郭晉彪，曲迎輝，李欣宇，張 蕾，何希宏，張黎明,*，郝利民,*

（1.天津科技大學(xué) 工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點(diǎn)實驗室，天津 300457；2.軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院，北京 100010）

淀粉是一種由直鏈淀粉與支鏈淀粉構(gòu)成的天然高分子化合物，其中直鏈淀粉通常以雙螺旋的形式存在[1]。在外部條件作用下，直鏈淀粉分子構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成具有“內(nèi)腔疏水、外腔親水”特性的單螺旋腔體結(jié)構(gòu)[2]，這種特殊結(jié)構(gòu)可使其作為主體分子，通過非共價作用與客體分子發(fā)生自組裝[3]，使客體分子包于淀粉螺旋空腔內(nèi)或介于直鏈淀粉兩個螺旋之間。形成自組裝體之后，由于客體分子的作用使淀粉的理化性質(zhì)發(fā)生明顯改變，如結(jié)晶性、黏彈性、糊化性、凝沉性和消化性等[4]。

目前制備淀粉與客體分子自組裝體的方法主要包括化學(xué)法和物理法等?；瘜W(xué)法主要有二甲基亞砜法[5]、KOH/HCl法[6]、乙醇法[7]等，其優(yōu)點(diǎn)是容易形成單螺旋結(jié)構(gòu)，進(jìn)而自組裝成V型結(jié)構(gòu)[8]，然而這些方法存在加工流程繁瑣、生產(chǎn)成本高，化學(xué)試劑殘留等問題，因此不適于功能食品生產(chǎn)加工。物理法相比較于化學(xué)法具有操作簡便、生產(chǎn)可控和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)受到越來越多研究者的青睞。球磨法是一種典型的物理加工法，主要利用摩擦、碰撞和剪切力等組合作用來改變淀粉理化性質(zhì)[9]，如淀粉直鏈淀粉與支鏈淀粉比、顆粒形態(tài)、粒徑分布等[10]。Juarez-Arellano等[11]通過控制球磨能量來處理馬鈴薯淀粉，發(fā)現(xiàn)球磨可破壞天然馬鈴薯淀粉糖苷鍵及淀粉內(nèi)氫鍵，使馬鈴薯淀粉（potato starch，PS）顆粒發(fā)生破裂，降低淀粉結(jié)晶度，同時伴有新聚集體的形成。本課題組前期通過球磨法制備淀粉/茶多酚復(fù)合物[12]（自組裝體）及淀粉/芹菜素復(fù)合物[13]（自組裝體），經(jīng)球磨處理后的淀粉晶體結(jié)構(gòu)改變，轉(zhuǎn)為無定形結(jié)構(gòu)；同時，球磨也可降低客體分子結(jié)晶度，淀粉顆粒的破裂及團(tuán)聚的發(fā)生有助于淀粉與客體分子的充分接觸，并形成自組裝體。

近些年，相關(guān)研究[14]發(fā)現(xiàn)多酚類化合物可通過氫鍵、疏水相互作用及靜電作用等非共價作用與淀粉發(fā)生主客體相互作用，所形成的自組裝體的理化性質(zhì)與營養(yǎng)性質(zhì)均發(fā)生明顯改善，因而淀粉/多酚自組裝體的形成及功效日益成為研究熱點(diǎn)。Han Meijun等[15]通過咖啡酸與玉米淀粉制備復(fù)合物（自組裝體），發(fā)現(xiàn)咖啡酸可改變淀粉晶體結(jié)構(gòu)，提高無定形淀粉穩(wěn)定性及有序性，所釋放的咖啡酸可抑制淀粉酶活性，該自組裝體具有良好的抗消化能力；Cohen等[16]發(fā)現(xiàn)高直鏈淀粉/染料木黃酮絡(luò)合物（自組裝體）相較于二者的物理混合物，可有效維持消化過程中客體分子的穩(wěn)定性，具有將其靶向釋放于大腸與結(jié)腸的潛力，提高染料木黃酮的生物利用度。淀粉/多酚自組裝體還具有益生元潛力，其中抗性淀粉及慢消化淀粉的比例顯著升高，可通過胃和小腸到達(dá)結(jié)腸，在腸道微生物菌群發(fā)酵后，可降解生成有益的短鏈脂肪酸和有機(jī)酸等，對腸道微生物群的豐度和組成起著關(guān)鍵作用[17]。

