李 博，張彥軍，趙 媛，黃崇杏,*

（1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所，海南 萬寧 571533）

無籽面包果樹（Artocarpus artilis(Parkinson)Fosberg）是重要的?？颇颈炯Z食作物，原產(chǎn)北美和非洲，于1992年引進(jìn)中國[1]。近年來，我國香料飲料研究所培育出多種具有高直鏈淀粉的無籽面包果新資源，這些面包果形狀為橢圓形，表皮為墨綠色，生果肉中含有近76.7%的淀粉[2]。但成熟果實裂解率高、貨架期短，因此將這些面包果轉(zhuǎn)化為淀粉可以最大限度地發(fā)揮其價值[3]。本課題組前期對香料飲料研究所1號面包果進(jìn)行研究，結(jié)果表明，相比于伊巴丹和馬達(dá)加斯加品種，其具有較高的淀粉純度、凝膠強度、分子均一度、凝膠化溫度，較低的回轉(zhuǎn)半徑（Rg）、表面粗糙度[2]。研究發(fā)現(xiàn)面包果淀粉在改性過程中會產(chǎn)生少量淀粉-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)三元復(fù)合物，從而改善其消化性[3]，但對中國高直鏈無籽面包果淀粉三元復(fù)合物的研究目前尚鮮有報道。

Zhang Yanjun等[4]報道淀粉超聚結(jié)構(gòu)中直鏈淀粉鏈的葡萄糖單元聚集指數(shù)能顯著影響淀粉多尺度結(jié)構(gòu)，并引起斜率對數(shù)（log of slope，LOS）（多層級線性導(dǎo)數(shù)擬合）消化動力學(xué)的顯著變化[5]。因此，適度調(diào)節(jié)淀粉直鏈淀粉的聚合度可以降低與飲食相關(guān)疾病的風(fēng)險[6]。但工業(yè)化提取淀粉的純度較低（＜80%），通常在淀粉顆粒表面吸附蛋白質(zhì)和脂肪，使直鏈淀粉分子、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)在熱處理后形成三元復(fù)合物，從而改變淀粉基食品的質(zhì)地特性、凍融穩(wěn)定性、消化性。因此，直鏈淀粉結(jié)構(gòu)對三元復(fù)合體消化機理的影響逐漸成為研究熱點[7]。低不飽和度的短鏈脂肪酸和高等電點的蛋白質(zhì)（如月桂酸（lauric acid，LA）和β-乳球蛋白（β-lactoglobulin，β-LG）等）有利于淀粉三元復(fù)合體的形成[8]。Zhang Yanjun等[4]將不同類型直鏈淀粉與同一類型支鏈淀粉按質(zhì)量比1∶1混合，制備出具有不同直鏈淀粉聚合度的重組淀粉。由于天然淀粉存在緊密有序的直鏈淀粉鏈、支鏈淀粉的高密度側(cè)鏈螺旋構(gòu)象、支鏈淀粉的高度分支位阻，脂質(zhì)、蛋白質(zhì)在復(fù)合過程中較難接觸直鏈淀粉螺旋空腔，因此復(fù)合效率較低[9]。制備重組淀粉過程中淀粉首先需過度糊化，高聚集態(tài)的半晶超分子結(jié)構(gòu)幾乎完全被破壞，直鏈淀粉鏈析出且多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫砬鷳B(tài)，支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)解旋，其分支點糖苷鍵旋角發(fā)生不可逆性變大[4]。學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，收集析出、解離的不同種類直鏈淀粉和同一類型的支鏈淀粉，在二者重組過程中，不同來源的直、支鏈淀粉會進(jìn)一步減少直鏈-支鏈淀粉交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成，多數(shù)天然淀粉中直鏈淀粉的線性結(jié)構(gòu)在水相中轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺杷涨坏目砂下菪Y(jié)構(gòu)，且相比天然淀粉，重組淀粉的直鏈淀粉卷曲并伸長導(dǎo)致螺旋中葡萄糖殘基每轉(zhuǎn)高度增加，能夠容納更多的配體，重組后的支鏈淀粉相比天然淀粉分支點旋角增大、支鏈伸長導(dǎo)致復(fù)合配體進(jìn)入淀粉分子的位阻減小以及復(fù)合物形成結(jié)晶的時間縮短[7,10]。然而，直鏈淀粉聚合度對重組淀粉-LA-β-LG復(fù)合物消化機制的影響鮮有報道。

