超声波协助处理制备淀粉—肉桂醛包合物研究

朱艳巧，田耀旗，徐学明，王庆玲，金征宇

(江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江南大学食品学院，江苏无锡214122)

超声波协助处理制备淀粉—肉桂醛包合物研究

朱艳巧，田耀旗，徐学明，王庆玲，金征宇*

(江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江南大学食品学院，江苏无锡214122)

基于超声波处理提高淀粉分子乳化性的原理，制备高直链玉米淀粉－肉桂醛包合物，并对超声处理时间、包埋温度、包埋时间、主客比对该包合物包埋率的影响进行了研究。结果表明高直链玉米淀粉－肉桂醛包合物的最佳包合条件为:超声处理时间10min，包埋温度35℃，包埋时间12h，主客比10∶1(g/mL)。红外光谱实验表明高直链玉米淀粉－肉桂醛包合物已形成。在最佳包埋条件下，高直链玉米淀粉－肉桂醛包合物的包埋率可达到39.54%。

超声波技术，淀粉－肉桂醛包合物，包埋率

肉桂醛通常称为桂醛，是黄色粘稠状液体，对橘青霉、黄曲霉、黑曲霉等均有较强的抑制作用［1－2］。但是由于肉桂醛具有刺激性气味且容易挥发，这不但严重影响了食品的原有风味，同时也导致肉桂醛抑菌作用维持时间短。因而，钱亮亮等［1］采用β－环糊精包埋肉桂醛，以延长其抑菌时间。但与淀粉相比，β－环糊精价格较高，在一定程度上限制了其工业化应用［3］。而淀粉的来源丰富，其中组分直链淀粉在适当条件下可形成单螺旋链，它具有与环糊精结构相似的内腔疏水、外侧亲水的结构［4－6］。因此，直链淀粉能与不同的客体形成包合物，即配体的疏水性部分被包合进直链淀粉的螺旋结构中［7－9］。然而原淀粉乳化性较差，不利于包埋客体［10］。Mongenot等［11］曾报道用超声波处理淀粉悬浮液，可以提高淀粉的乳化性。基于此原理，本研究拟采用超声波协助处理方法制备淀粉－肉桂醛包合物并对其进行鉴定。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

肉桂醛 国药集团化学试剂有限公司，化学纯;高直链玉米淀粉 顶峰淀粉公司，直链淀粉含量为50.63%;无水乙醚、无水乙醇 均为分析纯。

JYD－900智能型超声波细胞粉碎机 上海之信仪器有限公司;TU－1900双光束紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;Nicolet Nexus 470傅立叶红外光谱仪 美国 Thermo Electron Corporation。

1.2 实验方法

1.2.1 高直链玉米淀粉－肉桂醛包合物的制备 制备浓度为5%(m/v)的高直链玉米淀粉浆，沸水浴糊化1h，糊化过程中采用玻璃棒不停地搅拌，冷却到室温后，加入用无水乙醇溶解的肉桂醛(无水乙醇与肉桂醛的体积比为10∶1)，于250W超声波条件下处理一定时间，然后在不同的包合温度下磁力搅拌一定时间使其均匀包埋。最终所制备的包合物在45℃烘箱中干燥3h，粉碎至100目待用。

1.2.2 超声处理时间的确定 在高直链玉米淀粉浆浓度为5%(m/v)，包埋温度为45℃，包埋时间为8h，主客比为13∶1(g/mL)的条件下，考察超声处理时间分别为0、5、10、15、20、25、30min时包埋率的变化，以确定最佳超声处理时间。

1.2.3 包埋温度的确定 在高直链玉米淀粉浆浓度为5%(m/v)，超声处理时间为10min，包埋时间为8h，主客比为13∶1(g/mL)的条件下，考察包埋温度分别为5、15、25、35、45、55、65℃时包埋率的变化，以确定最佳包埋温度。