石榴皮多酚（pomegranate peel polyphenols，PP）是一種富含安石榴苷、沒食子酸、原兒茶素、綠原酸、表兒茶素、咖啡酸、蘆丁、槲皮素、山柰素的多酚類物質(zhì)[18]，鑒于其具有良好抑制淀粉酶的活性，本實驗選擇PP作為客體分子，探究將PP和PS共球磨處理對PS/PP自組裝體的形成、理化性質(zhì)和抗消化性能的影響，旨在尋找一種綠色環(huán)保、生產(chǎn)可控的制備淀粉與多酚類物質(zhì)自組裝體的方法，提高抗性淀粉營養(yǎng)片段的比例，更好地保護(hù)PP使其發(fā)揮高效的生物活性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

PP（鞣花酸含量≥98%） 西安首禾生物技術(shù)有限公司；PS（直鏈淀粉含量18%，水分含量20%）張家口富鑫農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司；豬胰α淀粉酶（編號7545，280 U/mg）、淀粉葡萄糖苷酶（編號9913，2 500 U/mg）美國Sigma公司；胃蛋白酶、胰酶、福林-酚試劑、沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品（HPLC＞98%） 北京索萊寶科技有限公司；其余試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

XQM-0.4型立式行星球磨機(jī) 長沙天創(chuàng)粉末技術(shù)有限公司；TU-1810型紫外-可見分光光度計 天津市冠澤科技有限公司；D/max 2500型X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）儀 日本理學(xué)株式會社；TENSOR 27型傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）儀 德國布魯克公司；XL-30型掃描電子顯微鏡（scanning electron microscopy，SEM）荷蘭飛利浦有限公司；Q50熱重分析（thermogravimetric analysis，TGA）儀 上海萊睿科學(xué)儀器有限公司；BS-2FS型立式恒溫恒濕搖床 蘇州威爾實驗用品有限公司；Vortex Genie2渦旋振蕩器 美國SI公司；PB1502-S分析天平 德國梅特勒-托利多儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 PS/PP自組裝體的制備

參考Shi Lei等[19]的方法稍作修改制備PS/PP自組裝體，按不同比例向陶瓷罐中加入PS及PP，加入半徑不同（2.5、5、7.5 mm）的氧化鋯球，罐中球與料質(zhì)量比接近2∶1，球與料總體積約占陶瓷罐總體積1/3～2/3，調(diào)節(jié)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速、球磨時間及PS與PP質(zhì)量比制備并探究PS/PP自組裝體特性。首先探究球磨時間對自組裝體特性的影響：稱取10.0 g PS及1.0g PP混勻置于陶瓷罐中，球磨0～25 h，以5 h為間隔獲得較優(yōu)球磨處理時間；之后，研究球磨轉(zhuǎn)速對PP/PS自組裝體特征的影響，按照所得條件分別在100～700 r/min條件下得到較佳轉(zhuǎn)速條件；最后探究PS與PP質(zhì)量比以獲得較好質(zhì)量比，得到制備PS/PP自組裝體的方法。

球磨產(chǎn)物使用無水乙醇洗滌去除未參與自組裝的PP，抽濾，置于37 ℃恒溫干燥箱12 h，將干燥后的濾餅充分研磨，使用100 目篩篩分得到PS/PP自組裝體。對照組選用PS，即不添加PP的PS于500 r/min球磨10 h。PP/PS物理混合物的制備方法：在較佳制備自組裝體條件下，稱取10.0 g PS及1.0 g PP，置于50 mL離心管中使用渦旋振蕩器振蕩10 min，抽濾干燥后通過100 目篩篩分。

取1.0 g PP/PS自組裝體于100 mL容量瓶，無水乙醇定容，室溫超聲60 min，靜置90 min，離心機(jī)3 000 r/min離心3 min，上清液用于多酚含量的測定。

