一种颗粒态淀粉-脂质复合物的制备方法

1.本发明涉及淀粉改性技术领域，具体涉及一种颗粒态淀粉-脂质复合物的制备方法。


背景技术：

2.淀粉-脂质复合物是一种重要的淀粉衍生物，淀粉-脂质复合物在形成的过程中，脂质的脂肪链可以通过氢键、疏水相互作用、范德华力等稳定在直链淀粉螺旋腔的内部，脂质的亲水基团由于空间位阻和静电斥力暴露在螺旋的外部，从而会影响淀粉的糊化、老化、酶解和冻融稳定性等，对食品的质构特性和营养品质等产生有益的影响；此外，淀粉-脂质复合物可以用来包埋一些不稳定的生物活性物质或者风味物质，在医药、保健食品、膜等领域具有重要的应用前景。
3.淀粉及深加工产业的可持续发展深受行业高度关注。由于淀粉-脂质复合物具有广阔的应用前景，人工合成淀粉-脂质复合物已成为当下的研究热点。但目前国内外大多的合成研究通常是利用纯直链淀粉、脱支淀粉或糊化后的淀粉来制备复合物，这些方法需要刺激性的化学试剂和较高的反应温度，或耗时较长、成本高，不利于工业化生产，因此，亟待开发高效绿色的淀粉-脂质复合物生产的新工艺。
4.近年来颗粒态淀粉-脂质复合物的研究受到关注，此法不需要分离直链淀粉或制备脱支淀粉/淀粉糊，淀粉颗粒在膨胀状态下与脂质进行复合反应，产物进行适宜的回收和干燥处理即形成颗粒态淀粉-脂质复合物；目前，实验室制备颗粒态淀粉-脂质复合物的方法主要有两种，第一种制备方法需要先对淀粉进行预处理，经过预处理后的淀粉，因为没有完全糊化，仍保留颗粒的形态，但其理化特性已经发生改变，不同于原淀粉的淀粉颗粒，因此，第一种制备方法，首先制备出颗粒态淀粉，利用颗粒态淀粉在冷水中可溶的特性，在较低的温度下(20-60℃)与脂质复合形成复合物，此法适用于各种脂质，尤其适合包埋一些对热敏感的维生素、抗氧化剂等，但颗粒态淀粉的制备通常较为繁琐，常用的制备颗粒态淀粉的方法包括喷雾干燥、饱和一元醇、多元醇、醇-碱法、球磨法或是醇-碱法与其他方法联用，这些方法一般对设备的要求较高(喷雾干燥、饱和一元醇、多元醇、球磨)、需要用到大量醇类试剂和/或碱液(饱和一元醇、多元醇、醇-碱法、酶法与醇-碱法联用、醇-碱法与超声联用)或工艺复杂、耗时(多元醇、醇-碱法、球磨法、酶法与纯碱法联用)；第二种制备方法：利用传统的水热法将淀粉先在略低于其糊化温度(一般在80-90℃)的条件下加热一段时间使淀粉膨胀，然后再加入脂质进行复合反应，此法虽然对设备的要求不高，但因反应温度较高，不适于包埋热敏性的物质，如抗坏血酸棕榈酸酯(ap)，而降低水浴温度则会导致淀粉的膨胀度下降，降低其与脂质复合的效率。
5.淀粉按原料来源分为禾谷类淀粉、根茎类淀粉、豆类淀粉和其他类淀粉，其中禾谷类的玉米淀粉是我国淀粉产量占比最大的一种淀粉，是研究淀粉-脂质复合物时常用到的淀粉。抗坏血酸棕榈酸酯(ap)是棕榈酸与抗坏血酸的酯化产物，是一种重要的抗氧化剂，是研究淀粉-脂质复合物时常用到的一种代表性的脂质。制备淀粉-抗坏血酸棕榈酸酯复合物
通常采用上述的第一种制备方法，即：需要对淀粉进行预处理，再在较低温度(20～70℃)下与ap进行复合反应，这些预处理方法通常需要刺激性化学试剂naoh、dmso等，或是需要大量乙醇溶液以及高温条件，再将回收、干燥后的淀粉、直链淀粉或颗粒态淀粉与ap进行反应，操作相对繁琐，限制了淀粉-ap复合物的工业化生产及应用。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种颗粒态淀粉-脂质复合物的制备方法，克服了目前淀粉-脂质复合物的制备方法存在的对淀粉进行预处理需要刺激性化学试剂naoh、dmso等、需要大量乙醇溶液以及高温条件、操作相对繁琐、以及制备复合物效率低的技术问题。
7.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
8.一种颗粒态淀粉-脂质复合物的制备方法，将淀粉颗粒进行γ-射线辐照后，再通过水热法，采用辐照后淀粉颗粒与脂质复合制备颗粒态淀粉-脂质复合物。