因此，本研究從5 種無籽面包果中提取具有最高聚合度的支鏈淀粉和不同聚合度的直鏈淀粉并制備重組淀粉，將其與LA和β-LG絡(luò)合，制備重組淀粉-LA-β-LG三元復(fù)合物，研究直鏈淀粉聚合度對重組淀粉三元復(fù)合物L(fēng)OS模式消化動力學(xué)的影響，旨在為淀粉基多組分食品的工業(yè)化生產(chǎn)提供新的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

5 種無籽面包果（高直鏈變種香料飲料研究所1號軟果品種（GJS）、香料飲料研究所1號嫁接菠蘿蜜果樹品種（FSS）、石梅山莊品種（SMS）、科摩羅品種（SS）和薩摩亞品種（CS））均選自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所。

β-LG凍干粉（含β-LGA和β-LGB，分析純，純度≥90%，提取自牛乳）、LA凍干粉（分析純，純度≥98%，提取自天然椰子油）德國Sigma-Aldrich公司；抗性淀粉檢測試劑盒（含淀粉葡萄糖苷酶液體、酶活力3300 U/mL，提取自黑曲霉）、葡萄糖氧化酶-過氧化物酶凍干粉（混有4-氨基安替比林，酶活力1000 U/mg，提取自黑曲霉）、α-淀粉酶固體凍干粉（酶活力100000 U/g，提取自豬胰腺）愛爾蘭Megazyme有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

高效體積排阻色譜-多角度激光光散射檢測器-示差折光檢測器（high performance size-exclusion chromatography-multi-angle laser light-scattering detector refractive index detector，HPSEC-MALLS-RI）系統(tǒng)美國Waters公司；Scientz-18ND冷凍干燥機 寧波新芝生物科技有限公司；80膠體磨 上?？苿跈C械廠；快速糊化黏性分析儀（rapid visco analyzer，RVA）瑞典波通儀器公司；UV2700紫外分光光度計 日本島津公司；LIJXN-26離心機 美國Beckman Coulter公司；Nicolet 6700傅里葉變換中紅外光譜儀（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）美國賽默飛世爾公司；TA25差示掃描量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC）美國TA公司；D8 X射線衍射儀（X-ray diffractometer，XRD）、NanoSTAR小角X射線散射（small angle X-ray scattering，SAXS）系統(tǒng) 德國布魯克公司；5100N原子力顯微鏡（atomic force microscope，AFM）日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉提取

將面包果去皮，50 ℃干燥40 h，研磨成粉，將其與蒸餾水按質(zhì)量比1∶3混合，然后在膠體磨中細(xì)化10 min，漿液過200 目濾布，濾液離心（3000×g、15 min），收集沉淀物。沉淀物按質(zhì)量比1∶3加入0.5 mol/L Na2S2O3溶液反應(yīng)36 h，然后離心（3000×g、15min），收集沉淀物并刮去褐色表皮，用體積分?jǐn)?shù)50%乙醇溶液洗3 次，在50 ℃真空干燥直至水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于8%，過200 目篩，得純淀粉[11]。

1.3.2 直鏈與支鏈淀粉分離

將淀粉用蒸餾水配制為質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的淀粉懸浮液，并于140 ℃油浴1 h制備淀粉糊化液，將該解離液于5000×g離心20 min，收集上清液，然后按體積比1∶1加入無水乙醇靜置12 h，并于6000×g離心20 min，收集沉淀，即為提取的直鏈淀粉。

將上述沉淀物與甲醇完全混合，制備80 g/100 mL溶液，通過離心（6000×g，20 min）收集沉淀得支鏈淀粉，干燥后保存待用[4]。

1.3.3 聚合度及分子質(zhì)量測定

將0.05 g/100 mL淀粉溶液（二甲基亞砜為溶劑）進(jìn)樣于HPSEC-MALLS-RI系統(tǒng)，柱溫60 ℃，進(jìn)樣速率0.3 mL/min。用ASTRA軟件處理數(shù)據(jù)得重均分子質(zhì)量（mw）、數(shù)均分子質(zhì)量（mn）、分子分散度（polydispersity index，PI，PI=mw/mn）、Rg、分子密度指數(shù)（ρ）。聚合度采用mw除以162計算獲得。分子構(gòu)型指數(shù)（vf）通過動態(tài)分子質(zhì)量和動態(tài)均方Rg曲線的斜率對數(shù)擬合得出[12]。

