鄧楠，楊正香，劉成梅，胡秀婷*

（1.南昌大學(xué)食品學(xué)院，江西南昌 330047；2.云南敘達(dá)實(shí)業(yè)有限公司，云南 臨滄 677600）

淀粉是最重要的膳食碳水化合物之一，為人體提供40%～60%的能量[1]。研究表明，大米淀粉易被消化吸收，會(huì)引起人體餐后血糖水平的急劇上升，長(zhǎng)期食用可能增加肥胖、高血糖、Ⅱ型糖尿病等代謝綜合征的發(fā)生概率[2]。因此，降低大米淀粉的消化率對(duì)人體健康具有重要意義。在食品加工過程中，添加多酚可有效改變淀粉的消化率和血糖指數(shù)[3-4]。多酚是一種以苯酚為骨架，以苯環(huán)的多羥基取代作為特征的化合物，包括酚酸和黃酮類化合物。多酚是植物的次生代謝產(chǎn)物，廣泛分布于植物性食物中，是一類重要的天然抗氧化劑，具有多種生物活性[5]。大量研究表明，人體長(zhǎng)期食用富含酚類化合物的植物性食物可降低各種非傳染性慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，例如心血管和神經(jīng)退行性疾病、某些癌癥、II 型糖尿病和骨質(zhì)疏松癥[4]。此外，多酚可以抑制淀粉酶的活性，從而延緩淀粉的消化，降低血糖水平[6-7]。

近年來，淀粉與多酚的相互作用引起了人們的廣泛關(guān)注。大多數(shù)含有酚羥基的多酚可通過氫鍵、疏水作用等與淀粉分子發(fā)生非共價(jià)相互作用，從而產(chǎn)生2 種類型的復(fù)合物，即V 型包合物和非包合物復(fù)合物[8-10]。淀粉-多酚V 型包合物是指多酚分子部分包封在淀粉的內(nèi)部疏水螺旋中，如4-O-棕櫚酰綠原酸能夠進(jìn)入直鏈淀粉的螺旋內(nèi)腔，與直鏈淀粉形成V 型復(fù)合物[11]，這種復(fù)合物與淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)類似。在淀粉-多酚非包合復(fù)合物中，多酚則不在淀粉螺旋空腔中，而是通過羥基、羰基等基團(tuán)與淀粉相互作用形成分子聚集體，這種復(fù)合物亦不同程度影響淀粉的糊化、流變及消化等特性[12]。淀粉-多酚復(fù)合物的類型與淀粉的種類、多酚的種類、濃度及制備方法等密切相關(guān)。目前，關(guān)于多酚與淀粉相互作用的研究主要集中在多酚對(duì)淀粉理化特性的影響方面[13]。然而，哪些多酚可與淀粉形成V型復(fù)合物尚不明確。因此，采用日常膳食中常見的6種多酚，包括金雀異黃酮、槲皮素、沒食子酸、柚皮苷、阿魏酸、咖啡酸與大米淀粉復(fù)合，探究大米淀粉-多酚復(fù)合物的消化性。

1材料與方法

1.1 材料與試劑

大米淀粉：金農(nóng)生物科技有限公司產(chǎn)品；金雀異黃酮、槲皮素、柚皮苷、阿魏酸、沒食子酸、咖啡酸、二甲基亞砜、碳酸鈉、乙酸鈉、乙酸（分析純）：阿拉丁公司產(chǎn)品；無水乙醇（分析純）：西隴科學(xué)股份有限公司產(chǎn)品；福林酚（分析純）：北京索萊寶科技有限公司產(chǎn)品；豬胰α-淀粉酶 （16 U/mg）：美國Sigma 公司產(chǎn)品；淀粉葡萄糖苷酶（260 U/mL）：美國Sigma 公司產(chǎn)品；D-葡萄糖（GOPOD 格式）檢測(cè)試劑：Megazyme 公司產(chǎn)品。