1.3.2 PS/PP自組裝體總酚質(zhì)量比及組裝率測定

PS/PP自組裝體多酚濃度測定使用福林-酚比色法[20]并稍作修改，取500 μL PS/PP自組裝體上清提取液與500 μL福林-酚試劑混勻，靜置3 min，加入7.5%碳酸鈉溶液1.5 mL，室溫反應(yīng)30 min，于765 nm波長處測定吸光度，以不同質(zhì)量濃度（0～100 μg/mL）沒食子酸繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（y=0.021 7x＋0.009 2，R2=0.997 6）。利用式（1）計算總酚含量，組裝率按式（2）計算：

式中：Y1為總酚含量；Y2為PP組裝率；ma為測得自組裝體中總酚質(zhì)量/mg；mb為初始稱取PP/PS自組裝體樣品總質(zhì)量/g；mc為添加PP質(zhì)量/mg。

1.3.3 PS/PP自組裝體結(jié)構(gòu)表征

1.3.3.1 SEM分析

適量樣品覆蓋導(dǎo)電膠，洗耳球吹掃邊緣樣品顆粒，樣品表面鍍金60 s。加速電壓設(shè)為6 kV，放大2 000 倍進(jìn)行觀察。

1.3.3.2 XRD分析

取適量樣品壓成薄片，厚度約為1 mm、寬約為13 mm。掃描條件為：U=40 kV，I=35 mA，2θ掃描區(qū)域4°～35°，掃描速率4°/min，采樣步寬0.02°，縫寬2 mm，接收狹縫寬1 mm。

1.3.3.3 FTIR分析

取2.0 mg樣品與150.0 mg溴化鉀充分混勻研磨，壓片器制成近透明狀片材，掃描范圍500～4 000 cm-1，光譜分辨率為4 cm-1對樣品薄片進(jìn)行紅外光譜掃描，累計掃描16 次。

1.3.3.4 TGA

選用銦標(biāo)定儀器，稱取10.0 mg樣品于鉑坩堝內(nèi)，升溫區(qū)間25～600 ℃，升溫速率為10 ℃/min。保護(hù)氣體采用氮?dú)?，流量設(shè)置為60 mL/min。

1.3.4 PS/PP自組裝體消化實驗

使用體外消化模型[21]，并稍作修改。稱取100.0 mg PS/PP自組裝體，加入20.0 mL醋酸鈉緩沖溶液（pH 5.2），使用搖床于37 ℃、110 r/min反應(yīng)5 min后倒入透析袋，加入10 mL混合酶液（α-淀粉酶200 U/mL、糖化酶20 U/mL），置于磷酸鹽緩沖溶液中。定期取樣一次，每次1.0 mL，取樣后加入1.0 mL醋酸鈉緩沖溶液。葡萄糖濃度的測定使用3,5-二硝基水楊酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）法[22]，取500 μL樣液與1 000 μL DNS溶液混勻，沸水浴加熱10 min，于520 nm波長處測定吸光度，以不同質(zhì)量濃度（0～0.5 mg/mL）葡萄糖溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（y=1.424x＋0.012，R2=0.998），按式（3）計算消化率：

式中：ma為葡萄糖釋放量/mg；mb為自組裝體質(zhì)量/mg。

根據(jù)Englyst等[23]對淀粉消化的描述，淀粉可分為快速消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、緩慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS），分別是20、20～120 min內(nèi)水解成葡萄糖的淀粉量和在120 min內(nèi)未水解的淀粉量。根據(jù)式（4）～（6）計算RDS、SDS與RS的比例：

式中：G20為淀粉酶水解20 min后產(chǎn)生葡萄糖的質(zhì)量/mg；G120為淀粉酶水解120 min后產(chǎn)生葡萄糖的質(zhì)量/mg；FG為酶水解前淀粉中游離葡萄糖的質(zhì)量/mg；TG為樣品中總葡萄糖的質(zhì)量/mg。