9.优选的，所述淀粉颗粒包括根茎类淀粉、禾谷类淀粉、豆类淀粉，淀粉的种类参考gb/t8887-2021《淀粉分类》。
10.优选的，所述根茎类淀粉包括马铃薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉、山药淀粉，所述禾谷类淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、荞麦淀粉、大米淀粉、糯米淀粉，所述豆类淀粉包括豌豆淀粉、绿豆淀粉、红豆淀粉。
11.优选的，所述脂质包括游离脂肪酸、脂肪酸的衍生物、磷脂类物质。
12.优选的，所述游离脂肪酸包括棕榈酸、月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、辛酸、己酸、葵酸、油酸、丁酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸；所述脂肪酸的衍生物包括抗坏血酸棕榈酸酯、视黄醇酯、植物甾醇酯、单硬酯酸甘油酯等；所述磷脂类物质包括卵磷脂、溶血磷脂等。
13.优选的，所述淀粉颗粒的辐照方法包括如下步骤：在淀粉颗粒中放入重铬酸银剂量计，将淀粉颗粒样品采用
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co-γ射线辐照，通过重铬酸银剂量计测定样品的实际吸收剂量。
14.优选的，所述淀粉颗粒的辐照剂量为1-10kgy。
15.优选的，所述颗粒态淀粉-脂质复合物按照如下步骤制备：
16.s1、将辐照后的淀粉颗粒溶于水配制成质量分数为6-10％的淀粉乳，然后在50-70℃水浴下搅拌0.5-1.5h，得到膨胀淀粉乳；
17.s2、将脂质配制成无水乙醇脂质溶液，加入到步骤s1的膨胀淀粉乳，继续加热搅拌1-2h，然后冷却至室温、离心、洗涤、干燥后得到颗粒态淀粉-脂质复合物。
18.优选的，所述步骤s2中脂质与辐照后的淀粉颗粒的质量比为1-15：100，脂质与无水乙醇的体积比为5-10g:100ml。
19.优选的，所述步骤s2中离心、洗涤、干燥方法为：于3000-4000g离心力条件下离心15-20min，然后用体积分数为50％的乙醇溶液离心洗涤，最后用无水乙醇洗涤沉淀并抽滤，30-50℃干燥过夜，粉碎后过100-150目筛。
20.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
21.1.本发明通过对淀粉颗粒进行一定剂量的γ-射线辐照后，再通过水热法制备颗粒态淀粉-脂质复合物，辐照对淀粉链具有一定程度的降解效应，因此可以有效提高复合产
物中脂质的含量，另外，辐照可增大复合物粘度曲线在冷却阶段的粘度峰；随着辐照剂量的增加，复合物的膨胀度、相对结晶度、热稳定性逐渐增大，抗氧化性先减小再增大。
22.2.在所有复合物中，当淀粉的辐照剂量为10kgy时，复合产物拥有相对较高的复合效率，其膨胀度、相对结晶度最大，耐剪切性、抗氧化和热稳定性最强。
23.3.淀粉经过辐照后，直链淀粉和支链淀粉发生降解，淀粉的聚合度(链长)减小，淀粉在一定温度范围内的膨胀度和溶解度增大，膨胀度和溶解度的增大有利于脂质分子进入淀粉颗粒内部或与颗粒外部的直链淀粉分子进行复合反应；支链淀粉的降解减小了其对直链淀粉和脂质复合的阻碍作用；同时，直链淀粉链长的下降(在一定聚合度内)也有利于形成有序的v型晶体结构、增强直链淀粉-脂质复合物的稳定性；且结果表明，与现有技术淀粉-抗坏血酸棕榈酸酯制备方法相比，克服了现有制备方法存在的预处理需要刺激性化学试剂naoh、dmso等、需要大量乙醇溶液以及高温条件、以及操作相对繁琐的技术缺陷。