1.2 儀器與設(shè)備

數(shù)顯恒溫磁力攪拌器（HJ-6A）：金壇市醫(yī)療儀器廠產(chǎn)品；數(shù)顯恒溫磁力攪拌水浴鍋：常州諾基儀器有限公司產(chǎn)品；分散機(jī)：德國IKA 公司產(chǎn)品；電子天平（FA1104）：上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；離心機(jī)（TGL-20B）：上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；差示掃描量熱（DSC7000X）：日本HITACHI 公司產(chǎn)品；X 射線衍射儀 （Bede D1 HR）：英國Bede Scientific 公司產(chǎn)品；環(huán)境掃描電子顯微鏡（Quanta-200）：美國FEI 公司產(chǎn)品；多功能酶標(biāo)儀（SpectraMax M2）：美谷分子儀器（上海）有限公司產(chǎn)品。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 大米淀粉-多酚復(fù)合物的制備淀粉復(fù)合物的制備過程如下：將淀粉和客體分子溶解在溶劑中，如二甲亞砜（Dimethyl sulfoxide，DMSO）、堿液（KOH 或NaOH 溶液）、高溫醇溶液或高溫水，然后將混合物加水，酸化或冷卻從而得到淀粉-多酚復(fù)合物沉淀[10]。因此，根據(jù)所用溶劑，制備淀粉復(fù)合物的方法可分為DMSO 法、堿法、醇法和高溫水法。顯然，高溫水法成本低、無須使用有毒有害試劑，更適合用于食品工業(yè)。因此，作者參照Wang 等人[14]的方法，采用高溫水法制備淀粉-多酚復(fù)合物。稱取5.0 g大米淀粉分散在100 mL 蒸餾水中，混合均勻之后沸水浴30 min 使其完全糊化。稱取0.5 g 多酚溶于2 mL 乙醇，加入糊化的淀粉中，用分散機(jī)于17 000 r/min 分散8 min，加入100 mL 無水乙醇沉淀，抽濾，除去液體，沉淀用無水乙醇洗滌去除未復(fù)合的多酚，50 ℃下干燥24 h，即得大米淀粉-多酚復(fù)合物。

1.3.2 X 射線衍射（X Ray Diffraction，XRD）分析采用X 射線衍射在40 kV 和40 mA 條件下分析大米淀粉和大米淀粉-多酚復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，光譜掃描衍射角（2θ）范圍從5°到35°，利用Origin 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3.3 差示掃描量熱 （Differential scanning calorimeter，DSC）分析將樣品（2～4 mg）置于鋁坩堝中，然后加入去離子水，得到樣品與水的質(zhì)量體積比為1∶3。樣品密封后，在室溫下平衡12 h 后進(jìn)行分析。使用銦校準(zhǔn)儀器后用空坩堝作為空白參照。樣品以10 ℃/min 的速度從30 ℃加熱到130 ℃。從DSC 的糊化曲線中確定糊化峰值溫度，本研究采用糊化峰值溫度表征吸熱峰溫度。

1.3.4 掃描電鏡 （Scanning electron microscopy，SEM）分析將少量的大米淀粉以及大米淀粉-多酚復(fù)合物粉末樣品黏附在貼有導(dǎo)電膠的銅臺(tái)上，并在真空蒸發(fā)器中噴涂金薄膜（10 nm）。通過掃描電子顯微鏡觀察樣品，加速電壓為5 kV，觀察樣品放大倍數(shù)為2 000 倍。

1.3.5 大米淀粉-多酚復(fù)合物中多酚含量的測(cè)定將100 mg（干基）的大米淀粉-多酚復(fù)合物溶解在5 mL 二甲基亞砜中，然后以4 000g離心10 min。吸取0.5 mL 溶液與1.5 mL 去離子水混合，向其中加入1 mL 福林酚試劑并混合均勻，反應(yīng)10 min。向溶液中加入1 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的碳酸鈉溶液，混合并在室溫下于黑暗中保持3 h，760 nm 處檢測(cè)溶液的吸光度。

1.3.6 體外消化性的測(cè)定采用體外模擬消化法測(cè)定大米淀粉-多酚復(fù)合物的消化性。將胰α-淀粉酶（0.03 g，16 U/mg）加入10 mL 乙酸鈉緩沖液（0.02 mol/L，pH 5.5）中，磁力攪拌30 min，之后于15 000g離心5 min，上清液中加入200 μL 淀粉葡萄糖苷酶（260 U/mL），渦旋混勻，得到α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶的混酶液。于每個(gè)樣品（200 mg，干基）中加入20 mL 乙酸鈉緩沖液 （0.02 mol/L，pH 5.5），然后在37 ℃下平衡10 min，再加入1 mL α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶的混酶。在消化期間以特定間隔取出溶液（0.2 mL）至無水乙醇（0.8 mL），混合使酶失活并以4 000g離心10 min 得到上清液。使用GOPOD 試劑盒在510 nm 處測(cè)量吸光度，并計(jì)算葡萄糖質(zhì)量，每個(gè)樣品測(cè)定3 次，取平均值。通過測(cè)量計(jì)算獲得快速消化淀粉（Rapidly Digestible Starch，RDS），緩慢消化的淀粉（Slowly Digestible Starch，SDS）和抗性淀粉（Resistant Starch，RS）的值。計(jì)算公式如下：

