郁映濤，曹少攀，肖劉洋，黃繼鵬，高 穎，陸 雪，韓立宏

（北方民族大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，食品生產(chǎn)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，寧夏 銀川 750021）

淀粉是自然界常見的一種天然高分子聚合物，由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成[1]。直鏈淀粉是由葡萄糖單元經(jīng)α-1,4-葡萄糖苷鍵連接而成的線性聚合物，支鏈淀粉則是由α-1,4-糖苷鍵和α-1,6-糖苷鍵所連接的高度分支的葡聚糖[2]。直鏈淀粉可形成左手螺旋，并與脂肪酸、單甘油酯和溶血磷脂等分子相互作用形成復(fù)合物[3-4]。其中直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的形成可以改變淀粉的性質(zhì)和功能，如降低淀粉在水中的膨脹度和溶解度、改變淀粉糊的流變性能、降低淀粉凝膠剛性、延緩淀粉老化、提高淀粉的抗逆性和糊化溫度[5-7]。因此，直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的形成及其對淀粉系統(tǒng)功能的影響是食品工業(yè)和營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[6]。

淀粉的結(jié)構(gòu)特性是影響淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物形成的關(guān)鍵因素之一[8-11]。直鏈淀粉和支鏈淀粉都可與脂質(zhì)發(fā)生復(fù)合反應(yīng)，但由于支鏈淀粉側(cè)鏈鏈長較短及空間位阻的影響，導(dǎo)致其很難與脂質(zhì)配體形成穩(wěn)定的復(fù)合物[7]。因此，淀粉中直鏈淀粉是決定淀粉與脂質(zhì)復(fù)合程度及其復(fù)合物性能的關(guān)鍵性因素。通常淀粉中直鏈淀粉含量和聚合度（degree of polymerization，DP）越高，同等條件下形成的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物越多[12-13]。Garcia等[10]研究發(fā)現(xiàn)，將不同直鏈淀粉含量的玉米淀粉與單硬脂酸甘油酯復(fù)合明，高直鏈玉米淀粉更易與單硬脂酸甘油酯形成淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物。故可通過改變淀粉中直鏈淀粉含量來調(diào)節(jié)淀粉與脂質(zhì)的復(fù)合能力。Tu Dongkun等[14]研究了凍融處理結(jié)合酶法脫支處理對蓮子淀粉-單硬脂酸甘油酯復(fù)合物結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)凍融處理破壞了淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，形成了便于普魯蘭酶進(jìn)入顆粒內(nèi)部的孔隙，普魯蘭酶去分支后增加了淀粉中直鏈淀粉含量，進(jìn)而促進(jìn)了淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的形成。

近幾十年來，超聲波改性技術(shù)因綠色、高效、低成本的特點(diǎn)而受到食品工業(yè)界的高度關(guān)注[15]。有研究表明，超聲波可以通過機(jī)械作用切斷聚合物的鏈，斷裂支鏈淀粉的側(cè)鏈，產(chǎn)生更多的線性分子，從而增加稻米淀粉中直鏈淀粉的含量[16]；而Han Lihong等[17]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)超聲處理后沙米淀粉的直鏈淀粉含量、支鏈淀粉分子質(zhì)量、膨脹度和溶解度均低于天然淀粉。超聲波對淀粉的影響差異可歸因于處理參數(shù)（如超聲頻率、超聲功率、超聲明間和超聲溫度）、淀粉特性（如組成和物理狀態(tài)）和懸浮液濃度的不同[18-19]。已有研究報道熱鋪助超聲處理可顯著影響淀粉中直鏈淀粉含量[20]和DP[21]。此外，Zhang Xiaolei等[22]的研究表明，豌豆淀粉在添加脂質(zhì)前進(jìn)行超聲預(yù)處理比添加脂質(zhì)后再超聲處理更有利于其與脂質(zhì)形成復(fù)合物。然而，迄今為止，熱鋪助超聲處理對淀粉脂質(zhì)復(fù)合能力的影響尚未完全揭示，特別是缺乏從淀粉結(jié)構(gòu)的角度對其進(jìn)行闡釋，這阻礙了熱鋪助超聲處理淀粉的合理應(yīng)用。

