環(huán)境等行業(yè)。近年來(lái)，多孔淀粉因其高吸附性和緩釋性而受到越來(lái)越多的關(guān)注[15]。有文獻(xiàn)表明，利用多孔淀粉包埋延長(zhǎng)了油的保質(zhì)期和穩(wěn)定性[16]。在大多數(shù)情況下，在適當(dāng)?shù)臈l件下（油/淀粉=4/1，40 ℃，70～80 min），通過(guò)機(jī)械攪拌，將多孔淀粉與油攪拌以促進(jìn)油的滲透和擴(kuò)散[17]。Belingheri等[18]采用加速氧化法，以過(guò)氧化值和共軛二烯（CD）為指標(biāo)，評(píng)估了多孔淀粉包埋的高油酸葵花籽油的氧化水平。結(jié)果表明，與散裝油相比，光對(duì)包封油中CD增加的影響減小。值得注意的是，多孔淀粉的油脂包埋率相對(duì)較低，而且當(dāng)環(huán)境條件（如溫度、濕度）發(fā)生變化時(shí)，多孔淀粉的結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變化，穩(wěn)定性較差。因此，需要開(kāi)發(fā)一種新型淀粉基包埋壁材作為替代品，來(lái)更好地應(yīng)用于油脂加工工業(yè)。

V型淀粉可與疏水客體分子絡(luò)合從而形成單螺旋結(jié)構(gòu)，可用于生物活性化合物的遞送，并在改善食品質(zhì)量、延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期和增強(qiáng)藥物吸收方面發(fā)揮重要作用[19]。本研究以玉米淀粉為原料，利用反溶劑法制備V型淀粉，探究其復(fù)合溫度與油脂吸附的構(gòu)效關(guān)系，并對(duì)粉末油脂的理化性質(zhì)進(jìn)行表征。通過(guò)物理吸附和V型空腔絡(luò)合得到的亞麻籽油粉末油脂，工藝簡(jiǎn)單綠色，生物相容性高，應(yīng)用前景廣闊。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

普通玉米淀粉（食品級(jí)），吉林中糧生化能源銷(xiāo)售有限公司；蠟質(zhì)玉米淀粉（食品級(jí)），秦皇島驪驊股份有限公司；商業(yè)多孔淀粉N-Zorbit，美國(guó)Ingredion公司；亞麻籽油（食品級(jí)，α-亞麻酸含量＞54%），山西寶山鼎盛科技有限公司；溴化鉀（分析純），天津啟輪化學(xué)有限公司；尼羅紅（分析純），美國(guó)Sigma-Aldrich公司；無(wú)水乙醇（分析純），廣東光華科技股份有限公司；一次性塑料平皿（60 mm×15 mm），美國(guó)CORNING有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DL-5-B型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；MR Hei-Tec型磁力加熱攪拌器，德國(guó) heidolph公司；NewClassic ME型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；Phenom Pro型臺(tái)式掃描電子顯微鏡，荷蘭Phenom-World公司；Zetasizer Nano ZSE型納米粒度儀，英國(guó)Malvern公司；D8 ADVANCE型X射線衍射儀，德國(guó)Bruker AXS公司；DHG-9030A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；XW-80A型旋渦混合器，上海精科實(shí)業(yè)有限公司；TCS.SP5型激光共聚焦顯微鏡，德國(guó) LEICA公司；Nicolet IS50-Nicolet Continuum型傅立葉紅外光譜分析儀，美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司。便攜式數(shù)碼相機(jī)，日本佳能公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 V型結(jié)晶淀粉的制備

V型結(jié)晶淀粉的制備參考Huang等人[20]的方法并進(jìn)行改進(jìn)，具體步驟為：稱取 6 g（干基）淀粉溶于100 mL去離子水中，溶液置于水?。?00 ℃）中加熱1 h，滴加兩倍體積的無(wú)水乙醇（V/V），反應(yīng)完成后，將沉淀離心（1800×g，20 min），使用無(wú)水乙醇洗滌三次，離心后在烘箱（40 ℃）中烘干，研磨粉碎，過(guò)100目篩，即得到V型淀粉。