1.2.4 包埋时间的确定 在高直链玉米淀粉浆浓度为5%(m/v)，超声处理时间为10min，包埋温度为35℃，主客比为13∶1(g/mL)的条件下，考察包埋时间分别为4、8、12、16、20、24、28h时包埋率的变化，以确定最佳包埋时间。

1.2.5 主客比的确定 在高直链玉米淀粉浆浓度为5%(m/v)，超声处理时间为10min，包埋温度为35℃，包埋时间为12h的条件下，考察主客比(高直链玉米淀粉与肉桂醛的质量体积比)分别为1∶1、4∶1、7∶1、10∶1、13∶1、16∶1、19∶1(g/mL)时包埋率的变化，以确定最佳主客比。

1.2.6 包埋率的测定 根据文献报道的方法［12］，称取1g包合物粉末于干燥的试管中，加入10mL无水乙醚，25℃下水浴浸提20min，倾出无水乙醚相。再加入5mL无水乙醚置于剩余残渣中，水浴浸提15min，倾出无水乙醚相。重复上述操作，直到280nm处吸光值为0。再加入10mL无水乙醇，50℃水浴浸提30min，倾出无水乙醇相，向残渣中加入10mL无水乙醇，50℃水浴浸提30min，倾出无水乙醇相。精确量出两次无水乙醇相的体积，286nm处测定吸光值，最终计算出包合物中肉桂醛含量(每个样品重复测定三次，取平均值)。

包合物中肉桂醛含量(μL/g)=x∑(bm×Am×Vm)

其中，x－吸光值与肉桂醛浓度的换算系数，由肉桂醛的无水乙醇标准曲线得出;bm－第m次倾出无水乙醇相的稀释倍数;Am－第m次倾出无水乙醇相的吸光值;Vm－第m次倾出无水乙醇相的体积(mL)。

包埋率(%)=包合物中肉桂醛含量/反应体系中肉桂醛总量×100%

1.2.7 红外光谱测定 制样方法:固态样品用KBr压片法，液态样品用液膜法;扫描范围4000～400cm－1;分辨率4cm－1;扫描次数32次。

2 结果与讨论

2.1 超声处理时间对包埋率的影响

由图1可见，未经超声处理的高直链玉米淀粉包埋率仅为5%;同时，在10min内，包合物的包埋率随超声处理时间的延长而增加;但10min以后，随着超声处理时间的延长，包埋率不再增加而是呈下降趋势。这主要归因于原淀粉本身乳化性较差，不能有效地包埋肉桂醛。短时间的超声处理可以造成淀粉的大量降解，破坏支链结构和淀粉长链，从而增加了直链淀粉的含量［13］;同时，超声处理可以使淀粉溶液粘度降低，有助于其形成均匀的乳状液，从而提高了包埋率。但过长的超声处理时间会使已形成的包合物重新发生解包合，导致包埋率大幅度降低。因此，由图1可见最佳的超声处理时间为10min。

图1 超声处理时间对包埋率的影响Fig.1 Effect of the ultrasound time on the encapsulation rate

2.2 包埋温度对包埋率的影响

由图2可见，随着包埋温度的升高，包埋率先增加后减少，当包埋温度为35℃时，包埋率达到最高。这是因为高直链玉米淀粉主要是通过疏水相互作用与肉桂醛发生包合反应，温度过低会降低高直链玉米淀粉和肉桂醛在水中的溶解度，不利于包合反应的进行［12］;故在包埋温度低于35℃时，包埋率随包埋温度的升高而增大;但温度过高会降低包合物的稳定性，形成的包合物重新解包合，导致包埋率大大降低。因此，由图2可见最佳的包埋温度为35℃。

图2 包埋温度对包埋率的影响Fig.2 Effect of the encapsulation temperature on the encapsulation rate