因此，本研究以玉米淀粉為原料，旨在分析不同溫度的超聲處理對淀粉脂質(zhì)復(fù)合能力的影響，并從超聲處理前后淀粉顆粒多尺度結(jié)構(gòu)（顆粒外貌形態(tài)結(jié)構(gòu)、分子鏈結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、短程結(jié)構(gòu)）變化的角度探究不同溫度超聲處理改變淀粉脂質(zhì)復(fù)合能力的內(nèi)在機(jī)理，以期為超聲波技術(shù)在淀粉改性領(lǐng)域的高效應(yīng)用提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

普通玉米淀粉 中國寧夏銀川新昊潤食品公司。

氰基硼氫化鈉、8-氨基芘-1,3,6-三磺酸三鈉鹽（8-aminopyrene-1,3,6-trisulfonate sodium salt，APTS）、溴化鋰、二甲基亞砜（dimethyl sulfoxide，DMSO）、氫氧化鈉、醋酸鈉 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；月桂酸/十二酸（dodecanoic acid，DA）、α-胰淀粉酶（50 U/mg）、糖化酶（30～60 U/mg） 美國Sigma公司；D-葡萄糖試劑盒、K-AMYL直鏈淀粉/支鏈淀粉試劑盒 愛爾蘭Megazyme公司；本研究中使用的所有化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DSC 214差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，D S C）儀 德國耐馳公司；RVATecMaster快速黏度分析儀（rapid visco analyzer，RVA）澳大利亞Newport科學(xué)儀器公司；S-3400掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM） 日本日立高新技術(shù)公司；C2+激光掃描共聚焦顯微鏡（confocal laser scanning microscope，CLSM） 日本尼康有限公司；GPC 220凝膠滲透色譜儀 美國安捷倫科技公司；ICS-5000+高壓離子色譜系統(tǒng) 美國賽默飛世爾科學(xué)公司；SmartLab X射線衍射儀 日本RIGAKU理學(xué)公司；BILON92-IIL超聲波細(xì)胞粉碎機(jī) 北京比朗實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；UV-5500紫外-可見分光光度計 上海元析儀器公司；GTR10-2冷凍離心機(jī) 湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司；AL104分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；101-3-BS-II電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 超聲處理玉米淀粉

在玉米淀粉中以料液比1∶10（m/V）加入蒸餾水，靜置2 h，在不同溫度（0、20、40、60 ℃）的循環(huán)水浴條件下超聲處理20 min，超聲功率300 W，處理模式為間歇式（超聲2 s、間歇2 s）。超聲結(jié)束后，懸浮液在3 000 r/min下離心10 min，棄去上清液，沉淀于40 ℃下熱風(fēng)干燥，過100 目篩，所得產(chǎn)物分別標(biāo)記為US-0、US-20、US-40、US-60，天然淀粉標(biāo)記為NS，密封、備用。

1.3.2 玉米淀粉-月桂酸復(fù)合物的制備

參照Chao Chen等[6]的方法制備玉米淀粉-月桂酸復(fù)合物。準(zhǔn)確稱取2.5 g淀粉樣品于RVA專用鋁盒中，加入62.5 mg月桂酸，加入去離子水使體系總質(zhì)量達(dá)到28.0 g，使用RVA儀的standard1程序制備淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物。RVA程序結(jié)束后，淀粉糊一部分用于測定復(fù)合指數(shù)，剩余部分凍干磨粉，過100 目篩，4 ℃保存?zhèn)溆?。制備的?fù)合物分別標(biāo)記為US-0-DA、US-20-DA、US-40-DA、US-60-DA，天然淀粉與脂質(zhì)的復(fù)合物標(biāo)記為NS-DA。