式中：G0為淀粉水解0 min 時(shí)的葡萄糖質(zhì)量，mg；G20為淀粉水解20 min 時(shí)的葡萄糖質(zhì)量，mg；G120為淀粉水解120 min 時(shí)的葡萄糖質(zhì)量，mg；TS 為總淀粉質(zhì)量，mg。

1.3.7 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，利用IBM SPSS Statistics 25 和Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，利用Origin 2018 和Prism 軟件進(jìn)行圖形繪制，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的方式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 XRD 分析

淀粉分子在淀粉顆粒中往往呈現(xiàn)出獨(dú)特的構(gòu)象和聚集方式[1]。當(dāng)存在脂類等疏水小分子時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)淀粉形成V 型單螺旋結(jié)構(gòu)，脂類等疏水小分子部分或全部嵌入淀粉單螺旋的疏水空腔中，形成淀粉-客體分子包合物[15]，這種包合物結(jié)構(gòu)通過XRD鑒定為V 型結(jié)晶，并在7.0°、13.0°和20.0°處出現(xiàn)衍射峰[16]。因此，XRD 可用于鑒定淀粉包合物的形成。與淀粉-脂質(zhì)包合物相似，淀粉-多酚包合物也呈現(xiàn)出V 型結(jié)晶結(jié)構(gòu)。例如，玉米淀粉-大豆異黃酮V 型包合物在7.05°、13.09°和19.80°處存在衍射峰[14]。如圖1所示，大米淀粉在15.2°、17.0°、18.0°、23.0°處出現(xiàn)特征衍射峰，表明大米淀粉的晶體類型為典型的A 型晶體。在本研究的條件下，淀粉-多酚混合體系均在13.0°和20.0°處出現(xiàn)明顯的衍射峰，表明淀粉與多酚之間形成了V 型晶體，即本研究中的多酚分子可部分進(jìn)入淀粉螺旋空腔，從而與淀粉形成了包合物。Amoako 和Awika 認(rèn)為原花青素的B 環(huán)可進(jìn)入直鏈淀粉的螺旋空腔從而形成V 型包合物[17]。由此推測(cè)，大米淀粉的螺旋空腔可包封金雀異黃酮、槲皮素、柚皮苷的B 環(huán)或沒食子酸、阿魏酸、咖啡酸的酚環(huán)從而形成V 型包合物。此外，不同淀粉-多酚復(fù)合物形成衍射峰的強(qiáng)度不同，這可能與多酚結(jié)構(gòu)有關(guān)，多酚羥基含量不同可能導(dǎo)致與淀粉絡(luò)合形成的淀粉-多酚復(fù)合物數(shù)量不同。

圖1 大米淀粉-多酚復(fù)合物的XRD 圖譜Fig.1 XRD spectra of rice starch-polyphenol complexes

2.2 DSC 分析

在加熱過程中，包合物吸收熱量發(fā)生解離，在其DSC 圖譜中會(huì)出現(xiàn)吸熱峰[18]。因此，DSC 分析也可證明淀粉-多酚包合物的形成。根據(jù)DSC 分析，淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物具有2 種不同的多晶型復(fù)合物，包括無定形形式（I 型）和結(jié)晶形式（II 型）[19-20]。I 型復(fù)合物由單一復(fù)合物的隨機(jī)排列形成，其特點(diǎn)是熔點(diǎn)低（Tm＜100 ℃）。II 型復(fù)合物由單一復(fù)合物的有序組織形成，其特征是熔點(diǎn)高（Tm＞100 ℃）。根據(jù)溫度的高低，II 型復(fù)合物進(jìn)一步分為IIa 型和IIb 型[21]。例如，研究發(fā)現(xiàn)糊化淀粉與沒食子酸十二烷基酯絡(luò)合后會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)吸熱峰，第一個(gè)吸熱峰 （峰I）在86.96～114.11 ℃出現(xiàn)，第二個(gè)吸熱峰 （峰II）在109.27～122.59 ℃出現(xiàn)，這表明形成了I 型和II 型淀粉-沒食子酸十二烷基酯包合物[22]。DSC 分析發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉-原花青素復(fù)合物在120 ℃左右有一個(gè)解離峰，證明該復(fù)合物為包合物[17]。在另一項(xiàng)研究中，高直鏈玉米淀粉與十二烷基、十六烷基和十八烷基沒食子酸酯的復(fù)合物在80～110 ℃有一個(gè)吸熱峰，這也證實(shí)了包合物的形成[23]。因此，作者對(duì)淀粉-多酚復(fù)合物進(jìn)行DSC 分析。如圖2所示，大米淀粉-金雀異黃酮復(fù)合物吸熱峰溫度為109.3 ℃，大米淀粉-槲皮素復(fù)合物的吸熱峰溫度為108.5 ℃，大米淀粉-柚皮苷復(fù)合物有2 個(gè)吸熱峰，其吸熱峰溫度分別為104.2 ℃和110.5 ℃，大米淀粉-沒食子酸復(fù)合物在109.0 ℃顯示出吸熱峰溫度，大米淀粉-阿魏酸復(fù)合物也有2 個(gè)吸熱峰，吸熱峰溫度分別為109.1 ℃和112.2 ℃，大米淀粉-咖啡酸復(fù)合物的吸熱峰溫度為108.9 ℃。上述結(jié)果進(jìn)一步證明大米淀粉和6 種多酚之間形成了復(fù)合物，結(jié)果與XRD 一致。此外，大米淀粉-阿魏酸復(fù)合物和大米淀粉-柚皮苷復(fù)合物均出現(xiàn)了2 個(gè)吸熱峰，這可能是淀粉與阿魏酸、柚皮苷形成了IIa 型和IIb 型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的復(fù)合物。

