基于酶法制备三种改性玉米多孔淀粉的表征及其包载姜黄素的应用

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多孔淀粉(Porous starch,PS),又被称为微孔淀粉,由于其孔隙率高、比表面积大、吸附性强、负载量大而被用作不稳定物质的载体、易挥发物质的吸附剂和敏感物质的保护剂。然而,多孔淀粉的孔洞导致其结构强度和稳定性较差,淀粉的强亲水性也严重制约着客体小分子稳定化装载及可控释放。本文以玉米淀粉颗粒为原料,分别采用α-淀粉酶(AM)、葡萄糖淀粉酶(GAM)和混合酶(ME)制备玉米多孔淀粉,并对制备获得的多孔淀粉的性质和功能进行了探究。在此基础上,分别采用壳聚糖、三偏磷酸钠、次氯酸钠等不同的改性手段对多孔淀粉进行修饰、交联、氧化处理来强化多孔淀粉的结构,并以此负载姜黄素,进而实现姜黄素的缓释。主要研究内容和结果如下:(1)首先以玉米淀粉为原料,采用AM、GAM和ME在不同酶活性下制备不同的玉米多孔淀粉,探究不同酶在制备多孔淀粉时对多孔淀粉孔径、微观结构、颗粒形貌、吸附性能和糊化特性的影响。扫描电镜(SEM)显示,多孔淀粉的孔结构根据酶的类型和酶的活性不同而具有不同的孔径分布和孔面积;AM产生的孔洞最大,GAM产生的孔洞最深,而ME产生的孔洞又大又深。酶修饰对吸附能力有显著影响,GAM的影响更大。X射线衍射和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析表明,多孔淀粉具有较高的相对结晶度。ME处理后的淀粉具有较高的溶解度,但溶胀能力、峰值粘度、终值粘度、崩解值和回生粘度均较原淀粉降低。结果表明,根据酶的作用位点的不同,不同的酶可以制备不同孔径的多孔淀粉。在生产中可以根据实际需要,利用不同种类的酶及其酶活性来制备理想的腔体和孔径,为多孔淀粉的实际应用提供了理论基础。(2)由于多孔淀粉孔洞的产生导致了淀粉的结构强度和热稳定性较差。为了强化PS的结构,增加其利用范围,分别采用壳聚糖、三偏磷酸钠、次氯酸钠对多孔淀粉进行修饰、交联、氧化处理制备壳聚糖修饰多孔淀粉(CMPS)、交联多孔淀粉(CPS)和氧化多孔淀粉(OPS)并对其结构进行了表征。研究了多孔淀粉分子量的增减和与水溶胶的络合对PS的结构、糊化性能、热稳定性和吸附性能的影响。结果表明,改性后的多孔淀粉具有比PS更高的热分解温度,表明改性后的多孔淀粉具有更高的热稳定性。改性后多孔淀粉悬浮颗粒的粒径和表观粘度均有所增加。X射线衍射和FT-IR分析表明,化学改性并没有改变多孔淀粉的晶体类型,但使其有序度和双螺旋度有所降低。此外,CMPS和CPS的溶解度和溶胀力降低,而OPS的溶解度和溶胀力增加。吸附实验表明,CMPS、CPS和OPS的吸附量均高于PS,说明化学改性可以提高多孔淀粉的热稳定性和吸附性能,为增加多孔淀粉的使用提供理论意义和数据依据。(3)将姜黄素(Curcumin,Cur)分别包封于改性多孔淀粉中,制备多孔淀粉-姜黄素微球(PS-C、CMPS-C、CPS-C和OPS-C)。研究交联和氧化对多孔淀粉包封和保护姜黄素性能的影响。采用SEM、比表面积Brunauer Emmett Teller(BET)、FT-IR、X射线衍射等方法对多孔淀粉-姜黄素微球的形貌和物理化学性质进行了分析;用模拟胃-小肠模型评价姜黄素的释放。XRD结果表明,姜黄素被无定形包封在复合材料中,FT-IR分析表明,多孔淀粉与姜黄素之间形成氢键是包封的主要驱动力之一。改性多孔淀粉-姜黄素微球提高了姜黄素的初始分解温度,对姜黄素有保护作用。CPS和OPS提高了多孔淀粉的包封效率和清除ABTS和DPPH自由基的能力。姜黄素微球在胃和肠道的释放机制分别符合一级模型和Higuchi模型,说明姜黄素包埋在不同的多孔淀粉中可以实现姜黄素的可控释放。改性多孔淀粉作为壁材在姜黄素的包封和传递方面具有很大的潜力。(4)为了克服姜黄素的不稳定性和水溶性差的缺陷,设计了一种新型海藻酸盐微球口服药物递送系统。以姜黄素和玉米淀粉为主要原料,选取姜黄素浓度,淀粉浓度比,海藻酸钠,氯化钙浓度四个因素,通过单因素以及正交实验,得出微球的最佳配方条件为A2B3C1D2,对微球成型影响最大的是淀粉浓度(B),其次依次是姜黄素浓度(A)海藻酸钠浓度(C),氯化钙浓度(D)。海藻酸盐微球对姜黄素的保护能力大于微胶囊对姜黄素的保护能力。
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