1.3.4 不同直鏈淀粉聚合度重組淀粉制備

根據(jù)1.3.3 節(jié)支鏈淀粉聚合度和血糖生成指數(shù)（glycemic index，GI）結(jié)果，GJS樣品提取的支鏈淀粉具有最高的聚合度（389624.79）和最低GI（88.95）。因此，將GJS的支鏈淀粉分別與GJS、CS、SS、SMS、FSS的直鏈淀粉分別按質(zhì)量比1∶1混合，將各混合淀粉均按質(zhì)量比1∶1添加蒸餾水，并于180 ℃充分糊化20 min，然后于4 ℃凝沉72 h制備重組淀粉，重組淀粉于60 ℃干燥24 h。不同直鏈淀粉聚合度的重組淀粉分別命名為GJS’、FSS’、SMS’、SS’、CS’[13]。

1.3.5 三元復(fù)合物的制備及黏度特性分析

在RVA鋁桶中加入2.0 g重組淀粉樣品、100 mg LA、200 mgβ-LG、20.0 g蒸餾水，利用0.3 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至8.0，定容使總質(zhì)量達(dá)28.0 g。利用RVA的Stander 1程序進(jìn)行絡(luò)合（95 ℃、5.0 min、160 r/min），絡(luò)合過程如圖1所示[5]：首先，樣品在RVA內(nèi)部達(dá)到淀粉的成糊溫度，淀粉顆粒吸水溶脹，其超聚結(jié)構(gòu)裂解，直鏈淀粉和支鏈淀粉析出并產(chǎn)生熱凝膠化效應(yīng)，使黏度逐漸增加至臨界膠束濃度（即最大黏度）；在最大黏度峰和最小黏度峰的區(qū)間內(nèi)，解離的直鏈淀粉非極性疏水空腔與蛋白質(zhì)和脂肪酸通過分子間作用力相互吸引；在最小黏度峰和最終黏度的溫度區(qū)間內(nèi)，首先直鏈淀粉與蛋白質(zhì)和脂肪酸通過結(jié)合位點發(fā)生復(fù)合形成I型和II型復(fù)合物；最后，直鏈淀粉復(fù)合物、未復(fù)合的游離直鏈淀粉分子與支鏈淀粉分子進(jìn)行半結(jié)晶重組從而形成完整的三元復(fù)合物顆粒[9]。利用體積分?jǐn)?shù)50%的乙醇溶液洗滌三元復(fù)合物，使用液氮將復(fù)合物快速凝沉，于60 ℃干燥至水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于8%，將不同直鏈淀粉聚合度的復(fù)合物樣品命名為GJS’-β-LG-LA、FSS’-β-LG-LA、SMS’-β-LGLA、SS’-β-LG-LA、CS’-β-LG-LA。

圖1 重組淀粉樣品的復(fù)合過程Fig.1 Changes in viscosity and temperature during complexation of recombinant starch samples

1.3.6 復(fù)合指數(shù)（complexing index，CI）分析

向100 mg淀粉（干基）中加入1 mL體積分?jǐn)?shù)10%乙醇溶液與9 mL 0.9 mol/L NaOH溶液。將該分散液沸水浴10 min，冷卻后稀釋至100 mL，取2.5 mL此稀釋液繼續(xù)稀釋至50 mL，將其與1 mL I2-KI進(jìn)行顯色反應(yīng)20 min，利用紫外分光光度計于620 nm波長處測定吸光度，以馬鈴薯直鏈淀粉為標(biāo)準(zhǔn)品，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線方程y=2.4607x＋0.0319（R2=0.9992）計算直鏈淀粉含量[14]。CI按式（1）計算。

1.3.7 淀粉的LOS模式一級消化動力學(xué)分析

根據(jù)Zhen Yiyuan等[5]的方法，將200 mg淀粉（干基）和15 mL 0.2 mol/L醋酸鈉溶液（pH 5.2）混勻。將10 mL含有290 U/mL胰腺α-淀粉酶和15 U/mL淀粉葡萄糖苷酶的酶混液加入上述淀粉懸液，于37 ℃、150 r/min水浴振蕩。在酶解0、10、20、30、40、50、60、90、120、180、360、540 min時取樣，收集上清液0.5 mL，加入4.5 mL無水乙醇滅酶，加入葡萄糖氧化酶-過氧化物酶進(jìn)行顯色反應(yīng)，測定對應(yīng)時間點葡萄糖濃度。酶解率按式（2）計算。淀粉樣品酶解曲線遵循一級動力學(xué)方程，如式（3）、（4）所示。