24.4、辐照技术是一种绿色、低碳、非热加工的高新技术，辐照食品安全无害，淀粉受到射线辐照后会发生降解反应导致淀粉链发生断裂，聚合度下降，淀粉的糊化特性、膨胀特性、表观直链淀粉含量、结晶结构等可能均受到影响，淀粉辐照后结构发生损伤，水分子更容易渗透到淀粉颗粒内部，促进淀粉在热水中膨胀，直链淀粉也更易溶出，这一特性有利于促进直链淀粉与脂质的复合反应；同时，支链淀粉的降解减弱了其对直链和脂质复合的干扰，因此，利用辐照与水热法结合制备颗粒态淀粉-脂质复合物在理论上是可行的，该方法将有助于开辟颗粒态淀粉-脂质复合物的绿色高效生产新技术。
25.5、本发明制备的颗粒态淀粉-脂质复合物，相较于非颗粒态淀粉-脂质复合物来说，不需要分离直链淀粉或制备脱支淀粉、淀粉糊，淀粉颗粒在膨胀状态下与脂质进行复合反应，产物进行适宜的回收和干燥处理即可，工艺简单、制备过程无污染，耗时较短，生产成本相对较低。
附图说明
26.图1为实施例1-4和对比例1的样品形态；a1、b1、c1、d1、e1分别为c0、c1、c2.5、c5、c10辐照后淀粉样品，a2、b2、c2、d2、e2分别为c-ap0、c-ap1、c-ap2.5、c-ap5和c-ap10颗粒态淀粉-脂质复合物样品，图中标尺为20μm；
27.图2为实施例1-4和对比例1的样品复合效率结果图；
28.图3为实施例1-4和对比例1样品膨胀度曲线图；
29.图4为实施例1-4和对比例1样品糊化特性测试结果图，其中，a图为c0、c1、c2.5、c5、c10辐照后淀粉样品的糊化特性测试结果图，b图为c-ap0、c-ap1、c-ap2.5、c-ap5、c-ap10颗粒态淀粉-脂质复合物样品的糊化特性测试结果图；
30.图5为实施例1-4和对比例1样品x射线衍射图，其中，a图为辐照后淀粉c0、c1、c2.5、c5、c10样品的x射线衍射图；b图为c-ap0、c-ap1、c-ap2.5、c-ap5和c-ap10样品的x射线衍射图。
具体实施方式
31.下面结合附图详细叙述本发明实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
单硬酯酸甘油酯复合物。
49.实施例6
50.颗粒态木薯淀粉-溶血磷脂复合物的制备方法，包括如下步骤：
51.(1)称取100g木薯淀粉密封于自封袋装中，每个辐照剂量选取3个平行样品，每个样品中放入3支重铬酸银剂量计，用于测定样品的实际吸收剂量，将分装好的样品置于
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co-γ辐照装置中进行辐照处理，辐照剂量设置为2.5kgy，辐照的平均剂量率为0.55kgy，样品辐照完成后放置于4℃冰箱中备用；
52.(2)从步骤(1)辐照后的样品c1中称取20g淀粉(干基)与蒸馏水混合，配制成质量分数为10％的淀粉乳，在70℃下水浴搅拌1.5h，获得膨胀的淀粉乳；
53.(3)取3g溶血磷脂配制成质量浓度为5％的溶血磷脂-无水乙醇溶液，缓慢的加入步骤(2)获得的膨胀的淀粉乳中，继续加热搅拌1h，反应结束后冷却至20℃，于4000g离心力下离心20min离心，并用体积分数为50％的乙醇溶液反复离心洗涤三次，最后用无水乙醇洗涤沉淀并抽滤，50℃干燥过夜，粉碎后过150目筛，得到颗粒态木薯淀粉-溶血磷脂复合物。
54.对比例1
55.与实施例1的制备步骤相同，不同之处仅在于，将辐照剂量由1kgy替换为0kgy，即不进行辐照处理，将辐照后样品命名为c0，再采用样品c0与抗坏血酸棕榈酸酯进行复合，得到的颗粒态玉米淀粉-抗坏血酸棕榈酸酯复合物命名为c-ap0。
56.测定方法：
57.(1)颗粒态玉米淀粉-抗坏血酸棕榈酸酯复合物形态测定
58.取2mg颗粒态玉米淀粉-抗坏血酸棕榈酸酯复合物样品，悬浮在1ml体积百分比为30％的丙三醇溶液中，加入10μl、0.1mol/l的碘液，染色5min后利用奥林巴斯bx53生物显微镜观察实施例1-4及对比例1样品的颗粒态玉米淀粉-抗坏血酸棕榈酸酯复合物的形态。
59.(2)抗坏血酸棕榈酸酯的含量测定
