一种在超声场中茶酸诱导的慢消化淀粉的制备方法

申请号 CN202311599049.9 申请日 2023-11-28 公开(公告)号 CN117986631A 公开(公告)日 2024-05-07
申请人 安徽农业大学; 发明人 杜逸群; 郝宗围; 李大祥; 余振宇; 周裔彬; 胡爱龙;
摘要 一种在超声场中茶 氨 酸诱导的慢消化 淀粉 的制备方法,将玉米淀粉和茶氨酸分散于 水 中,配制成淀粉‑茶氨酸混合溶液,然后用密封 薄膜 密封;再用 超 声波 细胞 破碎 机对上述混合溶液进行改性10‑50 min;然后,在45‑55℃的水浴中持续搅拌1‑3小时,在离心后取沉淀,干燥后即得慢消化淀粉。本 发明 通过在超声场中,茶氨酸诱导玉米淀粉,调节玉米淀粉‑茶氨酸复合物的组分以及加工条件,改变玉米淀粉的 流变学 特性,多尺度结构和体外消化率,制备的复合物的慢消化淀粉和抗性淀粉的含量显著提高。
权利要求

1.一种在超声场中茶酸诱导的慢消化淀粉的制备方法,其特征在于:将玉米淀粉和茶氨酸分散于中,配制成淀粉‑茶氨酸混合溶液,然后用密封薄膜密封;再用声波细胞破碎机对上述混合溶液进行改性10‑50 min;然后,在45‑55℃的水浴中持续搅拌1‑3小时,在离心后取沉淀,干燥后即得慢消化淀粉。
2.根据权利要求1所述的一种在超声场中茶氨酸诱导的慢消化淀粉的制备方法,其特征在于:超声的功率为300 W,并且在超声的过程中,设置为开启5秒,关闭5秒。
3.根据权利要求1所述的一种在超声场中茶氨酸诱导的慢消化淀粉的制备方法,其特征在于:超声处理时间为30‑40min。
4.根据权利要求1所述的一种在超声场中茶氨酸诱导的慢消化淀粉的制备方法,其特征在于:茶氨酸是干的淀粉质量的5‑12%。
5.根据权利要求1所述的一种在超声场中茶氨酸诱导的慢消化淀粉的制备方法,其特征在于:淀粉‑茶氨酸混合溶液的浓度为10‑20 w/v %。
6.根据权利要求1所述的一种在超声场中茶氨酸诱导的慢消化淀粉的制备方法,其特征在于:离心的工艺条件为:在4000‑5000g转速下离心10‑20 min。

说明书全文

一种在超声场中茶酸诱导的慢消化淀粉的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种在超声场中茶氨酸诱导的慢消化淀粉的制备方法,属于功能食品技术领域。

背景技术

[0002] 近年来,心血管疾病(如高血糖、高血压和糖尿病)在全球呈上升趋势。全世界有超过4亿人受到糖尿病的影响,每年有超过1千万人死于心血管疾病肥胖症影响了约13%的成年人,其中超过3千万5岁以下儿童超重或肥胖。这些疾病主要是由于膳食结构的改变和越来越多的不恰当膳食导致的慢性疾病。预防这些疾病需要科学合理地安排膳食结构。谷物食品是我们日常饮食的首选,含有大量淀粉。过量摄入快速消化淀粉会导致血糖平迅速升高,对人体有害。而摄入慢消化淀粉可使血糖平稳上升,在维持餐后血糖平衡方面发挥重要作用。此外,抗性淀粉在肠道中不被消化,已被证明有助于调节肠道生物群和预防代谢性疾病。因此,开发富含抗性淀粉和慢消化淀粉的食品至关重要。这不仅保证了消费者对营养和健康的需求,也符合现代食品工业的发展方向,对预防高糖饮食引发的一系列疾病具有重要意义。
[0003] 玉米是我国仅次于水稻的第二大粮食作物,是一种廉价、易得、可再生的高淀粉含量作物。它受到淀粉加工业的广泛关注,是生产抗性淀粉和慢消化淀粉的良好原料。然而,天然玉米淀粉的抗性淀粉和慢消化淀粉含量较低,需要通过改性来实现抗性淀粉和慢消化淀粉含量的增加,以降低淀粉的水解率。与化学改性和酶改性相比,声波改性作为一种环境友好型技术备受食品研究人员的关注。我们之前的研究发现,超声处理可促进淀粉与脂质的结合和短程有序化。这主要是由于超声处理促进了更多的直链淀粉和越来越多的客体分子释放到其疏水腔中。此外,先前的研究表明,超声与竹叶黄协同作用可增加豌豆淀粉的粘弹性,减轻单独超声对淀粉多尺度结构的破坏。同时,协同处理还提高了淀粉的热稳定性和抗消化性,为提高豌豆淀粉营养价值的新方法提供了参考。