式中：Gt為淀粉被酶解至t時間后轉(zhuǎn)化的葡萄糖質(zhì)量/mg；C為在t時刻時消化酶酶解淀粉后所產(chǎn)生葡萄糖的濃度/%；Cf∞為最終平衡濃度/%；k為一級動力學(xué)速率常數(shù)/（10-2min-1）。

將基于上式的LOS消化動力學(xué)轉(zhuǎn)化為二階有限差分方程[5]，如式（5）所示。

式中：ki和Ci∞（i=1，2，3，…，f）分別表示對應(yīng)ti（i=1，2，3，…，f）時間拐點內(nèi)的多層級動力學(xué)速率常數(shù)和平衡濃度，f為水解最終階段。

利用二階拆分法獲取LOS擬合線段[ln[（C3-C1）/（t3-t1）]、ln[（C3-C1）/（t3-t1）]…]，對應(yīng)時間間隔拆分為[（t3＋t1）/2，（t4＋t2）/2…]。

分別按式（6）、（7）計算曲線下面積（area under curve，AUC）和酶解指數(shù)（hydrolysis index，HI）。GI是測試樣品基于對比參考食物白面包的餐后血糖應(yīng)答等級[15]，按式（8）計算。

1.3.8 半晶結(jié)構(gòu)表征

利用FTIR的智能ATR附件于4000～400 cm-1范圍內(nèi)進(jìn)行掃描全波長；對1200～800 cm-1處透光度進(jìn)行卷積，計算I1047cm-1/I1022cm-1用于分析短程分子有序性。

1.3.9 晶體結(jié)構(gòu)分析，

使用XRD掃描樣品得晶體特征曲線，掃描范圍為4°～40°，步長2°、掃描速率為4°/min。用JADE 6.5軟件計算相對結(jié)晶度（relative crystallinity，Rc）。

1.3.10 熱力學(xué)特性探究

將2 mg樣品（干基）與6 μL蒸餾水在坩堝中密封靜置12 h，用DSC測定樣品的起始溫度（To）、峰值溫度（Tp）、凝膠化溫度（Tc）、凝膠化溫度范圍（R，R為Tc與To之間的差值）和糊化焓（ΔHg）。儀器參數(shù)：溫度范圍10～120 ℃，加熱速率10 ℃/min。

1.3.11 半晶片層結(jié)構(gòu)解析

利用SAXS表征樣品片層結(jié)構(gòu)[16]，其二維散射光斑數(shù)據(jù)用于計算0.015＜q＜0.2 ?－1范圍內(nèi)的一維散射曲線，高斯函數(shù)公式如式（9）所示。

式中：r為空間距離/?；q為散射矢量/?－1；I（q）為散射強度；d為片層結(jié)構(gòu)厚度/nm。

結(jié)合式（9）計算得出強散射峰位置（q1）、半晶片層厚度（d）、非晶相片層厚度（da）和結(jié)晶相片層厚度（dc）。

此外，樣品分子內(nèi)部質(zhì)量分形維數(shù)（mass fractal dimension，Dm）可按式（10）計算。

式中：α為分形幾何指數(shù)，可由I（q）計算得出。

非晶相片層與結(jié)晶相片層之間存在可定量的特征間距（ξ），ξ和結(jié)晶相片層內(nèi)微晶單元的平均特征長度（ξc）分別按式（11）、（12）計算。

1.3.12 納米分形形貌解析

利用AFM輕敲模式掃描2 μm×2 μm樣品得納米微結(jié)構(gòu)均方根粗糙度（Rq）和納米表面平均粗糙度（Ra）以及三維掃描圖[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用方差分析進(jìn)行差異顯著性分析。采用Origin Pro 2023軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合、圖表繪制和圖像處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 5 種無籽面包果直鏈淀粉和支鏈淀粉的聚合度、GI

根據(jù)mw除以162計算得出，CS、SS、SMS、FSS、GJS直鏈淀粉聚合度分別為13450.22、20017.39、25290.01、36017.07、40242.27，CS、SS、SMS、FSS的支鏈淀粉聚合度分別為125512.65、258646.17、319198.29、339171.66。CS、SS、SMS、FSS的支鏈淀粉GI分別為91.77、93.85、98.85、99.69。與CS、SS、SMS、FSS樣品相比，GJS樣品提取的支鏈淀粉具有最高的聚合度（389624.79）和最低GI（88.95）。因此，將GJS的支鏈淀粉分別與GJS、CS、SS、SMS、FSS的直鏈淀粉混合的重組淀粉，用于制備三元復(fù)合物。

2.2 三元復(fù)合物的一階消化動力學(xué)