1.3.3 復(fù)合指數(shù)測定

參考Chao Chen等[6]的方法測定玉米淀粉-月桂酸復(fù)合物的復(fù)合指數(shù)（complex index，CI）。稱取1.3.2節(jié)制備的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物糊4.0 g于50 mL離心管中，在離心管中加入20 mL預(yù)熱至50 ℃的去離子水，將混合物旋渦振蕩均勻后，取出40 μL均勻懸浮液加入至裝有15 mL去離子水的離心管中，然后加入2.0 mL碘溶液（2.0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）KI、1.3% I2），混合均勻后在620 nm波長處測定混合物的吸光度。每次實(shí)驗(yàn)以相對應(yīng)的純淀粉制備的淀粉糊作為對照。CI按式（1）計算。

式中：A為純淀粉糊的吸光度；ASL為淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的吸光度。

1.3.4 SEM觀察

采用SEM觀察淀粉顆粒的表面形貌。用雙面導(dǎo)電膠將淀粉樣品固定于樣品臺上，在離子濺射儀上噴金處理180 s，然后在加速電壓15.0 kV條件下觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)（放大2 000 倍）。

1.3.5 激光掃描共聚焦顯微鏡觀察

采用CLSM觀察淀粉樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。將2.0 mg淀粉樣品與4.0 μL的氰基硼氫化鈉（1 mol/L）和4.0 μL的APTS（10 mmol/L）混合，然后將淀粉樣品懸浮于20 μL的甘油-水溶液（1∶1，V/V）中，滴加一滴處理的淀粉樣品于載玻片上并用CLSM拍攝圖像。鏡頭為100×油鏡，數(shù)值孔徑為1.4，激光發(fā)射波長為500～600 nm。

1.3.6 熱特性分析

參考Angelidis等[23]的方法使用DSC儀測試淀粉及淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物樣品的熱特性。稱取3.0 mg樣品于DSC專用鋁制坩堝中，加入12.0 μL去離子水，密封壓蓋，4 ℃平衡24 h后，以密封壓蓋的空鋁盒為參照進(jìn)行熱特性分析。測定參數(shù)：氮?dú)饬魉贋?0 mL/min，溫度掃描范圍為20～120 ℃，升溫速率為10 ℃/min。根據(jù)熱譜圖計算樣品的糊化起始溫度（To）、峰值溫度（Tp）、終止溫度（Tc）和糊化焓（ΔH）。

1.3.7 結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析

利用X射線衍射儀測定淀粉及淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的結(jié)晶特性。測定參數(shù)：特征射線Cu-Kα、管壓40 kV、電流100 mA、步寬0.02°、掃描速率2（°）/min、測量角度2θ范圍5°～35°。結(jié)晶峰面積與總峰面積的比值即為淀粉的相對結(jié)晶度。使用Jade 6軟件計算淀粉樣品的相對結(jié)晶度[24]。

1.3.8 拉曼光譜分析

采用激光共聚焦顯微拉曼光譜儀（laser confocal micro-Raman，LCM-Raman）對淀粉及淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物樣品進(jìn)行拉曼光譜分析，所選激光器的波長為785 nm。將適量樣品用載玻片壓至緊實(shí)平整，在顯微鏡視野中選擇清晰界面進(jìn)行測試。測試參數(shù)：掃描范圍100～3 500 cm-1、激光功率50%。測試結(jié)束后使用儀器自帶軟件WIRE 2.0處理樣品圖譜。

1.3.9 直鏈淀粉相對含量測定

參考Hao Henan等[25]的研究，采用直鏈淀粉/支鏈淀粉試劑盒測定直鏈淀粉相對含量。

1.3.10 凝膠滲透色譜法測定玉米淀粉的摩爾質(zhì)量

淀粉樣品的分子特征按照Hong Yan等[26]的方法進(jìn)行分析。將0.50 g溴化鋰（LiBr）加入至DMSO中制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的LiBr/DMSO溶液，在60 ℃下攪拌1 h后用0.45 μm的濾膜過濾，濾液作為流動相。稱取玉米淀粉樣品（10.0 mg）溶解于流動相中，在沸水浴中攪拌12 h。將含有淀粉的LiBr/DMSO溶液用0.45 μm濾膜過濾，通過自動進(jìn)樣器注入凝膠滲透色譜系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備Styragel色譜柱和示差檢測器。在室溫下以0.5 mL/min的流速洗脫，采用不同摩爾質(zhì)量的右旋糖酐標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行摩爾質(zhì)量標(biāo)定，凝膠滲透色譜數(shù)據(jù)使用ASTRA軟件進(jìn)行處理和分析。