[0004] 茶叶对健康的益处主要在于其含有大量的生理活性成分,如茶多酚、茶氨酸和咖啡因。茶氨酸是茶叶中特有的一种游离氨基酸,也是茶叶中的呈味物质之一。茶叶中有20多种氨基酸,茶氨酸约占茶叶中氨基酸总量的50%~60%,具有降血压、改善记忆、安神镇静、保护脑神经细胞、调节免疫、辅助抗肿瘤、减肥降脂等生物活性,在医疗、保健、食品等领域得到广泛应用。先前报道了各种氨基酸对大米淀粉消化率的影响。结果表明,所有氨基酸都能抑制淀粉酶活性,湿热处理能使大米淀粉与氨基酸络合,慢消化淀粉含量从29.60%增加到41.30%,从而提高了慢消化率。目前的研究主要集中在单一外源添加剂或处理工艺对淀粉结构和消化率的影响。尽管茶氨酸的应用范围很广,而且对消化酶有潜在的抑制作用。有关超声波对茶氨酸在调节淀粉结构、复合物形成和结合状态方面的作用。尤其是制备慢消化淀粉方面的信息很少。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种在超声场中茶氨酸诱导的慢消化淀粉的制备方法。
[0006] 为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供的技术方案是:一种在超声场中茶氨酸诱导的慢消化淀粉的制备方法,将玉米淀粉和茶氨酸分散于水中,配制成淀粉‑茶氨酸混合溶液,然后用密封薄膜密封;再用超声波细胞破碎机对上述混合溶液进行改性10‑50min;然后,在45‑55℃的水浴中持续搅拌1‑3小时,在离心后取沉淀,干燥后即得慢消化淀粉。
[0007] 优选的技术方案为:超声的功率为300W,并且在超声的过程中,设置为开启5秒,关闭5秒。
[0008] 优选的技术方案为:超声处理时间为30‑40min。
[0009] 优选的技术方案为:茶氨酸是干的淀粉质量的5‑12%。
[0010] 优选的技术方案为:淀粉‑茶氨酸混合溶液的浓度为10‑20w/v%。
[0011] 优选的技术方案为:离心的工艺条件为:在4000‑5000g转速下离心10‑20min。
[0012] 由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有的优点是:
[0013] 本发明利用淀粉颗粒之间的微聚合特别有利于抗性淀粉的加工。本发明将L‑茶氨酸(THE)和玉米淀粉(MS)进行了协调,在超声场的帮助下对MS的多尺度结构进行了编程。超声波破坏了淀粉颗粒的结构,打开了淀粉的分子链,促进了更多的THE结合,产生了更多的低阶或无序晶体结构。此外,在这种情况下,淀粉分子(尤其是直链淀粉)之间的聚集减少,系统的流动性增加(表观粘度、G'和G"显著降低),从而延缓了淀粉的再生。密度泛函理论(DFT)计算表明,THE和MS之间主要存在氢键和范德华等非共价相互作用,这是MS的短程有序性、螺旋结构和变(ΔH)降低的主要原因之一。有趣的是,基于上述结构变化,THE改性MS(MS‑THE‑30)的快速消化淀粉(RDS)含量降低了17.89%,抗性淀粉(RS)含量增加到26.65%。这些结果为安全生产抗性淀粉提供了新的策略。
附图说明
[0014] 图1MS和经不同超声时间(10、20、30分钟)处理的THE改性的MS的消化率曲线(A)和相关LoS图(B)
[0015] 图2MS和经不同超声时间(10、20、30分钟)处理的THE改性的MS扫描电镜图像。(放大倍数分别为1000、5000和7000倍)。
[0016] 图3MS和经不同超声时间(10、20、30分钟)处理的THE改性的MS糊化行为曲线(A)、表观粘度(B)、G′(C)和G″(D)。