圖2 大米淀粉-多酚復(fù)合物的DSC 圖譜Fig.2 DSC spectra of rice starch-polyphenol complexes

2.3 SEM 分析

圖3為大米淀粉和大米淀粉-多酚復(fù)合物的微觀結(jié)構(gòu)。大米淀粉呈規(guī)則的多面體形態(tài)，結(jié)構(gòu)完整且棱角分明，尺寸范圍為3～8 μm，見圖3（a）。當(dāng)與多酚復(fù)合時(shí)，大米淀粉發(fā)生了糊化，因此，淀粉-多酚復(fù)合物中均不存在天然大米淀粉顆粒，見圖3（b）～（g）。具體而言，淀粉-多酚復(fù)合物為球狀顆粒，顆粒為納米級(jí)，但松散聚集。Chin 等人通過無水乙醇共沉淀法制備的淀粉納米顆粒與本研究的形態(tài)相似，同時(shí)也出現(xiàn)顆粒團(tuán)聚的現(xiàn)象[24]。在另一項(xiàng)研究中，Huang 等人通過聚乙二醇沉淀得到的淀粉結(jié)晶，其SEM 形貌為聚集的球狀顆粒[25]。由此可見，通過共沉淀法制備大米淀粉-多酚復(fù)合物與非溶劑沉淀法制備淀粉納米顆粒的機(jī)理類似，利用多酚與淀粉形成包合物亦可能用于制備淀粉納米顆粒。

圖3 大米淀粉-多酚復(fù)合物的微觀形貌Fig.3 Microtopography of rice starch-polyphenol complexes

2.4 大米淀粉-多酚復(fù)合物中多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)

如圖4所示，大米淀粉-金雀異黃酮復(fù)合物、大米淀粉-槲皮素復(fù)合物、大米淀粉-柚皮苷復(fù)合物、大米淀粉-沒食子酸復(fù)合物、大米淀粉-阿魏酸復(fù)合物和大米淀粉-咖啡酸復(fù)合物中的多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.51、0.52、3.13、0.95、0.54、1.17 mg/g。由于這6種多酚相對(duì)分子質(zhì)量不一樣，因此，進(jìn)一步比較淀粉-多酚復(fù)合物中多酚的質(zhì)量摩爾濃度。大米淀粉-金雀異黃酮復(fù)合物、大米淀粉-槲皮素復(fù)合物、大米淀粉-柚皮苷復(fù)合物、大米淀粉-沒食子酸復(fù)合物、大米淀粉-阿魏酸復(fù)合物和大米淀粉-咖啡酸復(fù)合物中多酚質(zhì)量摩爾濃度分別為5.59、1.72、5.40、5.57、2.77、6.52 mmol/g。由此可見，大米淀粉-咖啡酸復(fù)合物中多酚的質(zhì)量摩爾濃度最高，大米淀粉-金雀異黃酮復(fù)合物、大米淀粉-柚皮苷復(fù)合物和大米淀粉-沒食子酸復(fù)合物中多酚質(zhì)量摩爾濃度無顯著性差異，而大米淀粉-槲皮素復(fù)合物中的多酚質(zhì)量摩爾濃度最低，這表明多酚的結(jié)構(gòu)是影響其與淀粉復(fù)合程度的關(guān)鍵因素。雖然多酚廣泛存在于植物性食物中，但天然大米淀粉中的多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低。研究發(fā)現(xiàn)，每克天然大米淀粉最多含0.11 mg 多酚[26]。由此可見，通過外加多酚與淀粉相互作用，可增加大米淀粉中多酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。此外，淀粉-多酚包合物的形成還可提高多酚的穩(wěn)定性。