圖2為三元復(fù)合物樣品的一階消化動力學(xué)擬合曲線。根據(jù)圖2計算二階差分LOS線段，每條線段代表一個消化動力學(xué)階段，如圖3所示，每個樣品均具有兩條斜率與截距完全不同的LOS線，表明每個樣品的消化過程中均經(jīng)歷了兩個完全不同的酶解動力學(xué)階段，存在兩種酶解位點，因此均具有兩個C∞與k值，分別對應(yīng)C1∞、C2∞、k1、k2[18]。根據(jù)Kim等[19]的報道，這兩種酶解位點可能分別位于無定形區(qū)以及結(jié)晶區(qū)與無定性區(qū)之間的缺陷晶層。Zhen Yiyuan等[5]研究大米淀粉三元復(fù)合物的LOS動力學(xué)得到相似的結(jié)果。

圖2 三元復(fù)合物樣品的一階消化動力學(xué)擬合曲線Fig.2 First-order kinetic fitting curves of digestion of complexes

圖3 樣品的LOS一階消化動力學(xué)模型Fig.3 LOS plots of first-order digestion kinetic models of samples

如表1所示，隨著復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加，樣品的C1∞、C2∞分別由69.02%、70.97%降低至60.33%、61.97%；k2從1.00×10-2min-1升高至2.92×10-2min-1，k1則無明顯變化規(guī)律。根據(jù)Kim等[19]的報道，隨著直鏈淀粉聚合度的增加，在復(fù)合過程中直鏈淀粉對游離配體的締合能力和直鏈淀粉的重結(jié)晶能力逐漸增強，導(dǎo)致抗酶解能力增強，因此復(fù)合物直鏈淀粉聚合度與C1∞、C2∞呈負(fù)相關(guān)。Rahaman等[20]報道，隨著復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加，缺陷微晶基質(zhì)內(nèi)消化酶對相應(yīng)支鏈淀粉側(cè)鏈α-糖苷鍵的可及性被加強，使淀粉顆粒更迅速地從C1∞酶解至C2∞，這與本研究中復(fù)合物直鏈淀粉聚合度與k2呈正相關(guān)的結(jié)果一致。此外，三元復(fù)合物樣品的t1（150 min）和t2（540 min）均相同，且k1（4.02×10-2～8.27×10-2min-1）與直鏈淀粉聚合度呈弱相關(guān)，此結(jié)果可能與樣品無定形區(qū)非線性直鏈淀粉鏈的異質(zhì)性較大有關(guān)[21]。

如表1所示，5 種三元復(fù)合物的HI為69.73～82.47、GI為78.83～85.71。根據(jù)Go?i等[22]的分類，本研究5 種樣品均屬于高GI食物（GI＞70），且隨著直鏈淀粉聚合度的增加，三元復(fù)合物的HI和GI降低。這可能歸因于復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的升高會增加直鏈-支鏈分子交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的緊密度、表面微結(jié)構(gòu)的致密性，導(dǎo)致形成更強的物理屏障，從而降低了消化酶對底物的可及性，延緩了血糖代謝使C∞、HI和GI降低[20]。Cai Canxin等[15]報道大米淀粉復(fù)合物的HI和GI為88.6～93.9和88.4～91.2，Zhen Yiyuan 等[5]報道大米淀粉復(fù)合物的k1和k2為6.75×10-2～6.98×10-2min-1和1.68×10-2～1.88×10-2min-1，與本研究結(jié)果相似。