[0017] 图4MS和经不同超声时间(10、20、30分钟)处理的THE改性的MS的X射线衍射图(A)、傅立叶变换红外光谱(B)、红外去卷积图(C)、LCM‑拉曼光谱(D)、13C NMR CP/MAS光谱(E)和DSC热图(F)。
[0018] 图5淀粉(DP=10)和L‑茶氨酸单体(淀粉(DP=10)(A)和L‑茶氨酸(B))分子表面的静电位(ESP)分布;红色球体代表分子结构中的原子,青色球体代表分子结构中的原子,白色球体代表分子结构中的氢原子。淀粉(DP=10)‑THE复合物体系的优化稳定构象(C)、IGM分析(D)、RDG散射(E)和非共价相互作用在实际空间的分布(F);其中红色球体代表氧原子,青色球体代表碳原子,白色球体代表氢原子。
[0019] 图6超声场中THE修饰对MS流变特性、多尺度结构和体外消化率影响的机制图。

具体实施方式

[0020] 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本实施例所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0021] 请参阅图1‑6。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整。提供以下实施例以便更好地理解本发明,而非限制本发明。以下实施例中的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料如无特殊说明,均为常规生化试剂商店购买所得。
[0022] 玉米淀粉和L‑茶氨酸(纯度≥98%)由阿拉丁有限公司(中国上海)生产。
[0023] 以下实施例所述试剂或材料若无说明,均为市售。
[0024] 实施例1:一种在超声场中茶氨酸诱导的慢消化淀粉的制备方法
[0025] 一种在超声场中茶氨酸诱导的慢消化淀粉的制备方法,其制备方法包括以下步骤:
[0026] 称取一定量的玉米淀粉和茶氨酸(10%淀粉干基),溶解于100mL蒸馏水中,配制成浓度为15%(w/v)的淀粉‑茶氨酸混合溶液,并用密封薄膜密封。用超声波细胞破碎机(SCIENTZ‑IID;宁波三特生物科技有限公司,中国宁波)对上述混合溶液进行改性。然后,在50℃的水浴中持续搅拌2小时,在4500g转速下离心15分钟,将沉淀转移到平皿中,在45℃的烘箱中干燥48小时。使用的超声波时间为10、20和30分钟,功率为300W(开启5秒,关闭5秒)。
[0027] MS代表“玉米淀粉”,THE代表“茶氨酸”。
[0028] 效果数据
[0029] 1.体外消化率的测定
[0030] 1.1.各种淀粉组分含量
[0031] 在10mL的醋酸钠缓冲液(0.02mol/L,pH=5.5)中加入α‑淀粉酶(5U/mg),磁力搅拌30min,然后在15,000g转速下离心5min。上清液加入淀粉葡萄糖苷酶(260U/mL),涡旋混匀,得到α‑淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶的混合酶液。每个样品(250mg,干基)加入20mL醋酸钠缓冲液(0.02mol/L,pH=5.5),糊化30min,然后在37℃下平衡10min,接着加入5mLα‑淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶的混合酶溶液。在消化过程中,每隔一定时间(0、20和120min)取出溶液(0.2mL),与无水乙醇(0.8mL)混合,使酶失活,然后在4,000g转速下离心10min,得到上清液。使用葡萄糖氧化酶‑过氧化物酶试剂盒在505nm波长处测量吸光度,计算葡萄糖含量。每个样品测量三次,取平均值。通过测量计算得出RDS、SDS和RS值。计算公式如下[0032] RDS(%)=[(G20‑G0)x0.9]/TSx 100        (1)