1.3.2 最大油脂吸附能力測(cè)定

最大油脂吸附能力測(cè)定采用 Ahmad等人[21]的方法并進(jìn)行改進(jìn)，具體步驟為：分別稱取1 g原淀粉、V型淀粉和商業(yè)多孔淀粉置于50 mL離心管中，加入10 g亞麻籽油，置于自動(dòng)渦旋儀混合振蕩30 s，然后在磁力攪拌30 min，將處理后的樣品于1800×g下離心，利用膠頭滴管和濾紙吸出沉淀中的多余油份，當(dāng)濾紙上沒(méi)有額外的油/水時(shí)，測(cè)量沉淀物的重量。

吸油能力計(jì)算如下：

式中：

W0——干淀粉重量，g；

W——離心后沉淀重量，g。

將吸完油的淀粉置于干凈透明的一次性塑料平皿中，使用數(shù)碼相機(jī)對(duì)其表觀形態(tài)進(jìn)行拍照記錄。

1.3.3 不同復(fù)合溫度下粉末油脂的制備

分別稱取1 g原淀粉、V型淀粉或商業(yè)多孔淀粉置于自封袋中，每袋中加入0.6 g亞麻籽油干混并分別置入60、70、80、90、100 ℃烘箱中加熱0.5 h，將所得樣品取出置于干凈透明的一次性平皿中，使用數(shù)碼相機(jī)拍攝其表觀形貌。

1.3.4 動(dòng)態(tài)光散射測(cè)定粒徑

使用納米粒度儀對(duì)粉末油脂的粒徑分布進(jìn)行分析，將一定濃度的粉末樣品分散至無(wú)水乙醇中，超聲分散30 min后，取上清液置于儀器中進(jìn)行測(cè)試。

1.3.5 掃描電鏡（SEM）觀察微觀形貌

利用 SEM 研究了粉末油脂樣品的表面形貌[22]。干燥的粉末油脂顆粒被撒在附在樣品支架上的雙面膠帶上，并在真空蒸發(fā)器中涂上一層薄薄的金（真空度＜0.1 MPa，300 s）。獲得的樣品在15 kV的加速電壓下被 Phenom Pro電子顯微鏡放大 1000倍（Phenom-world，荷蘭）。

1.3.6 激光共聚焦顯微鏡（CLSM）觀察油脂分布

稱取0.1 g AS-NMS或N-Zorbit于離心管（鋁箔紙包裹）中，再加入1 mL蒸餾水和100 μL尼羅紅染色劑[1%（m/m）]，渦旋振蕩（100×g，30 min）。在載玻片上滴加1滴淀粉懸浮液，蓋上蓋玻片，于488 nm激光下利用CLSM觀察粉末油脂中的油脂分布情況。

1.3.7 X射線衍射（XRD）分析

XRD衍射圖能夠得出淀粉晶型和結(jié)晶率的變化。實(shí)驗(yàn)使用D8 ADVANCE型號(hào)X射線衍射分析儀，Cu-Ka射線（0.154 nm）輻射，設(shè)置電壓及電流（分別為40 kV和40 mA），設(shè)置掃描速率及范圍（分別為0.5 °/min 和 4 °～35 °）。使用 Jade 6.5 軟件分析數(shù)據(jù)。相對(duì)結(jié)晶度由以下公式[23]得出：

式中：

Ac——結(jié)晶區(qū)；

Aa——非結(jié)晶區(qū)。

1.3.8 傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜（FT-IR）分析

使用FT-IR光譜儀（IS50，Thermo Fisher Scientific，USA）和DLATGS檢測(cè)器獲得粉末油脂的FT-IR光譜。采用Zhang等人[24]的方法，將粉末狀樣品（2 mg）與KBr（150 mg）混合，研磨成細(xì)粉并壓成薄片。以空氣為背景，記錄4000～400 cm-1的光譜，累積64次掃描，分辨率為4 cm-1。所有光譜在1200和800 cm-1范圍內(nèi)采用OMNIC 8.2自動(dòng)基線校正，并以19 cm-1的半帶寬和1.9的增強(qiáng)因子進(jìn)行反卷積處理[25]。