2.3 三元復(fù)合物的半晶結(jié)構(gòu)特征

FTIR和XRD圖譜可以用于評估重組淀粉復(fù)合體的半晶結(jié)構(gòu)。如圖4所示，5 種復(fù)合物樣品的在FTIR全譜均在1540 cm-1和2846 cm-1處觀察到振動峰，這些峰與脂肪酸亞甲基上的羰基和C—H鍵的不對稱伸縮振動以及蛋白質(zhì)內(nèi)部氨基酸酰胺II帶的形變振動相關(guān)，表明重組淀粉與脂肪酸和蛋白質(zhì)成功復(fù)合。如圖5所示，支鏈淀粉鏈的支化方式、直鏈-支鏈淀粉微晶單元的堆積方式為偏序型，使復(fù)合物最終呈現(xiàn)V型結(jié)晶反射，均在2θ為13°、20°處存在衍射峰。如表2和圖6所示，隨著直鏈淀粉聚合度的增加，1540 cm-1和2846 cm-1處峰強度、CI（68.81%～83.55%）、短程有序性（I1047cm-1/I1022cm-10.44～0.63）、Rc（21.10%～28.35%）均增加。結(jié)合三元復(fù)合物CI和消化動力學(xué)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，隨著直鏈淀粉聚合度的升高，三元復(fù)合物CI和GI同時增加，這可能是由于三元復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的升高會增加線性直鏈葡聚糖最佳絡(luò)合位點的數(shù)量，使直鏈淀粉螺旋空腔中的(4→1)-α、(1→4)-α-CH2O橋基結(jié)合脂肪酸疏水尾部和蛋白質(zhì)多肽極性側(cè)鏈的能力提高，增加了晶核成核速度，促進(jìn)了更多V型結(jié)晶復(fù)合物的形成[23]。此現(xiàn)象會進(jìn)一步導(dǎo)致三元復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)中的羥基體積增大、支鏈淀粉簇的納米結(jié)節(jié)致密度增加，因而增加了淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)的空間位阻密集度，導(dǎo)致酶分子的結(jié)合率降低，從而降低GI[24]。綜上所述，隨著復(fù)合物直鏈淀粉聚合度增加，樣品的CI、顆粒內(nèi)部有序結(jié)構(gòu)數(shù)量增加，導(dǎo)致了C2∞、GI的降低。Kawai等[14]報道馬鈴薯淀粉復(fù)合物的CI為68%～85%；Cai Jingjing等[25]報道了馬鈴薯、玉米、小麥淀粉復(fù)合物的Rc為30.3%～33.2%；Lin Li等[23]發(fā)現(xiàn)大米淀粉復(fù)合物的短程有序性為0.542～0.544，上述報道與本研究結(jié)果相似。

表2 復(fù)合物樣品的CI、I1047cm－1/I1022cm－1和RcTable 2 CI,I1047cm－1/I1022cm－1 and Rc of complex samples

圖4 樣品短程結(jié)構(gòu)的FTIR圖譜Fig.4 FTIR spectra of short-range order structures in starch samples

圖5 復(fù)合物樣品的XRD圖譜Fig.5 XRD patterns of complex samples

圖6 樣品短程結(jié)構(gòu)的FTIR去卷積光譜Fig.6 Deconvoluted FTIR spectra of short-range order structures in starch samples

2.4 三元復(fù)合物的熱力學(xué)特性

如圖7所示，5 種復(fù)合物樣品均具有3 個熱力學(xué)特征峰，峰1為游離脂肪酸熔融峰（39.78～42.05 ℃）、峰2為I型復(fù)合物的凝膠化峰（56.68～60.11 ℃）、峰3為IIb型復(fù)合物（98.52～103.71 ℃）。圖中并未顯示IIa型復(fù)合物峰，這可能是由于IIa型復(fù)合物與未復(fù)合的凝沉淀粉有相似的凝膠化溫度從而匯聚成一條寬截面曲線[26]。如表3所示，隨著復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加，樣品的凝膠化溫度范圍、Tp、ΔHg分別從19.42 ℃、98.52 ℃、13.95 J/g增加到26.69 ℃、103.71 ℃、18.73 J/g。結(jié)果表明，復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加可以增加晶格單元在無形性介質(zhì)中交聯(lián)的有序性、晶胞內(nèi)V6/7/8型雙螺旋（一個螺旋單元有6/7/8 個脫水葡萄糖單元）單元的有序性、晶胞內(nèi)雙螺旋單元的數(shù)量[21]。高直鏈淀粉復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的升高可使復(fù)合物具有較高的CI、短程有序性和Rc，從而引起更多更有序的晶胞交聯(lián)結(jié)構(gòu)聚集，導(dǎo)致復(fù)合物更難熔融以及被酶解。Cai Jingjing等[25]報道玉米、馬鈴薯、小麥淀粉復(fù)合物的Tp為98.7～100.5 ℃。此外，直鏈淀粉聚合度與I型復(fù)合物的凝膠化溫度范圍、Tp、ΔHg呈現(xiàn)較弱的相關(guān)性。

表3 復(fù)合物樣品的凝膠化溫度范圍（R）、Tp和ΔHg Table 3 Ranges of gelation temperature (R),Tp and ΔHg of complex samples

圖7 復(fù)合物樣品的DSC曲線Fig.7 DSC curves of complex samples

2.5 三元復(fù)合物的多尺度超分子結(jié)構(gòu)