[0033] SDS(%)=[(G120‑G20)x0.9]/TSx 100       (2)
[0034] RS(%)=(1‑RDS‑SDS)x100            (3)
[0035] 其中,G0表示未水解时的葡萄糖量;G20表示水解20min内释放的葡萄糖量;G120表示水解120min内释放的葡萄糖量;TS表示总淀粉干基的质量(mg)。
[0036] 1.2.消化动力学
[0037] 根据先前的体外消化动力学方法和不同消化时间下葡萄糖含量的变化趋势,我们对酶解过程中葡萄糖含量的变化规律进行了一阶动力学拟合。此外,通过将一阶方程的一阶导数用对数形式表示,计算出斜率对数(LOS)图。拟合和计算公式如下:
[0038] C=C∞(1‑e‑kt)                     (4)
[0039]
[0040] 式中:C为时间t时样品的水解速率;C∞为平衡时样品的水解速率;k为消化动力学常数;ln(dC/dt)表示斜率的对数。
[0041] 表1MS和经不同超声时间处理的THE改性MS的体外消化率。
[0042]
[0043] 表1列出了MS和经不同超声时间处理的THE改性MS的体外消化率。可以看出,MS的RDS和RS含量分别为79.39%和8.96%。与MS相比,经超声处理后的THE改性MS的消化率明显下降(P<0.05)。其中,RDS的含量从79.38%降至61.49%,RS的含量升至26.65%(MS‑THE‑30)。为了进一步说明超声波对THE改性MS消化率的影响,我们对不同消化时间(0、20、60、
120和180min)下葡萄糖含量的消化曲线进行了一阶动力学拟合。此外,通过将一阶方程的一阶导数用对数形式表示,还得到了斜率对数(LOS)图(见附图1B)。附图1A显示了MS和THE改性MS在不同超声时间下的水解曲线。所有样品都在60min内迅速水解,随后趋于稳定。有趣的是,不同处理时间的样品的水解曲线逐渐受到抑制。这表明经超声处理的THE改性MS的消化率受到了明显的抑制,这与上述功能性淀粉含量的结果一致。表1还列出了具体的水解参数。从表中可以看出,随着处理时间的延长,酶水解速率(k值)从0.217显著下降到0.109(P<0.05),平衡水解百分率(C∞)也呈下降趋势(C∞值从80.326下降到69.637)(P<0.05)。这些结果表明,在超声波改性过程中,THE的存在会有效抑制淀粉的水解速率。
[0044] 2.微观结构观察
[0045] 样品的形态由扫描电子显微镜测定。测定前,样品在45℃的烘箱中干燥过夜,并用导电胶平放在样品台上。通过喷金处理在样品表面上一层金膜,然后使用扫描电子显微镜在3kV的加速电位下进行观察和拍照。
[0046] MS和经不同超声时间处理的THE改性MS的扫描电镜图像见附图2。
[0047] 从图中可以看出MS具有天然淀粉的颗粒特征,呈不规则或多边形。与MS相比,添加THE(浓度为10%)后MS颗粒的形态没有明显变化。这正如Yue等人得出的结论:添加不同浓度的氨基酸对淀粉颗粒的形态影响有限,甚至可能没有影响。然而,与原始淀粉相比,经超声改性的MS的颗粒形态发生了显著变化。超声时间为10min时,一小部分THE被包裹在淀粉颗粒表面或与淀粉分子结合。随着超声时间的延长,淀粉颗粒表面出现大量凹坑并发生变形,淀粉分子相互聚集,更多的THE被结合或包裹在淀粉颗粒上,这可能是淀粉酶水解受到抑制的原因之一。
[0048] 3.糊化性能测定
[0049] 使用快速粘度分析仪按照美国谷物化学协会的标准1方法对样品的糊化性能进行了评估。测试程序如下:在50℃下保温1min,以12℃/min的速度升温至95℃并在95℃下保温2.5min,然后以12℃/min的速度降温至50℃并在50℃下保温2min。得出糊化曲线和糊化相关参数,包括峰值粘度(PV)、谷值粘度(TV)、击穿粘度(BD)、最终粘度(FV)和后退粘度(SB)。