1.3.9 數(shù)據(jù)處理與分析

使用SPSS 19.0軟件分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示（n=3）。利用Tukey檢驗(yàn)和單向方差分析比較均值差異。當(dāng)p＜0.05代表存在顯著性差異，使用Origin 2017軟件作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 淀粉最大油脂吸附能力比較

原淀粉、V型淀粉和商業(yè)多孔淀粉的最大油脂吸附能力如圖1所示。從圖中可以看出，普通玉米淀粉和蠟質(zhì)玉米淀粉對(duì)亞麻籽油的吸附能力較弱，分別為0.71和0.70 g/g。這是由于原淀粉結(jié)構(gòu)相對(duì)致密，顆粒表面由支鏈淀粉的雙螺旋結(jié)晶結(jié)構(gòu)組成，直鏈淀粉的穿插在支鏈淀粉之間，形成穩(wěn)定的半晶體結(jié)構(gòu)，盡管玉米淀粉顆粒具有從表面到內(nèi)部的微小通道，但其數(shù)量較少，且尺寸為納米級(jí)，無(wú)法為液體油脂提供更多的負(fù)載位點(diǎn)，與Chen等[26]的研究結(jié)果相似。V型淀粉中AS-NMS的油脂吸附能力最強(qiáng)（1.54 g/g），從圖中油脂粉末的顏色也可看出，相比其他粉末油脂顏色較深。AS-WMS油脂吸附能力為1.11 g/g，與商業(yè)多孔淀粉（1.08 g/g）效果相當(dāng)。AS-WMS在吸附相同量的亞麻籽油后體積較少，結(jié)構(gòu)為半固體，這可能是因?yàn)橄炠|(zhì)玉米淀粉在制備成V型淀粉后，表面的孔洞相比于酶解淀粉更大，油脂穿過(guò)表層向顆粒內(nèi)部運(yùn)動(dòng)所致。然而，AS-NMS相比于AS-WMS具有更高的直鏈淀粉含量，當(dāng)?shù)矸奂訜岷螅辨湹矸垡绯?，在乙醇的作用下重新誘導(dǎo)形成單螺旋復(fù)合物。通過(guò)自組裝形成的V型淀粉具有納米尺寸的粒徑范圍，比表面積增大，同時(shí)表面具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，更適合包埋液態(tài)油脂；AS-WMS的粒徑仍然為微米范圍，雖然表面仍具有一些孔洞，但是無(wú)法通過(guò)疏水相互作用對(duì)油脂進(jìn)行包埋，因此相比于AS-NMS，吸油能力較差。

2.2 復(fù)合溫度對(duì)粉末油脂表觀形貌的影響

在60%亞麻籽油添加比例下，復(fù)合溫度對(duì)粉末油脂表觀形貌的影響如圖2所示。從圖中可以看出，隨著復(fù)合溫度的升高，淀粉樣品的吸油能力增加，表現(xiàn)為粉末油脂由半固態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變。V型淀粉中的AS-NMS在不同溫度復(fù)合得到的粉末油脂均保持粉末狀，AS-WMS與N-Zorbit效果相當(dāng)，隨著復(fù)合溫度升高，粉末油脂均向粉末狀態(tài)轉(zhuǎn)變，這些結(jié)果說(shuō)明了復(fù)合溫度的增加能促進(jìn)油脂分子運(yùn)動(dòng)速度加快，促使亞麻籽油向V型淀粉顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，表面油脂減少，“顆粒感”增強(qiáng)。同時(shí)溫度升高降低了亞麻籽油黏度，使之滲透擴(kuò)散能力增強(qiáng)，從而使V型淀粉包埋率增大[27]。不同復(fù)合溫度下兩種原淀粉形成的淀粉油脂混合物均保持半固態(tài)，無(wú)法形成粉末狀，這與圖1的吸油能力結(jié)果相吻合。

