等离子体协同白藜芦醇改性香蕉淀粉及其性质_孙颖.pdf

32 2023,Vol.44,No.04 食品科学 食品化学等离子体协同白藜芦醇改性香蕉淀粉及其性质孙 颖1,2，郑丽丽2，郑晓燕2，杨 旸2，校 导2，艾斌凌2，张正科1,*，盛占武2,*（1.海南大学食品科学与工程学院，海南 海口 570228；2.中国热带农业科学院海口实验站，海南 海口 571101）摘 要：为探究等离子体协同多酚改性对淀粉性质的影响，以青香蕉淀粉为原料，通过介质阻挡放电（dielectric barrier discharge，DBD）等离子体和白藜芦醇复合改性，制备DBD等离子体改性香蕉淀粉-白藜芦醇复合物，研究复合改性对香蕉淀粉理化性质和消化性的影响。结果表明，DBD等离子体处理后提高了香蕉淀粉与白藜芦醇的复合率；与未改性香蕉淀粉相比，复合改性所形成复合物的溶解度和凝沉性显著提高；DBD等离子体改性后样品的吸油率有很大提升；凝胶化温度To、Tp和Tc分别从64.10、71.14 和73.92 提高至70.18、75.79 和82.53；改性后淀粉的消化率和消化速率提高；膨胀力和冻融稳定性降低。扫描电子显微镜表明，DBD等离子体处理产生了更多的淀粉碎片，对淀粉表面具有刻蚀作用。X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分析表明，白藜芦醇与香蕉淀粉通过CH-键结合，使复合物的结构更加致密有序，形成结晶度较高的非“V”型包合物。因此，通过等离子体协同多酚改性香蕉淀粉，能够改善香蕉淀粉的加工性能，有助于开发新型保健食品。关键词：香蕉淀粉；介质阻挡放电等离子体；白藜芦醇Effects of Combined Plasma and Polyphenol Modification on Properties of Banana StarchSUN Ying1,2,ZHENG Lili2,ZHENG Xiaoyan2,YANG Yang2,XIAO Dao2,AI Binling2,ZHANG Zhengke1,*,SHENG Zhanwu2,*(1.College of Food Science and Engineering,Hainan University,Haikou 570228,China;2.Haikou Experimental Station of Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Haikou 571101,China)Abstract:The purpose of this study was to explore the effect of treatment with dielectric barrier discharge(DBD)plasma followed by complexation with resveratrol on the physicochemical properties and digestibility of green banana starch.The results showed that DBD plasma treatment improved the complexation between banana starch and resveratrol.Compared with unmodified banana starch,the solubility,retrogradation properties,oil-holding capacity,gelatinization temperature(the onset gelatinization temperature(To),peak gelatinization temperature(Tp)and conclusion gelatinization temperature(Tc)increased from 64.10,71.14 and 73.92 to 70.18,75.79 and 82.53,respectively)and digestibility of the complex were significantly improved,while the swelling power and freeze-thaw stability were reduced.Scanning electron microscopy(SEM)showed that DBD plasma treatment produced more starch fragments and etched the starch surface.X-ray diffraction(XRD)and Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)showed that resveratrol combined with banana starch through CH-bond,which made the structure of the complex more compact and orderly,forming a non V-type inclusion complex with high crystallinity.Therefore,plasma treatment and then complexation with polyphenols can improve the processing properties of banana starch,which will contribute to the development of new health foods.Keywords:banana starch;dielectric barrier discharge plasma;resveratrol DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211011-104中图分类号：TS231 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2023）04-0032-10收稿日期：2021-10-11基金项目：国家自然科学基金面上项目（31772096）；海南省自然科学基金创新研究团队项目（320CXTD440）；中国热带农业科学院基本科研业务费项目（17CXTD-05；1630092019001）第一作者简介：孙颖（1996）（ORCID:0000-0003-0388-2136），女，硕士研究生，研究方向为采后生物学技术。