1.3.5 PP/PS自組裝體體外胃腸道消化穩(wěn)定性評價

參考Sun Binghua等[24]的方法，稍作修改。稱取100.0 mg PP/PS自組裝體，加入20 mL模擬胃液（體積分?jǐn)?shù)0.05%吐溫80、9 mg/mL胃蛋白酶），使用搖床于37 ℃、100 r/min反應(yīng)60 min，加入NaOH溶液（1.0 mol/L）將體系pH值調(diào)節(jié)至6.8，然后加入模擬腸液（體積分?jǐn)?shù)0.05%吐溫80、7.2 mg/mL胰酶）反應(yīng)至180 min。定期取樣一次，每次1.0 mL，取樣后加入1.0 mL 0.05%吐溫80，按上述多酚濃度測定的方法測定消化液中的PP濃度。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2 結(jié)果與分析

2.1 制備條件對PS/PP自組裝體總多酚含量及組裝率的影響

2.1.1 球磨時間對PS/PP自組裝體總多酚含量及組裝率的影響

由圖1可知，球磨過程中PS/PP自組裝體總多酚含量及多酚組裝率均呈平穩(wěn)上升，后迅速下降的趨勢。當(dāng)球磨處理5～10 h時，自組裝體總多酚含量及多酚組裝率顯著上升（P＜0.05），到達(dá)10 h時自組裝體中總多酚含量最高（7.12±0.13）mg/g，這可能是由于球磨處理破壞了PS顆粒的晶體結(jié)構(gòu)，由直鏈淀粉形成的單螺旋空腔充分釋放[13]，促進(jìn)PS與PP進(jìn)行自組裝；球磨處理還可增加PP的分散度，使PS與PP充分接觸，因此自組裝體總多酚含量及多酚組裝率均呈現(xiàn)上升的趨勢。當(dāng)球磨處理15～25 h時，PS/PP自組裝體總多酚含量與多酚組裝率呈現(xiàn)顯著降低（P＜0.05）趨勢，這可能與球磨處理進(jìn)一步破壞了PS的直鏈淀粉單螺旋空腔有關(guān)，因此PS與PP自組裝能力下降。綜上可知制備PS/PP自組裝體較好球磨處理時間為10 h。

圖1 球磨處理時間對PS/PP自組裝體總多酚含量及多酚組裝率的影響Fig.1 Effect of ball milling time on the total phenol content and self-assembly rate of the self-assembled complex

2.1.2 球磨轉(zhuǎn)速對PS/PP自組裝體總多酚含量及多酚組裝率的影響

從圖2可知，隨著球磨處理轉(zhuǎn)速升高，PS/PP自組裝體總多酚含量及多酚組裝率趨勢為先穩(wěn)定上升后急劇下降。當(dāng)球磨處理的轉(zhuǎn)速由100 r/min升高至500 r/min時，PS/PP自組裝體中總多酚含量及多酚組裝率顯著升高（P＜0.05），當(dāng)球磨處理的轉(zhuǎn)速為500 r/min時，該條件下PS/PP自組裝體總多酚含量達(dá)到峰值（11.15±0.10）mg/g，這可能是由于當(dāng)球磨處理時間一致時，PS與PP晶體結(jié)構(gòu)破壞程度隨球磨處理轉(zhuǎn)速的升高而增加，利于PS與PP形成自組裝體。當(dāng)球磨處理的轉(zhuǎn)速持續(xù)升高，PS/PP自組裝體中總多酚含量及多酚組裝率均顯著降低（P＜0.05），由此可知球磨法制備PS/PP自組裝體的球磨轉(zhuǎn)速應(yīng)取500 r/min。

圖2 球磨轉(zhuǎn)速對PS/PP自組裝體總多酚含量及多酚組裝率的影響Fig.2 Effect of ball milling speed on the total phenol content and selfassembly rate of the self-assembled complex