1.3.11 支鏈淀粉鏈長分布測定

參照Sanderson[27]和Li Guantian[28]等的研究方法采用高壓離子色譜系統(tǒng)測定支鏈淀粉的鏈長分布。準(zhǔn)確稱取40 mg淀粉樣品懸浮在2.0 mL乙酸鈉緩沖溶液（0.01 mol/L、pH 4.5）中，在95 ℃條件下糊化10 min后用40 ℃水浴平衡15 min，加入5.0 μL普魯蘭酶（1 000 U/mL），以160 r/min速率攪拌24 h進(jìn)行脫支反應(yīng)，沸水浴5 min以終止反應(yīng)，在3 000×g條件下離心10 min，然后將上清液稀釋50 倍，使用高效陰離子交換色譜配備脈沖安培檢測器系統(tǒng)測定樣品的鏈長分布。將200 μL的稀釋上清液注入系統(tǒng)后，使用洗脫液A（150 mmol/L NaOH溶液）和洗脫液B（150 mmol/L NaOH溶液和500 mmol/L醋酸鈉溶液的混合液）以1 mL/min的流速進(jìn)行洗脫。洗脫條件：40%洗脫液B 2 min、50%洗脫液B 8 min、60%洗脫液B 30 min、80%洗脫液B 60 min。

1.3.12 體外消化特性測定

參考Englyst等[29]的方法測定淀粉及淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物樣品的體外消化特性。準(zhǔn)確稱取α-胰淀粉酶1.0 g溶于100 mL蒸餾水（37 ℃）中，磁力攪拌30 min后，在1 500×g條件下離心10 min，制得α-淀粉酶溶液。準(zhǔn)確稱取100 mg糖化酶溶于1.0 mL蒸餾水中，磁力攪拌30 min后，在1 500×g條件下離心10 min，制得糖化酶溶液。取0.10 mL糖化酶溶液加入至8 mLα-胰淀粉酶溶液中混合均勻制成新鮮酶液。稱取100 mg淀粉樣品、4 mL酶液、20 mL醋酸鈉緩沖液（0.1 mol/L、pH 5.2）均勻混合于50 mL離心管中，置于37 ℃下恒溫水浴振蕩（200 r/min）。分別在處理20 min和120 min明，取0.1 mL試樣與0.9 mL無水乙醇混合，使酶液中的α-胰淀粉酶和糖化酶失活，將混合物5 000 r/min離心10 min，取0.1 mL上清液，使用葡萄糖氧化酶/過氧化物試劑盒測定溶液中的葡萄糖含量。淀粉總質(zhì)量記為TS，淀粉中游離葡萄糖含量記為FG，水解后20 min和120 min內(nèi)產(chǎn)生的葡萄糖含量分別記為G20和G120。快速消化淀粉（rapid digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉(resistant starch，RS）的相對含量分別按式（2）～（4）計算。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

每項(xiàng)測試均重復(fù)3 次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。采用SPSS軟件利用鄧肯多重范圍檢驗(yàn)法進(jìn)行差異顯著性分析（以P＜0.05表示差異顯著）。運(yùn)用Origin 95軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉樣品的脂質(zhì)復(fù)合能力

CI常被用于表征淀粉與脂肪酸的結(jié)合程度，CI越大，兩者的結(jié)合程度就越高[30]。由圖1可知，超聲處理淀粉與月桂酸復(fù)合物的CI顯著低于天然淀粉（P＜0.05）；且隨著超聲處理溫度由0 ℃升至60 ℃明，所得淀粉與脂質(zhì)的CI從27.9%下降至15.0%。淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的形成與直鏈淀粉含量和DP有關(guān)[10,12]。這一研究結(jié)果表明，不同溫度的熱鋪助超聲波處理對玉米淀粉的鏈段組成及其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不同程度的顯著影響。