圖4 淀粉-多酚復(fù)合物的多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)及質(zhì)量摩爾濃度Fig.4 Polyphenol content of starch-polyphenol complexes

2.5 體外消化性

從營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度來看，食物中的淀粉分為快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉[27]。RDS 是小腸中能快速消化吸收的部分，它會(huì)立即增加血糖指數(shù)。SDS可以在小腸中緩慢地完全消化，有助于血糖的長(zhǎng)期控制。RS 不能在小腸中消化，但可以被結(jié)腸中的腸道菌群發(fā)酵成短鏈脂肪酸[28]。SDS 和RS 對(duì)人體健康有益，可作為淀粉類食品的功能材料。與天然大米淀粉相比，淀粉-多酚復(fù)合物顯示出對(duì)淀粉消化的抑制作用和對(duì)人類的潛在健康益處。如表1所示，天然大米淀粉的RDS 和RS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40.99%和26.88%。大米淀粉-金雀異黃酮復(fù)合物、大米淀粉-槲皮素復(fù)合物、大米淀粉-柚皮苷復(fù)合物、大米淀粉-沒食子酸復(fù)合物、大米淀粉-阿魏酸復(fù)合物和大米淀粉-咖啡酸復(fù)合物中RDS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為32.35%、31.03%、32.55%、34.68%、30.03%、33.00%；它們的RS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為32.93%、33.46%、33.01%、33.16%、32.21%、33.57%。6 種淀粉-多酚復(fù)合物的RDS 和RS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著差異，這表明淀粉-多酚復(fù)合物的消化性不僅僅取決于復(fù)合物中多酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。相比于天然大米淀粉，淀粉-多酚復(fù)合物的RDS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低，抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了5%～7%，這說明大米淀粉與6 種多酚的相互作用降低了淀粉的消化性。淀粉-多酚包合物的抗性來源于多酚對(duì)消化酶的抑制作用和淀粉-多酚包合物中淀粉的單螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)淀粉酶的抗性[10]。XRD 和DSC 分析證明，淀粉與6 種多酚形成了V 型復(fù)合物，因此，推測(cè)這種V 型結(jié)構(gòu)降低了淀粉的消化率。然而，本研究制備的6 種淀粉-多酚復(fù)合物中抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)均處于較低水平，可能原因是大米淀粉中直鏈淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，與淀粉絡(luò)合的多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。故推測(cè)提高直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)可更好地與多酚復(fù)合，從而提高復(fù)合物的抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表1 大米淀粉-多酚復(fù)合物中RDS、SDS、RS 質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Contents of RDS，SDS and RS in rice starch-polyphenol complexes

3 結(jié) 語

XRD 和DSC 分析表明，以金雀異黃酮、槲皮素、柚皮苷、沒食子酸、阿魏酸、咖啡酸共6 種多酚和大米淀粉為原料，通過高溫水法成功制備了大米淀粉-多酚復(fù)合物，該復(fù)合物為V 型包合物，其中大米淀粉-咖啡酸復(fù)合物中多酚質(zhì)量摩爾濃度最高，這表明咖啡酸最易與淀粉復(fù)合形成V 型包合物。淀粉-多酚復(fù)合物為球形顆粒結(jié)構(gòu)，松散聚集。體外消化實(shí)驗(yàn)表明，大米淀粉與多酚復(fù)合降低了淀粉中快消化淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提高了抗性淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。但6 種淀粉-多酚復(fù)合物的RS 值無顯著性差異，這與復(fù)合物中多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果不一致。上述實(shí)驗(yàn)表明，大米淀粉與6 種多酚的相互作用形成的V 型結(jié)構(gòu)降低了淀粉的消化性，且復(fù)合物的抗性不僅僅取決于多酚含量。顯然，提高直鏈淀粉含量可促進(jìn)淀粉和多酚的相互作用，因此可通過對(duì)淀粉脫支等方式促進(jìn)淀粉與多酚的相互作用，從而進(jìn)一步提高淀粉-多酚復(fù)合物的抗性。此外，抗性淀粉在大腸中可被腸道菌群代謝而具有益生元活性，因此，未來可重點(diǎn)研究高抗性淀粉-多酚復(fù)合物的制備及其酵解過程。