2.3 包埋时间对包埋率的影响

由图3可见，在包埋时间低于12h时，包埋率随包埋时间的延长而增加;当包埋时间高于12h时，包埋率随包埋时间的延长呈下降趋势。这是因为肉桂醛与高直链玉米淀粉发生包合需要一定的作用时间，故时间过短将不利于包合反应的进行;但包埋时间过长会导致形成的包合物发生解包合反应，导致包埋率降低。因此，由图3可见最佳的包埋时间为12h。

2.4 主客比对包埋率的影响

由图4可见，随着主客比的增加，包埋率也随之增加，当主客比大于10∶1时，包埋率趋于恒定。这是因为主客比较小时，高直链玉米淀粉含量过少，肉桂醛不能被完全包合，有较多的游离肉桂醛存在;随着主客比的增加，肉桂醛被包合进直链淀粉螺旋结构中的量逐渐增加;当主客比为10∶1时，包埋率达到最大，此时高直链玉米淀粉达到了最大包埋限度，故包埋率不会再随着主客比的增加而增加。因此，由图4可见最佳的主客比为10∶1。

图3 包埋时间对包埋率的影响Fig.3 Effect of the encapsulation time on the encapsulation rate

图4 主客比对包埋率的影响Fig.4 Effect of the ratio of host to guest on the encapsulation rate

2.5 红外光谱结果分析

在高直链玉米淀粉浆浓度为5%(m/v)，超声处理时间为10min，包埋温度为35℃，包埋时间为12h，主客比为10∶1(g/mL)的条件下，制备高直链玉米淀粉－肉桂醛包合物，对该包合物进行红外光谱鉴定。由图5可见，肉桂醛的特征吸收峰在1620cm－1处的苯环骨架振动和1675cm－1处的C=O伸缩振动。在混合物中，这两个特征吸收峰依然存在，由此可见，混合物的红外光谱仅仅是淀粉与肉桂醛红外光谱的简单叠加;而在包合物中，肉桂醛的特征吸收峰消失，与混合物图谱相比，包合物的许多吸收峰峰形和峰强度均发生了改变，这都表明肉桂醛已被包合进直链淀粉的螺旋结构中，致使肉桂醛的特征吸收峰受到屏蔽，从而表明高直链玉米淀粉－肉桂醛包合物已形成。

3 结论

3.1 超声波技术可以显著提高高直链玉米淀粉的包埋率。

3.2 在超声波处理条件下，高直链玉米淀粉包埋肉桂醛的最佳工艺条件为:超声处理时间10min，包埋温度35℃，包埋时间12h，主客比10∶1(g/mL)。在此

图5 四种样品的红外光谱图Fig.5 FT－IR spectra of the four samples

3.3 红外光谱分析结果表明，肉桂醛被包合进直链淀粉的螺旋结构中，这为高直链玉米淀粉－肉桂醛包合物的形成提供了重要依据。

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Preparation of the starch－cinnamaldehyde inclusion complex by the ultrasound technology

ZHU Yan－qiao，TIAN Yao－qi，XU Xue－ming，WANG Qing－ling，JIN Zheng－yu*
(The State Key Laboratory of Food Science and Technology，School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

High amylose corn starch－cinnamaldehyde inclusion complex was prepared，based on the improved emulsibility by the ultrasound technology.Effects of ultrasound time，encapsulation temperature and time，the ratio of host to guest on the encapsulation rate were also investigated.The results obtained that under the optimum conditions were addressed as follows:the ultrasound time was 10min，the encapsulation temperature and time were 35℃ and 12h，and the ratio of host to guest was 10∶1(g/mL).Results from FT－IR experiment verified the formation of high amylose corn starch－cinnamaldehyde inclusion complex.Under the optimized conditions，the encapsulation rate of the high amylose corn starch－cinnamaldehyde inclusion complex reached 39.54%.

ultrasound technology;starch－cinnamaldehyde inclusion complex;encapsulation rate

TS201.2

B

1002－0306(2012)02－0232－04

2011－02－23 *通讯联系人

朱艳巧(1985－)，女，硕士研究生，研究方向:碳水化合物资源开发与利用。

国家自然科学基金(20976070，31071490)。