淀粉与多酚类物质相互作用及其复合物形成及稳定机制研究

Encapsulation using starch-based carrier through the interaction between polyphenol and starch is a valid solution against environmental sensitivity of polyphenols. The stabilization and control release of polyphenol can be achieved through encapsulation. In this study, according to the multi-scale structures of starch, the dynamic process of polyphenol loading into the starch and its distribution in the starch granule will be observed from a granular structure level. The interaction between amylose/amylopectin and polyphenol as well as the formation and stabilization mechanism of the super-molecular structure of polyphenol-starch complex will be investigated from a molecular structure level. The effect of “water channel”, long-range and short-range order and semi-crystalline structure of different starches on the formation and stabilization of polyphenol-starch complex will be studied from a crystalline structure level. This study will elucidate the interaction between starch and polyphenol as well as the formation and stabilization mechanism of their complex. The relationship between multi-scale structures of starch and its carrier properties will be established. It can also provide scientific basis on control design of polyphenol encapsulation and stabilization using starch-based carrier.

以淀粉为载体包埋多酚类物质，通过二者的相互作用能够解决多酚类物质的环境敏感性问题，实现其稳态化和控制释放。本项目从淀粉的多尺度结构出发，分别从颗粒结构层面研究多酚类物质载入淀粉颗粒内部的动态进程及其分布情况；从分子精细结构层面研究直链/支链淀粉分子与多酚分子的相互作用及多酚-淀粉复合物超分子结构的形成及稳定机制；从结晶结构层面研究具有不同晶型结构的淀粉的“水通道”、长/短程及半晶体结构对多酚-淀粉复合物形成及稳定的影响机制。从而全面阐明淀粉与多酚类物质的相互作用机理及其复合物形成及稳定机制，建立淀粉多尺度结构与其载体特性之间的相互关联，为以淀粉为基质的多酚类物质的载体化可控设计提供科学依据。

富含多酚的植物性食物被越来越多的用于淀粉类食品，不仅能赋予其特殊的理化性质或营养价值，还能起到抗氧化、防腐或抗菌的效果。因此，研究多酚与淀粉之间的相互作用机理尤为迫切。本研究选取系列不同直链淀粉含量的玉米淀粉：蜡质玉米淀粉（WS）、普通玉米淀粉（MS）和高直链玉米淀粉（HAS）以及具有不同分子尺寸和分子量范围的多酚类物质：咖啡酸（CA）、槲皮素（Qu）和表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG），采用食品加工中常用的水-热方式对其共混物进行处理，基于淀粉的多尺度结构研究淀粉与多酚类物质相互作用机理。结果显示，多酚与淀粉的非共价相互作用能显著抑制淀粉的消化和回生，改变淀粉的糊化和流变学特性，且此相互作用与多酚的结构、分子尺寸及淀粉中直链淀粉/支链淀粉比例相关。等温滴定微量热（ITC）分析表明，多酚与淀粉之间的作用力主要是氢键相互作用。核磁共振（NMR）氢谱碳谱分析显示，Qu 的C-4’及C-5’上的羟基、EGCG的B环上的羟基优先与淀粉形成氢键，而CA分子上所有的羟基都参与了氢键的形成。热重分析法（TGA）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）的分析结果表明，分子尺寸小的CA能通过分子间的氢键相互作用增强淀粉分子的有序结构，提高淀粉的热稳定性，而分子尺寸较大且羟基基团较多的Qu和EGCG则会抑制淀粉分子的重排，减少淀粉分子的有序结构。交叉极化结合魔角旋转13C核磁共振（CP/MAS 13C NMR）进一步证实，在Qu和EGCG的作用下，直链淀粉的重排被抑制，双螺旋结构减少。碘结合实验显示，多酚能够通过与淀粉的相互作用，抑制淀粉碘络合物的形成，且淀粉中直链淀粉含量越高抑制效果越明显。同时，直链淀粉含量越高的淀粉，多酚类物质对其消化和回生的抑制越显著。通过选择不同结构的多酚及直链淀粉/支链淀粉比例的淀粉能够设计出具有不同理化特性的多酚-淀粉复合物。