2.1.3 PS與PP質(zhì)量比對自組裝體總多酚含量及多酚組裝率的影響

從圖3可得，隨著PP用量增加，PS/PP自組裝體體總多酚含量平穩(wěn)升高。當(dāng)PS與PP質(zhì)量比由1∶0.02變化至1∶0.15時，PS/PP自組裝體總多酚含量顯著升高（P＜0.05），當(dāng)質(zhì)量比為1∶0.15時，總多酚含量最高（19.91±0.32） mg/g，這可能由于球磨時間和轉(zhuǎn)速相同，PP用量升高可促使其與直鏈淀粉單螺旋空腔充分接觸，故PS/PP自組裝體總酚含量呈現(xiàn)平穩(wěn)升高的走勢。多酚組裝率由PS與PP質(zhì)量比1∶0.02變化至1∶0.05時呈現(xiàn)增長的趨勢，在1∶0.05時最高（76.14±0.55）%，當(dāng)PP的質(zhì)量比持續(xù)升高，表現(xiàn)顯著下降趨勢（P＜0.05），這可能是由于直鏈淀粉單螺旋空腔不足以滿足與過量PP形成自組裝體，故表現(xiàn)為先升高后顯著下降的趨勢。Zheng Yuxue等[25]發(fā)現(xiàn)多酚質(zhì)量比對淀粉理化性質(zhì)影響較大，因而制備PS/PP自組裝體較佳的質(zhì)量比為1∶0.15（PS/PP）。

圖3 PS與PP質(zhì)量比對自組裝體總多酚含量及多酚組裝率的影響Fig.3 Effect of PS/PP mass ratio on the total phenol content and selfassembly rate of the self-assembled complex

2.2 PS/PP自組裝體的結(jié)構(gòu)表征

2.2.1 SEM結(jié)果

從圖4可知，PP呈不規(guī)則多面體顆粒，散布隨機(jī)，顆粒間粒徑差異較小（圖4A）。PS為表面光滑球狀或橢球狀顆粒，輪廓圓潤，顆粒完整，個體間大小差異明顯（圖4C）。觀察PS與PP物理混合物，PP與PS外觀及形態(tài)未有明顯變化，PP顆粒隨機(jī)附著于PS表面（圖4E）。球磨后PP呈團(tuán)聚狀態(tài)，顆粒體積增大（圖4B）。PS球磨后顆粒表面粗糙程度增加，伴隨團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，有部分較小顆粒出現(xiàn)，這與Liu Tianyi等[10]球磨玉米淀粉的現(xiàn)象類似，可能是由于球磨后淀粉比天然淀粉的黏度更高[26]，在球磨過程中淀粉顆粒不斷發(fā)生破損和黏附，淀粉顆粒受損出現(xiàn)較小碎塊，部分顆粒黏附于較大的PS顆粒表面（圖4D）。PS/PP自組裝體顆粒破損程度及團(tuán)聚程度相較球磨后的PS進(jìn)一步增加，表面分布大量凹陷、空隙；相較于PS/PP物理混合物，PS/PP自組裝體表面未見PP顆粒附著（圖4F）。

圖4 PP、球磨后的PP、PS、球磨后的PS、PS/PP物理混合物、PS/PP自組裝體的掃描電子顯微鏡照片（×2 000）Fig.4 SEM micrographs of PP, ball-milled PP, PS, ball-milled PS,PS/PP physical mixture, and PS/PP self-assembled complex (× 2 000)

2.2.2 XRD結(jié)果

從圖5可看到，PP存在數(shù)個強(qiáng)弱不一的X射線衍射峰，特別當(dāng)2θ為27.2°時，出現(xiàn)尖衍射峰，當(dāng)2θ介于10.5°～26.3°及31.7°～45.5°之間，伴隨數(shù)個相對較弱衍射峰，由此可判斷PP具有良好的晶體結(jié)構(gòu)（圖5A）。球磨后的PP 2θ在10.5°～26.3°及27.2°、31.7°與45.5°衍射峰強(qiáng)度明顯減弱或消失，可知PP在球磨后部分晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，但仍具有相對良好的結(jié)晶性（圖5B）。PS在2θ為5.0°、17.0°、22.8°及24.0°時存在衍射峰，可知PS屬于B型晶體[27]，13.0°和20.0°處的小衍射峰主要與PS中直鏈淀粉和脂質(zhì)之間存在復(fù)合物有關(guān)（圖5C）。球磨后PS較于PS，2θ為17.0°的衍射峰明顯減弱，其余衍射峰均已消失，這是由于球磨破壞了PS結(jié)晶區(qū)域，分子內(nèi)和分子間氫鍵被部分破壞，淀粉鏈的排布方式發(fā)生改變[11]，導(dǎo)致PS轉(zhuǎn)為無定形結(jié)構(gòu)（圖5D）。PS/PP物理混合物衍射峰涵蓋部分PP與PS特征峰，保留了二者結(jié)晶特征，這與SEM觀察PS/PP物理混合物中PP僅附著于PS顆粒表面，二者形態(tài)未發(fā)生變化一致（圖5E）。PS/PP自組裝體在2θ為27.2°處有微弱衍射峰，2θ為17°時，PS特征衍射峰消失（圖5F），據(jù)推斷，當(dāng)PP存在時，球磨可加速破壞PS顆粒結(jié)晶區(qū)，PS從半結(jié)晶結(jié)構(gòu)向無定形態(tài)過渡。Huang Zuqiang等[28]發(fā)現(xiàn)，球磨處理可通過破壞淀粉分子間的氫鍵，導(dǎo)致淀粉顆粒雙螺旋的結(jié)晶排列崩解。因此，PS結(jié)晶度的降低可能有利于PP的滲透，并促進(jìn)PS與PP相互作用。