60.准确称量50mg颗粒态玉米淀粉-抗坏血酸棕榈酸酯复合物样品加入5ml蒸馏水、1ml浓盐酸和质量分数为3％柠檬酸(淀粉基)，70℃水浴50min，加10.5ml1mnaoh溶液调节ph至6.0，然后加入无水乙醇定容至50ml。利用紫外分光光度计测定上述溶液在247nm的吸光度。取适量ap标准品，配制成1.25mg/ml的标准液，分别取2ml、1ml、0.5ml、0.25ml、0.125ml标准液替代上述淀粉样品，建立标准曲线，测定ap的含量。
61.ap含量(％)＝ap的质量/淀粉样品的干重
×
100
62.包埋率(％)＝包埋的ap的质量/ap的添加量
×
100
63.ap含量(％)指的是复合物中每克淀粉结合的ap的质量，以百分数的形式表示；
64.包埋率(％)指的是复合物中最终结合的ap质量与制备复合物过程中添加的总的ap含量的比，以百分数的形式表示。
65.(3)膨胀度的测定
66.配制淀粉乳，淀粉乳中淀粉的质量与水的体积比为1.11：100，颗粒态玉米淀粉-ap复合物在20℃水浴中放置30min，玉米淀粉在75℃水浴中放置30min，每5min涡旋混匀一次，反应结束后冷水浴冷却至室温，在4000g离心力条件下离心15min后分离上清液和沉淀，并记录沉淀的质量：
67.分别检测辐照后玉米淀粉和颗粒态玉米淀粉-ap复合物样品的膨胀度，膨胀度＝
w1/w268.其中，w1为沉淀的质量，w2为淀粉样品的干重。
69.(4)糊化特性测试
70.参照国标gb/t24853-2010《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定快速粘度仪法》测定辐照后玉米淀粉和颗粒态玉米淀粉-ap复合物的糊化特性。
71.(5)结晶度测定
72.利用x射线衍射仪测定辐照后淀粉样品和颗粒态玉米淀粉-ap复合物的晶型结构，测试条件为铜靶，电压40kv，电流40ma，扫描范围5
°
～35
°
(2θ)，扫描速度3
°
/min，步长0.02
°
，计算辐照后淀粉和颗粒态玉米淀粉-ap复合物的相对结晶度(rc)，公式如下：
73.rc(％)＝100
×
ac/(ac aa)
74.其中，ac代表x-衍射图谱中结晶区的面积，aa代表无定形区域的面积。
75.(6)复合物中ap的抗氧化性和热稳定性
76.取50mg复合物样品分散在5ml蒸馏水中并在水浴摇床上振荡，测定抗氧化性时在样品中加入体积百分比为1％的h2o2室温下反应1h；测定热稳定性时在90℃避光反应6h，反应结束后，在样品中加入1ml浓盐酸和质量分数为3％柠檬酸(淀粉基)，70℃水浴50min，加入10.5ml1mnaoh溶液调节ph，然后加入无水乙醇定容至50ml，参照方法(2)测定残余的ap含量。
77.结果与讨论
78.1.颗粒态玉米淀粉-ap复合物的形态结果分析
79.利用碘液对辐照后玉米淀粉进行染色后可以观察到，淀粉受到不同剂量的γ射线辐照后，其颗粒结构仍然存在，并且c0、c1、c2.5、c5和c10之间的显色程度没有明显的差异(图1中a1、a2、c1、d1、e1)，利用碘液对颗粒态淀粉-ap复合物进行染色后发现，c-ap5和c-ap10(图1中d2和e2)的显色程度明显低于c-ap0、c-ap1和c-ap2.5(图1中a2、b2和c2)。
80.2.ap含量的测定结果分析
81.经过一定剂量的γ射线辐照后，玉米淀粉与ap复合的效率明显提高，ap的包埋率由33.39％(0kgy)增加至40％左右；颗粒态玉米淀粉-ap复合物中ap的含量由1.66％(0kgy)最高增加至2.07％(5kgy)，增幅达到25％，不过2.5～10kgy内，不同辐照剂量对淀粉结合ap的含量没有显著影响(p》0.05)。
82.3.膨胀度测定结果分析