[0050] 测定结果见表2和图3的A。
[0051] 表2MS和经不同超声时间处理的THE改性MS的粘贴特性
[0052]
[0053] 数据以一式三份的平均值±标准偏差表示。同列中不同上标字母表示差异显著(P<0.05)。RDS,快速消化淀粉(%);SDS,缓慢消化淀粉(%);RS,抗性淀粉(%);C∞,平衡水解‑1 2百分比(%);k,消化率系数(min );R,相关系数。
[0054] 从图中可以看出,单独的物理添加和经过不同超声时间处理的THE改性MS在糊化过程的各个阶段的粘度都呈下降趋势。这主要是因为淀粉的内部链结构在超声处理过程中会发生一定程度的降解,导致体系在糊化过程中无法形成稳定的缠结网络,从而表现出较低的糊化特性。表2的进一步分析表明,与MS相比,经不同超声时间处理的THE改性MS的峰值粘度明显降低(图3的A和表2)。
[0055] 4.流变特性
[0056] 用流变仪测量样品的静态和动态流变特性。糊化好的样品冷却到室温后,放在装有40mm平行板的试验台上进行测量。测试条件:间距为1000μm,温度为25℃,应变为0.1%(线性粘弹性区域),动态频率扫描范围为0.1‑100rad/s。得到了样品的存储模量(G′)和损‑1耗模量(G″)。静态流变特性的测定是为了测量表观粘度随0.01‑100s 剪切速率的增加而发生的变化。
[0057] 测定结果见附图3的B‑D。
[0058] 图中显示了所有淀粉糊的静态流变曲线。从图中可以看出,随着剪切速率的增加,MS和MS‑THE复合物糊的粘度呈下降趋势,表现出明显的剪切稀化特征,属于典型的流体。此外,在0.1‑100l/s的剪切速率范围内,随着处理时间的增加,MS‑THE复合物浆料的表观粘度逐渐下降,这与RVA的分析结果一致。在频率范围(0.1‑10Hz)内,所有淀粉凝胶的G'都高于G”,反映了典型的弱凝胶粘弹性行为。值得注意的是,MS‑THE复合物的G'和G”低于MS,这一点随着处理时间的延长更为明显。G′值的降低可能是由于THE在超声场中被包裹在淀粉颗粒表面,使得只有部分直链淀粉从颗粒中分散到淀粉糊中。
[0059] 5.X射线衍射分析(XRD)
[0060] 使用XRD测定样品的结晶形状和相对结晶度。测试条件设定如下Cu‑Ka靶发射(λ=0.154nm),电压40kV,电流40mA,测量角度2θ,范围5°‑40°,步长0.02°,扫描速度5°/分钟。使用MDI Jade 6.5软件计算衍射图样和相对结晶度。
[0061] 测定结果见附图4的A和下表3。
[0062] 表3:MS和经不同超声时间处理的THE改性MS的XRD、FT‑IR、FWHM和热性能的参数。
[0063]
[0064] To、Tp、Tc和ΔH分别表示糊化参数起始温度、峰值温度、结束温度和糊化焓。
[0065] 所有数值均为平均值±标准偏差。一栏中上标不同的平均值表示差异显著(p<0.05)。
[0066] MS和经不同超声时间处理的THE改性MS在15°、17°、18°和23.5°处都有尖锐的峰,属于A型晶体结构,表明超声对THE改性MS的晶体类型没有影响。从淀粉晶体结构的角度来看,不同超声时间的THE改性MS不具有V‑复合物结构(特征峰的位置分别为7.5°、13°和20°),但与MS的晶体结构一致。根据这些结果,我们推测THE没有占据淀粉的疏水空腔形成包合物,可能是通过氢键或静电作用与非包合物形成的。此外,从表3中发现,随着处理时间的延长,超声修饰的MS‑THE的相对结晶度呈下降趋势(相对结晶度从34.88%降至27.21%)(P<0.05)。因此,适当的超声处理可促进MS与THE的结合。