圖5 PP、球磨后的PP、PS、球磨后的PS、PS/PP物理混合物、PS/PP自組裝體的XRDFig.5 XRD patterns of PP, ball milled PP, PS, ball milled PS, PS/PP physical mixture, and PS/PP self-assembled complex

2.2.3 FTIR結(jié)果

由圖6可知，PP位于3 600～3 400 cm-1處紅外吸收峰是由羥基O—H伸縮振動形成，1 600 ～1 480 cm-1處吸收峰主要是苯環(huán)伸縮振動形成，880 cm-1處吸收峰是苯環(huán)彎曲振動的結(jié)果（圖6A）。球磨后PP相較于PP紅外吸收峰類型未有明顯變化，沒有新基團(tuán)產(chǎn)生，3 600～3 400 cm-1處紅外吸收峰強(qiáng)度變?nèi)?，可能是由于球磨破壞PP晶體結(jié)構(gòu)，破壞了PP晶體中部分氫鍵（圖6B）。PS中3 600～3 400 cm-1處吸收峰由羥基O—H伸縮振動形成，由于PS分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵的存在，故表現(xiàn)出較寬的吸收峰，在3 000～2 800 cm-1處所產(chǎn)生的吸收峰是由飽和C—H鍵伸縮振動所形成，C—O—C伸縮振動及C—OH彎曲振動使PS在990～1 300 cm-1處有吸收峰[29]（圖6C）。球磨后PS相較于PS在3 600～3 400 cm-1處吸收強(qiáng)度變?nèi)?，是由于球磨破壞了PS結(jié)晶域，直鏈淀粉與支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)破壞，PS分子氫鍵數(shù)目下降[11]（圖6D）。PS與PP物理混合物涵蓋PS與PP的紅外吸收特征峰，但仍具有明顯的苯環(huán)吸收特征峰（圖6E）。PS/PP自組裝體相較于球磨PS，在3 600～3 400 cm-1處羥基O—H伸縮振動所形成紅外吸收峰明顯變強(qiáng)，這與球磨后無定形馬鈴薯淀粉通過氫鍵與石榴皮多酚形成自組裝體有關(guān)[30]（圖6F）；相比較PP及PS/PP物理混合物，自組裝體于1 600～1 480 cm-1及880 cm-1處苯環(huán)紅外特征峰明顯減弱，是因為PS與PP發(fā)生自組裝，PS部分特征峰強(qiáng)度降低。這些特征峰的變化提供了明確的證據(jù)，可知PP和PS之間發(fā)生了相互作用，球磨可有效破壞淀粉顆粒的晶體結(jié)構(gòu)，增加無定形狀態(tài)的PS比例。由于PP的含有豐富的羥基，可能通過氫鍵夾在淀粉鏈之間，從而導(dǎo)致新的低階晶體結(jié)構(gòu)[31]。因此，氫鍵可能是PS和PP之間相互作用的主要原因。