2.3 復(fù)合溫度對(duì)粉末油脂粒徑和微觀形態(tài)的影響

以 AS-NMS樣品為代表研究了不同復(fù)合溫度制備的粉末油脂的粒徑變化，結(jié)果如圖3所示。從圖3a中可以看出，反溶劑法制備的V型淀粉主要有兩個(gè)峰，粒徑峰值分別為20 nm和100 nm，峰值粒徑在1 μm左右存在少量的淀粉聚集體，表明反溶劑法制備的V型淀粉粒子尺寸主要為納米級(jí)，遠(yuǎn)低于原淀粉和多孔淀粉的粒徑，為亞麻籽油的吸附提供了更大的比表面積。隨著復(fù)合溫度的升高，粉末油脂的粒徑逐漸減小，平均粒徑由60 ℃的1100 nm降低至90 ℃的418 nm（圖3b），這是因?yàn)闇囟鹊纳呒铀倭擞椭虻矸垲w粒的擴(kuò)散，使油脂在淀粉顆粒中的分布更為均勻，淀粉顆粒不易聚集。繼續(xù)提高復(fù)合溫度至100 ℃，粒徑有所上升，這可能是由于油脂分子勢(shì)能增大，V型淀粉內(nèi)部包埋的油脂分子之間引力減小，導(dǎo)致油脂分子向外運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散所致。

淀粉的SEM照片見(jiàn)圖4，反溶劑法制備的V型淀粉（AS-NMS）為不規(guī)則形狀顆粒，部分顆粒聚集成較大粒子，與粒徑分布結(jié)果一致。V型淀粉制備成粉末油脂后，由于表面油脂含量較多，不同復(fù)合溫度制備的粉末油脂微觀形貌沒(méi)有顯著差異，油脂將淀粉顆粒團(tuán)聚在一起，形成具有一定輪廓的團(tuán)聚狀態(tài)。復(fù)合溫度的升高會(huì)加速油脂的熱運(yùn)動(dòng)及對(duì)顆粒內(nèi)部的滲透，進(jìn)而降低粉末油脂團(tuán)聚程度和顆粒尺寸，這與粒徑分布結(jié)果吻合。

采用激光共聚焦顯微鏡觀測(cè)復(fù)合溫度對(duì)油脂吸附的影響，結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出，淀粉顆粒中的油脂被尼羅紅染色，呈現(xiàn)紅色亮點(diǎn)，商業(yè)多孔淀粉能明顯觀察到紅色亮點(diǎn)分布在淀粉顆粒表面和內(nèi)部，隨著復(fù)合溫度的升高，多孔淀粉油脂粉末紅色區(qū)域增加，說(shuō)明在較高溫度下淀粉吸附油脂的速率增加，更多油脂由表面向內(nèi)部擴(kuò)散。AS-NMS制備的粉末油脂粒徑較小，為納米尺寸，因此，在CLSM的放大倍數(shù)下，較難觀察單個(gè)顆粒的油脂負(fù)載及分布情況。但從整個(gè)區(qū)域范圍來(lái)看，我們根據(jù)紅色點(diǎn)的密集程度，可以定性分析出其結(jié)合的含量，同時(shí)觀察視野里游離的較大粒徑油滴的情況，不難得出復(fù)合溫度升高對(duì)V型淀粉粉末脂質(zhì)的復(fù)合程度的影響規(guī)律。以上結(jié)果表明，復(fù)合溫度升高加速了油脂向淀粉顆粒的擴(kuò)散，使油脂負(fù)載能力提升，顆粒聚集減少。但當(dāng)復(fù)合溫度達(dá)100 ℃時(shí)，發(fā)現(xiàn)游離的油滴增加，可能是溫度繼續(xù)升高導(dǎo)致油脂分子勢(shì)能增大，V型淀粉內(nèi)部包埋的油脂分子之間引力減小，油脂分子開(kāi)始向外運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散所致。這一現(xiàn)象與粒徑的結(jié)果相一致。

2.4 粉末油脂的結(jié)晶性質(zhì)

