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高直链玉米淀粉与交联淀粉结构及消化性研究

吕欣欣  
【摘要】:淀粉是人体的主要能量来源,其消化性和营养功能备受关注。抗性淀粉(RS)在为消费者提供饱腹感的同时,可以延缓餐后血糖提升、控制肥胖和预防II型糖尿病等慢性疾病。高直链玉米淀粉(HACS)属于天然的RS2型淀粉,具有特殊结构和功能性质;交联淀粉属于化学改性的RS4型淀粉,在高温蒸煮后可保持颗粒状,具有抑制酶解的特性;两种淀粉具有抗消化性的原因并不相同,研究RS产生抗消化性机制,满足市场对于不同RS的需求,具有实际的理论意义和应用价值。本文通过研究两类RS的结构特征,分析消化过程的颗粒变化并结合体内实验阐明产生抗消化性的原因,有助于进一步开发具有抗消化性的食品。论文的主要内容如下:首先,选择6种具有不同直链淀粉含量的玉米淀粉为原料,研究了直链淀粉含量及其精细结构对于淀粉体外消化率的影响。研究发现,HACS在糊化和酶解后均可以保持完整的颗粒结构,糊化焓与RS含量呈正相关。随着直链淀粉含量的增加,聚合度(DP)不同的淀粉链含量不同,fa(DP 6-12)的含量降低,fb2(DP 25-36)和fb3(DP≥37)的含量增加,短链形成的簇状聚合物减少,并在长链之间形成更多氢键,提高了淀粉热稳定性和耐酶解能力。表征淀粉半结晶结构致密性的D值随RS含量增加而增大。直链淀粉含量61.26 g/100 g的样品RS含量最高(简称HACS 60),其在7.41 nmd(2π/q)10.58 nm之间具有独特的表面分形结构。其次,选择蜡质玉米淀粉(WCS)为原料,添加交联剂三氯氧磷(POCl_3)在p H 10.5条件下反应3 h制备得到RS含量为30.01%的交联淀粉(简称WCS 30%)。研究发现,交联后的WCS 30%颗粒形状未被破坏,化学结构无明显变化,结晶度从16.39%略微下降至14.52%,结合磷分布在淀粉颗粒表面。直链淀粉含量为51.22 g/100 g的样品(简称HACS 50)的RS含量为29.35%,与WCS 30%相近。WCS 30%与HACS 50在沸水浴后都可保持完整的颗粒,但WCS 30%颗粒明显膨胀,偏光十字消失。体外消化20 min后,WCS 30%颗粒基本破裂,颗粒表面多有孔洞;HACS 50颗粒基本完整,表层存在部分剥落。消化120 min后,WCS 30%残留颗粒表面平整,HACS 50残留颗粒表面粗糙。这些现象表明,HACS 50的抗消化性主要来源于其在热作用、机械作用及酶解作用下能够保持颗粒完整;WCS 30%的抗消化性主要来源于交联键作用下淀粉链不易被酶解。最后,将WCS 30%与HACS 50、RS含量为49.10%的HACS 60添加至高脂饲料中,研究其对于高脂膳食小鼠的干预作用。结果显示,RS干预组小鼠与高脂组对比,体重下降了10.1%-16.7%,空腹血糖下降了10.2%-18.5%,糖耐量受损情况与肝功能代谢能力改善,肝脏增重与血脂水平提高问题缓解,腹部脂肪与肝脏组织形态趋于正常,其中RS含量越高,干预效果越好。对比WCS 30%样品组与HACS 50样品组粪便中的短链脂肪酸,发现WCS 30%更有利于产生乙酸和丙酸,HACS更有利于产生丁酸。WCS 30%、HACS 50与HACS 60都能够提高肥胖小鼠的α-多样性,改变肠道菌群组成。


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