直链淀粉-风味分子包合物的制备及其非共价相互作用的研究

直链淀粉易与小分子配体形成单股螺旋复合物，且其螺旋空间会自动识别不同大小的配体分子而形成具有不同螺距与螺径的分子包合物。这与环糊精在识别其包合对象时对客体分子大小的严格限制形成鲜明对比。.本课题正是从这一科学问题入手，首先进行直链淀粉与风味分子包合物的制备及其结构表征，接着采用粗略化和传统分子动力学模拟相结合的分子动力学方法，在辛几何和精细积分算法的基础上，提高模拟方法的空间和时间尺度，再运用发展的计算生物学方法，选择直链淀粉-风味分子包合物进行长时间、大规模分子动力学模拟，结合直链淀粉-风味分子包合物的结构表征数据，研究该复合物形成的非共价相互作用机制，最后设计并验证该直链淀粉-风味分子包合物的控制释放性能。通过本课题的研究，旨在揭示直链淀粉与风味分子之间非共价相互作用的本质，为更好地利用直链淀粉作为风味分子的包合材料，同时设计出具有优良释放性能的香精微胶囊将具有十分重要的意义。

在食品医药日化等领域微胶囊的制备和应用已经十分广泛，但随着科技的发展和人类生活需要的不断增长，对更加有效、更加普适的微胶囊壁材的需求更加紧迫。国内外对直链淀粉的研究为这一问题的解决途径提供了可能，本文通过进一步了解直链淀粉的性质及其作为壁材的相关研究，探索其对风味分子的包埋作用，并采用分子模拟的手段，从微观的分子类别和构型变化来探究直链淀粉和客体风味分子之间的作用关系及对宏观结构所造成的影响，以此建立包合物模型，指导直链淀粉的微胶囊制备。所制备的微胶囊首先采用扫描电镜观察其表面的结构特征，然后选择X射线衍射，热重分析，差示扫描量热分析等手段了解包合物的热力学性质。.本项目首先对包埋手段进行了优化，并制备可用于应用模型的薄荷酮微胶囊，选取口香糖和牙膏作为应用模型，通过探索合适的制备过程，并对成品进行感官评价，验证直链淀粉作为微胶囊壁材的可能性。实验结果表明，当直链淀粉的聚合度以300（即每条直链淀粉由300个葡萄糖残基连接而成）为平均值时，在135℃条件下，将直链淀粉溶解为固液比为0.8%的溶液，降温至79℃，pH=4.7，按每1mol葡萄糖添加0.4mol风味分子的比例在密闭容器内添加风味分子，恒温搅拌30min，所得沉淀冷冻干燥可以制得释放效果良好的风味分子微胶囊，经结构表征证实直链淀粉对客体分子的结构和尺寸大小较宽泛，分子直径约在1.4纳米左右。所选取的应用模型感官评定结果表明对风味的缓释有良好效果。.为进一步了解直链淀粉与亚油酸在复合时的具体动力学包合过程，如α-亚油酸如何影响直链淀粉的构象，在复合后复合物的稳定构象是什么，哪种非共价键作用力对复合物的稳定性贡献最大，以及在复合过程中氢键的生成数量怎样，我们进行了500ns的长时间分子模拟。模拟的起点为预先将α-亚油酸的极性端插入直链淀粉螺旋一端，该构象的热力学极不稳定，模拟的温度为373K。通过比较有无α-亚油酸这两种条件下的构象变化，可以清楚地发现α-亚油酸是使直链淀粉成为具有热稳定性分子包合载体的充分必要条件。α-亚油酸与直链淀粉之间的距离均方根偏差，水合半径，氢键生成数量，疏水性面积以及非共价键作用力等数据都支持一个共同的结论，即直链淀粉-α-亚油酸复合物是热力学自发形成的产物。这些结果阐释了实时动力学在研究复合物热力学稳定构象形成过程中的重要性，对于从原子水平去了解复合物的复合行为具有广泛的应用价值。