圖1 不同溫度超聲處理對淀粉樣品脂質(zhì)復(fù)合能力的影響Fig.1 Effect of ultrasonic treatment at different temperatures on the lipid complexing capacity of starch

2.2 不同溫度超聲處理對玉米淀粉微觀結(jié)構(gòu)的影響

由圖2A1可知，天然玉米淀粉顆粒呈多邊形、橢圓形和圓形，表面無破損和裂縫；由圖2A2～A5可知，超聲處理后，部分顆粒表面出現(xiàn)細(xì)小的氣孔；US-60顆粒呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，部分顆粒表面變得粗糙，甚至出現(xiàn)凹槽（圖2A5）。這是由于直鏈淀粉和支鏈淀粉分子的外鏈在高溫超聲處理過程中被切斷，從而去除了一些無定形區(qū)域[31]；此外，60 ℃超聲處理使顆粒表面粗糙，這可能與晶體區(qū)域的崩解和直鏈淀粉的浸出有關(guān)[20]。Zuo等[19]的研究表明，不同溫度超聲處理會影響淀粉顆粒的外觀和完整性，溫度越高，淀粉顆粒的完整性越差。

APTS著色劑能與淀粉分子還原端半縮醛反應(yīng)并顯示熒光[15]。用APTS熒光標(biāo)記后，通過CLSM可以清晰地識別出玉米淀粉顆粒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)[32]。通過CLSM觀察可以發(fā)現(xiàn)淀粉顆粒內(nèi)部孔洞和裂紋的存在（圖2B）。超聲改性前后玉米淀粉的還原性末端主要分布在淀粉顆粒的外圍，表現(xiàn)為顆粒周圍的熒光強(qiáng)度高于中央腔；與NS相比，US樣品顆粒內(nèi)部出現(xiàn)更多裂紋，這些裂紋自顆粒中心向表面呈放射狀。表明超聲處理可影響玉米淀粉顆粒的結(jié)構(gòu)，使其表面形成孔洞，促進(jìn)水向顆粒中心擴(kuò)散，這與Monroy等[33]的研究結(jié)果一致。因此，不同溫度的熱鋪助超聲波處理可改變玉米淀粉的鏈段分布及其結(jié)構(gòu)。

2.3 淀粉及其對應(yīng)的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的熱特性

不同溫度超聲處理淀粉樣品及其脂質(zhì)復(fù)合物的DSC曲線如圖3所示。與NS相比，除US-60外，其他US樣品的吸熱峰均未發(fā)生明顯偏移（圖3A）；對于淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物，所有樣品在97 ℃左右均出現(xiàn)一個單一的吸熱峰（圖3B），即淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的融化峰[5]。由表1可知，US-60的To和Tp顯著高于其他US樣品（P＜0.05），而Tc與其他US樣品無顯著差異（P＞0.05）；不同淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物樣品的糊化溫度（包括To、Tp、Tc）均無顯著性差異（P＞0.05）；淀粉及淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物樣品的ΔH隨超聲處理溫度的升高均呈現(xiàn)降低趨勢。

表1 不同溫度超聲處理對淀粉及其對應(yīng)的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物樣品熱特性參數(shù)和半峰寬的影響Table 1 Effect of ultrasonic treatment at different temperatures on thermal properties and full width at half maxima of starch and starch-lipid complex samples

圖3 不同溫度超聲處理對淀粉（A）及其對應(yīng)的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物（B）樣品DSC曲線的影響Fig.3 Effect of ultrasonic treatment at different temperatures on differential scanning calorimetry curves of starch (A) and starch-lipid complex (B) samples

淀粉熱特性主要與淀粉顆粒無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)的分子結(jié)構(gòu)、鏈長分布、直鏈淀粉含量等有關(guān)[34]。US-60的To和Tp高是因?yàn)楦邷爻晝?yōu)先破壞淀粉顆粒中較弱的晶體結(jié)構(gòu)，剩余有序結(jié)構(gòu)需要更高溫度才能熔融[35]；而US樣品的ΔH隨超聲處理溫度的升高而降低則歸因于超聲破壞了淀粉分子間的氫鍵，晶體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱，使雙螺旋堆積密度變松散，因此破壞結(jié)晶結(jié)構(gòu)所需要的能量降低[36]，這與Amini等[21]的研究結(jié)果一致。此外，Genkina等[37]報道ΔH可用于反映淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的形成量，ΔH越小，形成的復(fù)合物越少。因此，US-DA樣品ΔH隨超聲處理溫度的升高而降低，說明超聲處理溫度越高，所得淀粉與脂質(zhì)的復(fù)合量越低。