2.2.4 TGA結(jié)果

PP（圖7A）及球磨PP（圖7B）在455 ℃左右出現(xiàn)第1個熱失重峰，比較球磨PP，未球磨PP熱穩(wěn)定性略高，這是由于球磨破壞了PP晶體結(jié)構(gòu)，熱穩(wěn)定性下降。PS（圖7C）、球磨后的PS（圖7D）、物理混合物（圖7E）及自組裝體（圖7F）在溫度達(dá)到300 ℃之前差異較小，在達(dá)到100 ℃之前有一個小的熱失重峰，是由于淀粉中水分揮發(fā)，在100～300 ℃之間質(zhì)量分?jǐn)?shù)未發(fā)生明顯變化，處于第一個平臺期；當(dāng)溫度達(dá)到300～350 ℃時，出現(xiàn)第2個失重峰，這與PS分解有關(guān)[32]，依次出現(xiàn)失重峰的分別是PS、復(fù)合物、物理混合物及球磨后的PS。在2 次失重階段均可看出自組裝體質(zhì)量損失最小，最終PS、球磨PS、物理混合物及自組裝體剩余質(zhì)量分別為最初質(zhì)量的15.51%、11.09%、18.34%與22.86%，由此可以看出PP通過與PS自組裝提高了PS的熱穩(wěn)定性。

圖7 PP、球磨后的PP、PS、球磨后的PS、PS/PP物理混合物、PS/PP自組裝體TGA曲線Fig.7 TGA curves of PP, ball milled PP, PS, ball milled PS, PS/PP physical mixture, and PS/PP self-assembled complex

2.3 PS/PP自組裝體體外消化性能分析

如圖8所示，球磨后的PS消化率在5 h內(nèi)顯著升高（P＜0.05），5 h時消化率達(dá)到（36.76±0.74）%，PS/PP自組裝體前4 h消化率顯著上升（P＜0.05），4 h后其消化率趨于平穩(wěn)。隨著PP用量的升高，PS/PP自組裝體的抗消化能力增加，當(dāng)PS與PP質(zhì)量比為1∶ 0.15時，PS/PP自組裝體的消化率最低，5 h消化率為（23.84±0.60）%，消化率約為球磨后PS消化率的65%。如表1所示，球磨后的PS中SDS和RS比例分別為13.75%和80.11%。Kim等[33]報道了天然PS中SDS和RS的比例分別為1.95%和93.08%，可知球磨后PS中RS的比例降低，這是由于天然PS顆粒的結(jié)晶度主要與支鏈淀粉的有序結(jié)構(gòu)有關(guān)，PS緊密排列的結(jié)構(gòu)使其他小分子物質(zhì)不易滲透其中，因此淀粉酶不易將其水解；球磨處理可誘導(dǎo)PS中支鏈淀粉和直鏈淀粉的空間排列紊亂，導(dǎo)致淀粉顆粒中結(jié)晶區(qū)域破壞，促進(jìn)無定形區(qū)域的形成，淀粉酶容易滲入PS顆粒內(nèi)部，淀粉酶與PS接觸的程度升高[10]，因此球磨后的PS更容易被淀粉酶水解。隨著PP用量升高，PS/PP自組裝體中RS與SDS的比例顯著升高（P＜0.05），RDS、SDS和RS比例分別介于3.53%～5.07%、8.02%～12.84%和82.09%～88.46%之間，這可能是由于PS與PP相互作用所形成的氫鍵妨礙淀粉分子的重新排列，淀粉與多酚復(fù)合使淀粉顆粒增大，導(dǎo)致底物較少暴露于酶，這與SEM觀察的結(jié)果一致，因此淀粉表現(xiàn)出緩慢的消化特性。在水溶液中直鏈淀粉和多酚之間的自組裝效果相對較弱[34]。隨著消化的進(jìn)行，PS/PP自組裝體中的PP被緩慢釋放出來，Liu Yi等[35]發(fā)現(xiàn)PP通過氫鍵和疏水作用力與α-葡萄糖苷酶的催化位點(diǎn)結(jié)合起到抑制α-葡萄糖苷酶活性的作用，從而阻斷淀粉酶與底物的反應(yīng)。因此，從PS/PP自組裝體中釋放的PP將以劑量依賴性的方式抑制消化酶的活性。上述當(dāng)PS與PP質(zhì)量比為1∶0.15時，其RDS比例為3.52%，SDS比例為8.02%，RS比例為88.46%，該條件所制得的PS/PP自組裝體抗性淀粉的比例顯著升高，具有較好的抗消化效果。