E-mail:*通信作者简介：张正科（1977）（ORCID:0000-0002-1156-6021），男，研究员，博士，研究方向为采后生物学技术。E-mail:盛占武（1981）（ORCID:0000-0003-2253-6853），男，研究员，博士，研究方向为热带农产品贮藏与加工。E-mail:食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.04 33引文格式：孙颖,郑丽丽,郑晓燕,等.等离子体协同白藜芦醇改性香蕉淀粉及其性质J.食品科学,2023,44(4):32-41.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211011-104.http:/ SUN Ying,ZHENG Lili,ZHENG Xiaoyan,et al.Effects of combined plasma and polyphenol modification on properties of banana starchJ.Food Science,2023,44(4):32-41.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211011-104.http:/抗性淀粉（resistant starch，RS）指在健康个体小肠中120 min内无法消化的淀粉，具有类似于益生元和膳食纤维的生理作用1。当RS到达结肠时会被肠道微生物发酵，产生短链脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA），如乙酸、丙酸和丁酸，这些SCFA能够刺激肠道有益菌的生长，如双歧杆菌、乳杆菌2。香蕉是重要的热带经济作物，联合国粮食及农业组织将其列为第4大粮食作物，仅次于水稻、小麦和玉米3。淀粉是青香蕉的主要成分，而香蕉淀粉中的RS质量分数高达60%4。香蕉穗上一般有10%15%的残次果5，可以作为提取淀粉的原料，从而避免了次品蕉的浪费，对于开发新型保健食品和提高香蕉产业的经济效益具有重要意义。然而，天然淀粉存在溶解度低、热稳定性差、抗回生性差等问题，限制了其在食品加工领域的应用6。介质阻挡放电（dielectric barrier discharge，DBD）等离子体作为一种环保、非热加工技术，可直接以空气为气源获得高密度的等离子体，对辅助设备的要求低，适合工业应用。DBD等离子体产生的离子、中性粒子、光子、电子等高能粒子，能够与淀粉发生物理或化学反应，如交联、解聚和刻蚀，从而改善淀粉的理化性质和加 工性能7-8，在淀粉改性方面具有很大潜力6。白藜芦醇（反式-3,5,4-三羟基芪）是一种天然多酚类物质，多存在于红酒、葡萄和西红柿皮中，具有保护神经、抗癌、抗氧化、消炎和抗病毒的作用9-10。然而，白藜芦醇的水溶性差、生物利用率低以及光、热稳定性差，使其在食品和医药领域中的应用受到限制9。研究表明，酚类物质可以通过非共价相互作用（如氢键、疏水相互作用和范德华力）与淀粉分子结合，并且与淀粉分子竞争-淀粉酶和-葡萄糖苷酶的活性位点，从而提高了淀粉的抗消化能力和热稳定性11。另外，淀粉由于具有无毒、无害、生物相容性好和生物利用率高的特点，可以作为酚类物质的输送基质，提高多酚在食品生产中和消化道内的稳定性和生物利用率12。目前的研究多集中于单一的等离子体或多酚改性淀粉，对于等离子体协同多酚改性对香蕉淀粉性质的影响尚未阐明。Gao Shanshan等13提出DBD等离子体通过降解淀粉链，产生更多的线性片段，提高了淀粉与多酚复合的可能性。本研究通过DBD等离子体协同白藜芦醇改性香蕉淀粉，以期提高淀粉与白藜芦醇的复合率，改善淀粉的理化性质和加工性能，扩大淀粉在食品行业的应用范围。1 材料与方法1.1 材料与试剂青香蕉（南天黄），果皮颜色指数为1（根据成熟度比色卡比色），由中国热带农业科学院试验基地提供。香蕉成熟度比色卡 英国SH Pratt公司；白藜芦醇 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；唾液-淀粉酶（35 U/mg）、胃蛋白酶（2 500 U/mg）、胰酶（4 000 U/mg）、淀 粉 葡 萄 糖 苷 酶（3 4.6 U/m g）、猪 胆 盐 Sigma-Aldrich化学试剂公司；D-葡萄糖测定试剂盒（K-GLUK，GOPOD）爱尔兰Megazyme国际公司；其他试剂均为分析纯。1.2 仪器与设备DBD-50型DBD等离子体反应系统（电源型号CTP-2000K）南京苏曼等离子科技有限公司；HJ-6A数显恒温磁力搅拌器 江苏金怡仪器科技有限公司；D-37520高速离心机 美国Thermo公司；UV-1800紫外-可见分光光度计 日本岛津有限公司；AL204电子分析天平、FE28 pH计 梅特勒-托利多仪器有限公司；ST85B3-1冷冻干燥机 美国Milirock公司；扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，SEM）德国卡尔蔡司公司；D8 ADVANCE A25 X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）仪、傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）仪 德国布鲁克公司；7000差示扫描量热仪（differential scanning calorimeter，DSC）日本Hitachi公司；PCE-E3000恒温水浴振荡器 苏州威尔实验用品有限公司。1.3 方法1.3.1 香蕉淀粉的提取参照Yan