2.5.1 片層結(jié)構(gòu)特征

淀粉的多尺度超分子結(jié)構(gòu)常用SAXS、動態(tài)分子質(zhì)量以及AFM等手段評估[27]。如圖8所示，所有樣品中均在約0.5 nm-1處顯示出不明顯的寬峰，可能與周期長度約13 nm的未復(fù)合質(zhì)量分形結(jié)構(gòu)相關(guān)，而樣品的強峰q1位于3.71～3.72 nm-1處，表明所有絡(luò)合物樣品都有V 100-B型螺旋間反射[16]。然而，XRD分析并未檢測到V＋B型峰，這可能是因為V 100-B型螺旋晶胞間距較小、布拉格間距過大導(dǎo)致[28]。2D散射圖（圖9）表明出復(fù)合物樣品均具有不均勻的環(huán)狀近晶相非周期結(jié)構(gòu)，這種分形聚集體又被稱為“兩相非顆粒體系分子結(jié)構(gòu)”[16]，此結(jié)果與上述復(fù)合物樣品具有兩種酶解位點互相印證。

圖8 三元復(fù)合物樣品的SAXS圖譜Fig.8 SAXS curves of complexes

如表4所示，隨著復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加，片層結(jié)構(gòu)參數(shù)d（3.20～4.82 nm）、da（1.60～2.62 nm）、dc（1.60～2.20 n m）、Dm（1.28～1.81）、ξ（4.54～5.53 ?）、ξc（6.33～7.01 ?）均降低。此結(jié)果表明復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加可以加強復(fù)合物球晶邊緣之間的超共軛效應(yīng)，進(jìn)而增加分子間的靜電吸附力，使整個半晶片層體系電子云密度和片層結(jié)構(gòu)內(nèi)容物的均勻性升高、微晶單元致密性增加。此外，Lu Xuanxuan等[16]認(rèn)為，復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加不僅會使片層結(jié)構(gòu)更緊致，還會使復(fù)合物在熔融或酶解時羥基暴露的體積增大，從而使結(jié)合水/酶分子位點的活性降低，導(dǎo)致Tp、R、ΔHg、k2增加和C∞、GI值減小。Zhen Yiyuan等[5]報道大米淀粉三元復(fù)合物的da和dc分別為1.84～2.23 nm和1.75～2.02 nm，其與本實驗結(jié)果相似。

表4 復(fù)合物樣品半晶片層特征Table 4 Characteristics of lamellar structure of complex samples

2.5.2 分子構(gòu)型參數(shù)

如圖10和表5所示，折射率色譜圖顯示出明顯的三元復(fù)合物峰（106～107Da），這與FTIR和DSC圖譜的結(jié)果一致。此外，分子質(zhì)量曲線導(dǎo)數(shù)擬合后發(fā)現(xiàn)，分子自旋態(tài)達(dá)到最終態(tài)時樣品呈現(xiàn)的有效構(gòu)象指數(shù)（νf）接近于1，表明復(fù)合物樣品均為蓬松棒狀分子構(gòu)型，說明高摩爾質(zhì)量的球晶核主要隨機分布在兩相非顆粒體系分子結(jié)構(gòu)的外部[29]，這與復(fù)合物直鏈淀粉聚合度對樣品中I型復(fù)合物熱力學(xué)參數(shù)以及k1影響較弱相關(guān)。

表5 分子構(gòu)型特征參數(shù)與納米微表層粗糙度Table 5 Characteristic parameters of molecular configuration and nanosurface roughness

圖10 樣品的多角度激光光散射信號和分子質(zhì)量分布（A）以及折射率色譜圖（B）Fig.10 Multiangle laser light-scattering signals and molecular mass distribution (A) and chromatograms of refractive index of samples (B)

分子構(gòu)型參數(shù)結(jié)果表明，隨著復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加，mn（1.02×106～3.67×106Da）、m w（2 .90 × 106～8 .02 × 106Da）、ρ（3 .50～23 .07 g/（mol·nm3））均增大，Rg（70.31～93.94 nm）、PI（2.18～2.85）則減?。ū?）。上述結(jié)果可能歸因于，在絡(luò)合過程中隨著直鏈淀粉聚合度的增加，支鏈淀粉糖苷鍵構(gòu)象旋角的角度減小、V8直鏈淀粉單螺旋包合物含量增加，導(dǎo)致d、Dm、ξ、ξc減少，Rc、CI增加[12]。此外，Wang Shujun等[30]報道，復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加可以增強支鏈淀粉游離側(cè)鏈的空間位阻，增強其抗熱解性，從而引起GI值減小。