[0067] 6.傅立叶变换红外光谱(FT‑IR)和激光共聚焦显微拉曼(LCM‑Raman)光谱法[0068] 使用傅立叶变换红外光谱仪在室温下测量不同样品的红外光谱特性。具体方法如下:测定前将样品在45℃的烘箱中平衡24h,然后将样品与KBr按1:100的质量比混合,研磨‑1并用KBr压片法压制成片剂,用于测定。红外光谱扫描参数如下:扫描范围4000‑400cm ,分‑1
辨率4cm ,以光谱水平KBr为空白,32次扫描取平均值,并使用OMNIC软件进行分析。此外,通‑1
过对波数范围为1200‑800cm 的光谱进行解卷积,计算出R1047/1022的峰比,以确定样品的短程有序性。使用LCM‑Raman光谱仪(测定样品的短程有序性,激光光源为波长为785nm的绿色二极管。测试条件如下:输出功率为150W,扫描次数为3次,曝光时间为10000ms,光谱扫描范‑1 ‑1
围为3200‑100cm 。使用PeakFit软件计算了480cm 处特征峰的半最大全宽(FWHM),以确定各个样品的短程有序性。
[0069] 测定结果见附图4的B‑D。
[0070] 傅立叶变换红外光谱可用于揭示淀粉晶体结构的特征(如链构象和双螺旋结构),‑1从而显示短程有序性的变化。MS在3461cm 附近有一个强而宽的吸收峰,该吸收峰是键合羟‑1
基‑OH的伸缩振动,而2900cm 处的吸收峰代表了‑CH2基团的伸缩振动。所有淀粉样品的傅立叶变换红外光谱中都没有形成新的峰值,这表明MS在改性后没有形成新的官能团。MS‑‑1
THE复合物的大部分特征峰变得更宽且峰强度更低,3461.11cm 处的‑OH基团伸缩振动峰强度减弱,表明超声处理破坏了淀粉的部分分子间和分子内氢键。同时,在相同的THE添加比‑1
例下,不同的处理时间,MS在3461cm 的振动峰呈蓝移趋势,表明体系中氢键的密度和强度增加,THE与淀粉链的羟基之间形成了氢键。根据之前的研究,R1047/1022处的峰强度比表明了‑1
淀粉的有序结构,反映了淀粉分子短程有序化的强度。此外,拉曼光谱中480cm 处的半最大值全宽(FWHM)也与淀粉分子的短程有序性高度相关。在表3中,MS的R1047/1022比值从0.792降至0.647,而FWHM从15.070升至21.808(MS‑THE‑30),表明MS的短程有序性逐渐被破坏。在超声过程中,MS的淀粉链被打开,加速了THE与多羟基暴露的MS的相互作用,从而延迟了直链淀粉的自组装,这与上述分析结果一致。
[0071] 7.13C CP/MAS核磁共振(NMR)光谱法
[0072] 我们将样品置于4mm MAS固体探针上进行核磁共振光谱分析。测试条件设定如下:共振频率为150.9MHz,转子旋转速率为10000KHz,90°脉冲宽度为5μs,接触时间为1ms,延迟时间为5s。
[0073] 测定结果见附图4的E。
[0074] 玉米淀粉的13C化学位移信号主要分布在四个区域:94‑105ppm为C1化学位移,68‑78ppm为C2、3、5化学位移,81‑84ppm为C4化学位移,58‑65ppm为C6化学位移。然后,我们重点对C1和C4区域进行了解析。MS‑THE‑10在C1区的峰强度高于MS‑THE‑30,表明MS‑THE复合物没有形成稳定的螺旋结构。虽然超声处理破坏了淀粉的螺旋结构,大大促进了MS和THE的相互结合(傅立叶变换红外光谱证实了这一点)。此外,随着超声时间的延长,THE改性的MS峰在C4区域的强度逐渐增加。
[0075] 8.差示扫描量热法
[0076] 样品的热力学性质由DSC8000测定。称取约2.0mg样品并转移到40微升纯坩埚中,然后加入蒸馏水,使样品与水的比例为1:3(m:V,以干基计)。确保样品与水充分混合后密封,并在室温下平衡12h后进行测试。测试过程从30℃到100℃,升温速率为10℃/min,以空白坩埚为参照物。热力学参数通过TA分析软件进行分析和计算。