2.4 淀粉及其對應(yīng)的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的結(jié)晶特征

不同溫度超聲處理對玉米淀粉及其對應(yīng)的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物樣品X射線衍射圖以及相對結(jié)晶度的影響如圖4所示。NS和US樣品均在2θ為15.3°、17.1°、18.2°和23.5°處出現(xiàn)衍射峰，呈典型的A型結(jié)晶結(jié)構(gòu)（圖4A）；NS-DA和US-DA樣品均在2θ為12.9°和20.0°處出現(xiàn)強(qiáng)烈的衍射峰（圖4B），表現(xiàn)為V型衍射模式[38]；對于淀粉樣品，US樣品的相對結(jié)晶度明顯低于NS，且隨著超聲處理溫度的升高，US樣品的相對結(jié)晶度呈現(xiàn)降低趨勢；對于淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物，US-DA樣品的相對結(jié)晶度隨超聲處理溫度的變化趨勢與US樣品一致。

圖4 不同溫度超聲處理對淀粉（A）及其對應(yīng)的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物（B）樣品結(jié)晶特征的影響Fig.4 Effect of ultrasonic treatment at different temperatures on crystallization characteristics of starch (A) and starch-lipid complex (B) samples

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲處理并未改變淀粉的A型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而在2θ為12.9°和20.0°處的衍射峰則是由于RVA儀糊化過程中形成了淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物[6]。與NS相比，US樣品的相對結(jié)晶度明顯降低，這與Abedi等[39]利用超聲波處理（400 W、24 kHz、35～65 ℃）木薯淀粉和小麥淀粉得出的結(jié)論一致。這可能是熱鋪助超聲處理破壞了玉米淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)所致。此外，也有研究表明超聲處理（2 000 W、16 kHz）后糙米淀粉的相對結(jié)晶度較高[40]。造成不同結(jié)果可能是因?yàn)槌曇鸬南鄬Y(jié)晶度變化程度取決于實(shí)驗(yàn)條件和淀粉的種類[39]。

US-DA樣品的相對結(jié)晶度小于NS-DA，說明玉米淀粉經(jīng)不同溫度超聲處理后不利于其與脂質(zhì)形成復(fù)合物。此外，超聲處理溫度的升高進(jìn)一步降低了US-DA樣品的相對結(jié)晶度，這與熱鋪助超聲處理降低了玉米淀粉中直鏈淀粉的DP有關(guān)[13]，且DP的降低與直鏈淀粉糖苷鍵的部分?jǐn)嗔延嘘P(guān)[21]。因此，超聲處理溫度越高，所得玉米淀粉越不利于與脂質(zhì)形成復(fù)合物。

2.5 淀粉及其對應(yīng)淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的拉曼光譜特征

由圖5可知，所有淀粉樣品的拉曼光譜相似，且特征基團(tuán)峰的位置一致。由表1可知，對于淀粉樣品，US樣品的FWHM顯著大于NS（P＜0.05），且隨著超聲處理溫度的升高，US樣品的FWHM顯著增大（P＜0.05）；對于淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物，US-DA樣品的FWHM隨超聲處理溫度的升高呈增大趨勢。480 cm-1處特征波段的FWHM可用于表征淀粉結(jié)構(gòu)的短程分子有序度，F(xiàn)WHM越小表明淀粉短程晶體有序性越高[41]。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲處理并未改變淀粉的化學(xué)組成單位。不同溫度超聲處理后，玉米淀粉FWHM的變化趨勢與2.4節(jié)相對結(jié)晶度的變化趨勢相反，表明超聲處理能降低玉米淀粉的短程分子有序性。此外，淀粉與月桂酸復(fù)合后，US-DA樣品的FWHM顯著高于NS-DA，且隨著超聲處理溫度的升高而增大。說明玉米淀粉經(jīng)高溫超聲處理后與脂肪酸的分子間相互作用減弱[42]，不利于淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的形成，這也進(jìn)一步印證了CI的分析結(jié)果。