表1 球磨PS、PS/PP自組裝體RDS、SDS、RS的比例Table 1 Proportions of RDS, SDS, and RS in ball-milled PS and PS/PP self-assembled complexes

圖8 球磨后的PS、PS/PP自組裝體體外消化分析Fig.8 In vitro digestibility of ball milled PS and PS/PP self-assembled complexes

2.4 PS/PP自組裝體體外胃腸道消化穩(wěn)定性分析

由圖9可知，PS/PP物理混合物在20 min內(nèi)有少量的PP釋放，后趨于穩(wěn)定，這可能是由于PS顆粒上附著的少量PP在該過程中脫離。PS/PP自組裝體在前60 min內(nèi)穩(wěn)定性較好，由此可知PS/PP自組裝體可有效保護(hù)PP，避免其受胃部酸性環(huán)境及酶的作用而失活。在模擬腸道消化階段（60～180 min），所釋放出的PP含量顯著升高，當(dāng)PS與PP質(zhì)量比為1∶0.15、模擬消化至180 min時，PP含量為（0.76±0.02）mg/100 mg。

圖9 PS/PP物理混合物、PS/PP自組裝體體外胃腸道消化穩(wěn)定性分析Fig.9 Gastrointestinal stability of PS/PP physical mixture and PS/PP self-assembled complexes

天然多酚經(jīng)由口腔輸送到達(dá)結(jié)腸的過程中，由于上消化道的酸性環(huán)境及酶的作用，使多酚發(fā)生降解、代謝或變性，導(dǎo)致到達(dá)結(jié)腸的多酚濃度降低[36]，因此通過口服的方式會導(dǎo)致多酚的生物利用度降低，不利于多酚的吸收。淀粉和多酚通過非共價作用形成的淀粉/多酚自組裝體中RS和SDS的比例升高，SDS在消化道中消化緩慢，在小腸淀粉酶的作用下消化吸收[37]，RS可通過胃和小腸到達(dá)結(jié)腸部分[38]，在結(jié)腸微生物的作用下破壞淀粉/多酚自組裝體結(jié)構(gòu)并釋放參與自組裝的多酚類物質(zhì)[39]。近些年有報道稱RS還可作為部分腸道微生物益生元，通過溴瘤胃球菌和雙歧桿菌[40-41]的發(fā)酵，RS可降解為有益的短鏈脂肪酸，利于其他腸道微生物群的進(jìn)一步分解利用。

因此，球磨處理是一種較好的制備PS/PP自組裝體的方法，所制備的PS/PP自組裝體有望作為PP的良好輸送載體，較好地保護(hù)被包含的客體分子，使其更好地發(fā)揮相關(guān)的功效。

3 結(jié) 論

通過球磨處理制備了PS/PP自組裝體，得到較佳的制備條件為球磨處理時間10 h，球磨轉(zhuǎn)速為500 r/min，PS/PP質(zhì)量比為1∶0.15，該條件下PS/PP自組裝體中總多酚含量為（19.91±0.32）mg/g。SEM結(jié)果顯示PS/PP自組裝體顆粒體積變大且表面分布大量溝壑。XRD結(jié)果顯示球磨破壞了PS和PP的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度下降，衍射峰減弱或消失，PS/PP自組裝體中保留了PP部分特征峰。FTIR結(jié)果顯示，球磨處理破壞了PS分子內(nèi)的氫鍵，PP與PS通過氫鍵作用形成自組裝體。TGA結(jié)果顯示PS/PP自組裝體熱穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。通過對PS/PP自組裝體的消化性能分析，PS/PP自組裝體消化率相比球磨PS下降了35%，抗性淀粉的比例顯著升高，這類PS/PP自組裝體有望作為PP的輸送載體，可有效維持消化過程中客體分子的穩(wěn)定性，并將其靶向釋放于大腸和結(jié)腸部位，高效發(fā)揮相關(guān)功能因子的作用。因此，球磨法是一種方便快捷，綠色環(huán)保的制備淀粉/多酚自組裝體的方法，具有較好的應(yīng)用前景。