V型淀粉及其不同復(fù)合溫度下制備的粉末油脂的XRD結(jié)果見(jiàn)圖6。V型淀粉（AS-NMS）的結(jié)晶峰出現(xiàn)在7.8°、13.5°和20.7°附近，這是V型淀粉典型的V6型特征峰[28，29]。AS-NMS 制備的粉末油脂在 7.6°、13.2°及20.0°附近出現(xiàn)結(jié)晶峰，在不同復(fù)合溫度下，結(jié)晶峰的位置沒(méi)有發(fā)生改變，說(shuō)明溫度的升高并不會(huì)影響AS-NMS粉末油脂的結(jié)晶形態(tài)，但結(jié)晶度有小幅增加，這歸因于V型復(fù)合物絡(luò)合作用，油脂與V型淀粉復(fù)合后進(jìn)入單螺旋空腔，進(jìn)而增大了V型衍射峰的信號(hào)強(qiáng)度，這與多孔淀粉吸附油脂方式的有顯著區(qū)別。值得注意的是，與V型淀粉相比，粉末油脂的特征吸收峰由20.7°向較低的峰值移動(dòng)。根據(jù)布拉格定律，nλ=2dsinθ，衍射峰向更小的2θ位移，表明平面間距離增大（d）。這可能是因?yàn)楫?dāng)V型淀粉吸附亞麻籽油時(shí)，更多的油脂分子進(jìn)入V型淀粉的單螺旋疏水空腔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致形成了更大尺寸的螺旋空腔。這一現(xiàn)象與Fu等[30]的研究結(jié)果吻合。

2.5 粉末油脂的分子結(jié)構(gòu)

淀粉分子水平上的結(jié)構(gòu)變化，如淀粉鏈構(gòu)象、螺旋度、結(jié)晶度、回生過(guò)程和含水量等，在FT-IR光譜中表現(xiàn)較為明顯[31，32]。在 1200～800 cm-1的特征峰為C-O鍵和C-C鍵拉伸振動(dòng)，該區(qū)域的紅外光譜主要吸收帶對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)分別為1045 cm-1、1022 cm-1和995 cm-1，其中1045 cm-1處主要為淀粉的有序結(jié)構(gòu)，1022 cm-1處主要為無(wú)定形淀粉拉伸形成，因此對(duì)無(wú)定形結(jié)構(gòu)很敏感，995 cm-1處是碳水化合物螺旋的鍵合[33，34]。不同復(fù)合溫度制備的粉末油脂的FT-IR圖譜如圖7所示，從圖中可以看出，粉末油脂紅外光譜主要吸收帶對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)分別為1060 cm-1、1022 cm-1和995 cm-1。隨著復(fù)合溫度的升高，1060/1022 cm-1峰強(qiáng)呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，表明溫度的升高使淀粉分子短程結(jié)構(gòu)有序性增加，相對(duì)應(yīng)地1022/995 cm-1峰強(qiáng)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，表明溫度的升高使淀粉分子的無(wú)定形區(qū)域減少。與XRD結(jié)果相一致，亞麻籽油與V型淀粉復(fù)合后，部分進(jìn)入淀粉的單螺旋疏水空腔形成V型復(fù)合物，進(jìn)而增加了長(zhǎng)程和短程的分子有序性。

3 結(jié)論

與原淀粉和商業(yè)多孔淀粉相比，反溶劑法制備的V型淀粉具有顯著更高的油脂吸附能力，與60%的亞麻籽油復(fù)合后仍能維持較好的粉末形態(tài)；隨著溫度的升高，油脂的擴(kuò)散速度加快，AS-NMS與亞麻籽油表現(xiàn)出了更高程度的復(fù)合，粉末油脂粒徑隨之降低。復(fù)合溫度的升高使淀粉的V型結(jié)晶度增大，分子長(zhǎng)程有序性升高，表明V型淀粉的單螺旋疏水空腔參與了對(duì)油脂的吸附；隨著復(fù)合溫度上升，AS-NMS的短程分子結(jié)構(gòu)有序性升高，無(wú)定形區(qū)減少。本研究通過(guò)物理吸附和V型空腔絡(luò)合相結(jié)合得到的粉末油脂，工藝簡(jiǎn)單綠色，生物相容性高，為粉末油脂的加工利用提供了新思路。后續(xù)將繼續(xù)開(kāi)展淀粉基壁材的結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及氧化穩(wěn)定性相關(guān)評(píng)價(jià)研究。