圖5 不同溫度超聲處理淀粉及其對應(yīng)的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物樣品的拉曼光譜Fig.5 Raman spectra of starch and starch-lipid complex samples treated with ultrasound at different temperatures

2.6 不同溫度超聲處理對玉米淀粉直鏈淀粉含量的影響

由表2可知，與NS相比，除US-60外，其他US樣品的直鏈淀粉相對含量均顯著增大（P＜0.05）。這與Golkar等[20]的研究結(jié)果一致，表明超聲處理玉米淀粉中直鏈淀粉含量的增加與支鏈淀粉分子的解聚有關(guān)，支鏈淀粉分子解聚產(chǎn)生更多的短鏈線性分子，從而增加淀粉顆粒中直鏈淀粉含量；其次，熱量可破壞淀粉顆粒中心、無定形區(qū)生長環(huán)和直鏈淀粉結(jié)構(gòu)的層狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致直鏈淀粉浸出[43]，使得US-60的直鏈淀粉含量下降。此外，Amini等[21]研究發(fā)現(xiàn)玉米淀粉的DP隨超聲處理溫度的升高而降低，且DP的降低與直鏈淀粉糖苷鍵的部分?jǐn)嗔延嘘P(guān)。

表2 不同溫度超聲處理對淀粉樣品直鏈淀粉相對含量、摩爾質(zhì)量和鏈長分布的影響Table 2 Effect of ultrasonic treatment at different temperatures on amylose content,molecular mass and chain length distribution of starch samples

2.7 不同溫度超聲處理對玉米淀粉摩爾質(zhì)量的影響

不同溫度超聲處理前后玉米淀粉的摩爾質(zhì)量及鏈長分布結(jié)果如表2所示，所有樣品均出現(xiàn)兩個峰，峰1代表淀粉的支鏈淀粉分子（支化聚合物），峰2代表直鏈淀粉分子（線性聚合物）以及其他低摩爾質(zhì)量分子。與NS相比，US樣品支鏈淀粉和直鏈淀粉的摩爾質(zhì)量均顯著降低（P＜0.05），表明超聲處理導(dǎo)致淀粉分子鏈發(fā)生解聚，進(jìn)一步證實(shí)直鏈淀粉和支鏈淀粉分子被破壞，這與Han Lihong等[17]研究超聲處理沙米淀粉的結(jié)果一致。此外，US樣品直鏈淀粉和支鏈淀粉分子摩爾質(zhì)量隨超聲處理溫度的升高整體上呈現(xiàn)降低趨勢，表明處理溫度越高越有利于直鏈淀粉和支鏈淀粉分子解聚。

2.8 不同溫度超聲處理對玉米淀粉鏈長分布的影響

不同溫度超聲處理玉米淀粉的鏈長分布如表2和圖6所示。淀粉的單位鏈根據(jù)DP分為A（DP 6～12）、B1（DP 13～24）、B2（DP 25～36）和B3（DP＞37）鏈4 個部分[15]。與NS相比，US樣品的A鏈和B1鏈比例顯著升高（P＜0.05），B2鏈和B3鏈比例均顯著降低（P＜0.05）；隨著超聲處理溫度的升高，US樣品的A鏈和B1鏈比例呈現(xiàn)上升趨勢，B2鏈和B3鏈比例呈現(xiàn)下降趨勢。

圖6 不同溫度超聲處理的玉米淀粉樣品鏈長分布Fig.6 Chain length distribution of maize starch samples under ultrasonic treatment at different temperatures