[0077] 测定结果见附图4的F。
[0078] 表3列出了淀粉的热学特性参数,包括To、Tp、Tc和焓变(ΔH)。所有淀粉样品都只有一个吸热峰,与原始淀粉相比,超声改性MS的吸热峰更平坦,这表明糊化所需的能量更少。原始淀粉的To、Tp和Tc分别为65.66℃、70.31℃、75.43℃,ΔH为11.63J/g。与对照组相比,使用超声波的THE改性MS的糊化温度没有明显变化,而ΔH则呈明显下降趋势(ΔH从MS‑THE的
10.97J/g降至MS‑THE‑30的6.10J/g)。ΔH代表糊化过程中淀粉双螺旋结构解开和熔化所需的能量,反映了无定形区双螺旋序列的损失和淀粉颗粒内部的结晶度。在本研究中,ΔH的降低反映了超声对淀粉分子结构的破坏作用,使MS和THE在超声场中相互结合,形成水合能力更强的MS‑THE复合物,水分子更容易进入淀粉颗粒内部造成糊化,从而导致ΔH降低。
[0079] 9.DFT计算
[0080] 我们从PubChem数据库中下载了茶氨酸的结构式,并使用Open Babel程序将其转换为3D格式。由于淀粉分子量巨大,颗粒内部结构多尺度,DFT理论难以模拟整个淀粉结构体系。因此,我们选择了淀粉模型(DP=10)作为淀粉分子的计算模型。首先,采用B10LYP/3‑6G(d)方法对淀粉(DP=31)和茶氨酸分子单体结构进行几何结构优化;然后,使用Multiwfn程序绘制静电势(ESP)分布图。使用Genmer程序生成100个淀粉‑THE复合物的随机图像,并使用Molclus程序的半经验算法进行优化。在ZPE和BSSE校正的情况下,使用相同的DFT基集以最小的能量进一步优化初始复合材料结构。在Multiwfn中进行低密度梯度RDG测定,以分析和绘制分子相互作用,以评估和绘制分子之间的非共价相互作用。
[0081] 测定结果见附图5。
[0082] 为了更好地理解MS和THE复合物体系中分子间的非共价相互作用,我们应用量子化学方法分析了淀粉和THE分子单体的稳定结构、分子表面的静电位(ESP)分布以及MS和THE复合物体系的稳定结构。自由单体表面的ESP可用于预测和解释单体通过氢键相互作用形成复合物的可能结合位点和强度,这也有助于后续研究MS和THE复合系统初始几何构型的设计和优化。图5显示了淀粉模型(DP=10)和THE的ESP分布,其值与基团是否具有氢键受体或供体的能力有很好的相关性。图中自由单体的ESP分布可以用刻度来表示,即蓝色越深表示电子密度显著增加,相应区域的负电荷越多;红色越深表示电子云密度越低,相应区域的正电荷越多。在淀粉和THE的羟基、羧基和氨基附近出现了ESP的最大和最小点,这可能是它们的主要分子相互作用点。从淀粉(DP=10)和THE复合物体系的优化稳定构象(图5C)中可以看出,它们之间的吸附能达到了‑23.427kcal/mol。在RDG散点图(附图5D)中,蓝色图案代表氢键或卤素键等强的非共价相互作用,绿色图案代表范德华力等弱的非共价相互作用,红色图案代表具有强空间位阻的环状或笼状结构。可以看出,MS和THE复合物系统在所有三种颜色中都显示出垂直条状"尖峰",这表明复合物系统中存在氢键、范德华力和空间位阻效应等非共价相互作用。
[0083] 以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例,并非企图具以对本发明做任何形式上之限制,是以,凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更,皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。
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