83.对于玉米淀粉来说，当辐照剂量≤1kgy时，淀粉的膨胀度(75℃)没有受到明显的影响，当辐照剂量≥2.5kgy时，玉米淀粉的膨胀度显著增大(p《0.05)，达到10左右(图3)，当辐照后的淀粉与ap复合后，复合物在冷水(20℃)中的膨胀度从7.56(c-ap0)逐渐增大至10.13(c-ap10)，并且与相应玉米淀粉在75℃的膨胀度接近。
84.4.糊化特性测试结果分析
85.如图4(a)所示，随着辐照剂量的增加，淀粉颗粒的峰值粘度、谷值粘度、最终粘度分别从2754.0cp(c0)逐渐减小至2358.0cp(c10)、1918.5cp(c0)减小至512.0cp(c10)、2916.5cp(c0)减小至824.5cp(c10)，而到达峰值粘度的时间从324s(c0)减少至280s(c10)、到达谷值粘度的时间从464s增加至520s(表1)，同时，随着辐照剂量的增加，淀粉的衰减值逐渐增大、回生值逐渐减小，而糊化温度受到的影响相对较小，仅c10的糊化温度(74.25℃)
明显低于其他样品。
86.辐照后淀粉与ap复合后，复合物的糊化曲线发生了明显的变化，在rva程序的降温阶段，曲线上又出现了一个明显的粘度峰(峰ⅱ)，这个峰被认为是淀粉-脂质复合物解聚后重新聚合产生的(图4b)，随着淀粉颗粒辐照剂量的增加，复合物的峰值粘度ⅱ逐渐增加，达到2555.5cp(c-ap5)后又减小至2000.0cp(c-ap10)，不同于其他样品，c-ap10的粘度在692s达到峰值后趋于稳定，没有出现明显的下降；虽然辐照导致了淀粉颗粒峰值粘度的下降，但淀粉与ap复合后，峰值粘度ⅰ呈现先增大再减小的趋势，整体上辐照后的淀粉-ap复合物的粘度要大于c-ap0，与淀粉颗粒单一的变化规律不同，随着辐照剂量的增加，淀粉-ap复合物的衰减值先减小再增加，c-ap2.5的衰减程度最低(187.5cp)，而c-ap10的衰减程度最大(827.5cp)；最终粘度呈现先增加再减少的趋势，c-ap5的最终粘度最大(2151.0cp)而c-ap0的最终粘度最小(977.5cp)，虽然淀粉颗粒和淀粉-ap复合物的糊化温度均有下降的趋势，但淀粉-ap复合物糊化温度的变化更显著。
[0087][0088]
5.相对结晶度结果分析
[0089]
辐照后的玉米淀粉样品呈现的是谷物淀粉的a型晶体结构，在15
°
、17
°
、18
°
和23
°
附近有较强的衍射峰(图5a)，辐照并没有改变淀粉的晶型，但导致淀粉的结晶度略有下降，淀粉与ap复合后，在7.5
°
、13
°
和20
°
附近有明显的衍射峰(图5b)，呈现的是典型的v型晶体结构；随着淀粉辐照剂量的增加，淀粉-ap复合物的结晶度呈现增大的趋势。
[0090]
6.复合物中ap的抗氧化性和热稳定性结果分析
[0091]
经过氧化剂处理后，c-ap1中残留的ap含量(0.40％)显著(p《0.05)低于c-ap0(0.55％)；随着淀粉辐照剂量的增加，淀粉-ap复合物中残留的ap含量逐渐增加，c-ap10中ap的残留量(0.71％)要显著(p《0.05)高于c-ap0及其他样品。
[0092]
在90℃水浴中处理6h后，随着淀粉辐照剂量的增加，复合物中残留的ap含量逐渐增加，尽管c-ap10的糊化温度仅为76.08℃，明显低于其他样品，且包埋的ap含量与c-ap2.5
和c-ap5接近(图2)，但c-ap10中ap的残留量为1.57％，显著(p《0.05)大于c-ap2.5和c-ap5中ap的残留量，见表2。
[0093][0094]
综上，辐照对淀粉链具有一定程度的降解效应，可有效地提高复合产物中ap的含量，增幅最高达到25％；辐照可增大复合物粘度曲线在冷却阶段的粘度峰；随着辐照剂量的增加，复合物的膨胀度、相对结晶度、热稳定性逐渐增大，抗氧化性先减小再增大，在所有复合物中，当淀粉的辐照剂量为10kgy时，复合产物拥有相对较高的复合效率，其膨胀度、相对结晶度最大，耐剪切性、抗氧化和热稳定性最强。
[0095]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。