A鏈為支鏈淀粉短鏈，是玉米淀粉結(jié)晶區(qū)的主要成分；而B鏈為長鏈，主要分布在非晶區(qū)域[15]。本研究結(jié)果表明，超聲處理使玉米淀粉支鏈淀粉降解，這與Yang Qingyu等[44]的研究結(jié)果一致。其次，超聲波可誘導(dǎo)大分子中點(diǎn)斷裂，因此在較高的超聲處理溫度下，斷裂點(diǎn)優(yōu)先出現(xiàn)在支鏈淀粉的B3鏈上，然后在超聲波初步降解B3鏈后，B2鏈將成為支鏈淀粉分子片段的長鏈被進(jìn)一步降解[45]。

2.9 淀粉及其對應(yīng)的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的消化特性

如圖7所示，NS中RDS、SDS和RS的相對含量分別為77.2%、15.0%和7.8%，NS-DA中RDS、SDS和RS的相對含量依次為74.2%、9.0%和16.9%?？梢?，NS-DA中RS相對含量明顯高于NS。US-60中RDS相對含量顯著高于其他US樣品（P＜0.05），而SDS相對含量顯著低于其他US樣品（P＜0.05）。隨著超聲處理溫度升高，US-DA樣品中RDS相對含量呈現(xiàn)升高趨勢，SDS相對含量無顯著性變化（P＞0.05），而RS相對含量則呈現(xiàn)下降趨勢。

圖7 不同溫度超聲處理對玉米淀粉及其對應(yīng)的淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物樣品消化特性的影響Fig.7 Effect of ultrasonic treatment at different temperatures on the digestibility of starch and starch-lipid complex samples

淀粉顆粒的形狀和結(jié)晶結(jié)構(gòu)、直鏈淀粉含量、淀粉植物來源、直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物和自身α-淀粉酶抑制劑等都有可能影響淀粉的消化特性[46]。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，60 ℃超聲處理使玉米淀粉中RDS相對含量顯著增加，而SDS相對含量顯著降低。這是因?yàn)槌曁幚韺?dǎo)致淀粉顆粒表面出現(xiàn)孔洞，使得酶更容易進(jìn)入淀粉顆粒內(nèi)部，并與淀粉充分接觸；此外，高溫超聲處理降解了淀粉鏈段，對較穩(wěn)定的Blocket結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，從而增強(qiáng)了α-淀粉酶對淀粉的敏感性[47]。

脂質(zhì)可通過阻止顆粒水化和阻止酶進(jìn)入淀粉顆粒來降低淀粉消化率，故淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物比淀粉對消化酶具有更強(qiáng)的抵抗力[48]。已有研究表明，添加脂質(zhì)增加淀粉對酶解的抗性與淀粉脂質(zhì)復(fù)合物的形成直接相關(guān)[49]，本實(shí)驗(yàn)NS-DA中RS相對含量顯著高于NS也印證了這一觀點(diǎn)。US樣品中直鏈淀粉DP隨超聲處理溫度的升高而降低[21]，使得淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物的形成減少，這是導(dǎo)致US-DA樣品中RS相對含量隨超聲處理溫度升高而降低的重要原因。

3 結(jié)論

本研究探討了不同溫度超聲處理對玉米淀粉脂質(zhì)復(fù)合能力的影響及其機(jī)理，結(jié)果表明超聲處理顯著降低了淀粉的脂質(zhì)復(fù)合能力（P＜0.05），且隨著處理溫度的升高，玉米淀粉與脂質(zhì)的CI呈現(xiàn)下降趨勢，所形成復(fù)合物的ΔH、相對結(jié)晶度、短程分子有序度及RS相對含量均呈現(xiàn)降低趨勢。超聲處理過程中產(chǎn)生的機(jī)械力和熱使淀粉鏈段發(fā)生降解，除US-60外，其他US樣品直鏈淀粉相對含量相比原淀粉顯著升高（P＜0.05）；US-60顆粒內(nèi)部直鏈淀粉浸出使表面形態(tài)變得粗糙。本研究結(jié)果有助于分析不同溫度超聲處理對玉米淀粉多尺度結(jié)構(gòu)及其脂質(zhì)復(fù)合能力的影響機(jī)制，可為超聲技術(shù)在功能型淀粉產(chǎn)品研發(fā)方面的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。