2.5.3 顆粒表面納米微結(jié)構(gòu)

Rq表示形成于顆粒表面并連接至淀粉顆粒內(nèi)部的“止水塞”突起結(jié)構(gòu)尺寸[17]。如圖11和表5所示，隨著復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加，樣品Rq和Ra分別由15.03 nm和12.93 nm降低至7.05 nm和4.88 nm。基于此推測復(fù)合過程中直鏈淀粉聚合度的升高使直鏈淀粉鏈間相鄰糖苷氧O6與O2/O3之間形成更多的氫鍵，導(dǎo)致“止水塞”突起結(jié)構(gòu)尺寸降低[31]。這一變化還可能引起d、ξc、Rg減少、mw、CI、Rc、短程有序性增加，導(dǎo)致顆粒表面空腔數(shù)量、粗糙度、分形維數(shù)、海綿狀結(jié)構(gòu)減少（圖11），使Tp增加和C∞降低。Chen Long等[17]報道馬鈴薯復(fù)合物的Rq和Ra分別為4.42～10.30 nm和3.58～8.16 nm，與本研究結(jié)果相似。

2.6 多元神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果

為進(jìn)一步篩選對體外消化動力學(xué)有極顯著影響的結(jié)構(gòu)因素（相關(guān)性系數(shù)（r）大于0.99或小于-0.99，P＜0.01），本實驗基于鄰接矩陣和Fruchterman-Reingold算法進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析。如圖12所示，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要包含兩個區(qū)域，內(nèi)部區(qū)連接點包括C1∞、C2∞、k2、GI、CI、Rc、R、Tp、ΔHg、d、da、Dm、ξ、mw、Rg、PI、Rq，表明這些參數(shù)在P＜0.01水平上極顯著相關(guān)。Zhang Yutong等[32]同樣報道了變性菠蘿蜜淀粉的HI、GI、C∞呈極顯著正相關(guān)（r＞0.99、P＜0.01）。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)由外部散點組成，包括k1、ρ、I1047cm-1/I1022cm-1、ξc、dc，表明這些參數(shù)之間在P＜0.01水平上無顯著相關(guān)性，但ρ、I1047cm-1/I1022cm-1、ξc、dc與C1∞、C2∞、k2、GI在P＜0.05水平上呈顯著相關(guān)，本研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合物具有“兩相非顆粒體系”以及多消化位點，說明ρ、I1047cm-1/I1022cm-1、ξc、dc在復(fù)合物直鏈淀粉聚合度對消化動力學(xué)的影響機制中只對“單相非顆粒體系”以及專一消化位點有顯著影響，其他極顯著結(jié)構(gòu)因素則對復(fù)合物兩種酶解位點均具有顯著影響。綜上所述，復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的變化可以極顯著地改變復(fù)合物消化性。

圖12 復(fù)合物體外消化動力學(xué)影響因素的多元神經(jīng)網(wǎng)路分析圖Fig.12 Multivariate neural network analysis of factors influencing in vitro digestion kinetics of ternary complexes

3 結(jié)論

本實驗探究了直鏈淀粉聚合度對重組無籽面包果淀粉-β-LG-LA復(fù)合物消化性的影響機制。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合物樣品均呈現(xiàn)V型結(jié)晶結(jié)構(gòu)、棒狀分子構(gòu)型，均具有較高的三元復(fù)合率。隨著直鏈淀粉聚合度的增加，樣品的d、da、Dm、ξ、ξc、dc、Rq減少，CI、I1047cm-1/I1022cm-1、Rc、mw、PI、ρ、R、Tp、ΔHg增加，導(dǎo)致消化動力學(xué)參數(shù)C1∞、C2∞、GI降低，k2增加。結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合物顆粒內(nèi)、外部超顯微結(jié)構(gòu)對消化性有極顯著影響（r＞0.99或r＜-0.99、P＜0.01）。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合物直鏈淀粉聚合度的增加可以增強在螺旋內(nèi)、螺旋間、晶胞單元內(nèi)、納米片層結(jié)構(gòu)內(nèi)的分子間、分子內(nèi)相互作用，導(dǎo)致多層級超結(jié)構(gòu)有序度、致密性增加，使顆粒表層納米“止水塞”突起尺寸、空腔數(shù)量、分形維數(shù)顯著減少，導(dǎo)致顆粒熱溶脹能力下降，從而使LOS消化動力學(xué)降低。本研究結(jié)論可為針對不同營養(yǎng)需求人群的多組分食品研發(fā)提供新的理論參考。