没食子酸-玉米淀粉复合物的结构表征与释放动力学

《Food Chemistry》:Structural characterization and release kinetics of gallic acid–corn starch complexes

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月06日 来源:Food Chemistry 10.4

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   •乙醇调节没食子酸-玉米淀粉复合物的结构与性质。•分子对接证实没食子酸与淀粉之间存在强结合。•乙醇调控复合物中没食子酸的释放。•没食子酸的释放具有pH依赖性,并遵循一级动力学。引言淀粉是一种丰富、可再生且可生物降解的天然多糖,凭借其广泛的来源、低成本、优异的生物相容性以及易于

  
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    乙醇调节没食子酸-玉米淀粉复合物的结构与性质。
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    分子对接证实没食子酸与淀粉之间存在强结合。
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    乙醇调控复合物中没食子酸的释放。
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    没食子酸的释放具有pH依赖性,并遵循一级动力学。

引言

淀粉是一种丰富、可再生且可生物降解的天然多糖,凭借其广泛的来源、低成本、优异的生物相容性以及易于改性的特点,已成为食品、医药和材料科学领域的基础生物材料。其独特的分子结构,包括直链淀粉的螺旋空腔和支链淀粉的分支结构,为包埋多酚、维生素、益生菌等生物活性化合物提供了天然基础(Zhang et al., 2024a)。这些体系形成淀粉-生物活性物质复合物,能够在加工、储存和消化过程中保护敏感物质免受恶劣环境条件(如光照、高温、氧气和极端pH值)的影响,调节其释放曲线并延缓爆发式释放(Zhu, 2015)。
没食子酸(GA)是一种天然存在的酚酸,广泛分布于植物中,具有显著的抗氧化、抗炎、抗菌及潜在的抗癌活性。然而,GA在功能性食品和药物中的有效应用受到其固有局限性的限制,包括在胃肠道条件下稳定性差(即易氧化)以及暴露后快速吸收(Holghoomi, Kiani, et al., 2024)。因此,开发高效的复合物以实现GA在目标位点的可控释放,对于最大化其健康效益至关重要(Utzeri et al., 2025)。
淀粉-酚类复合物的形成涉及氢键、疏水相互作用、范德华力以及偶然的共价键。这些相互作用将酚类嵌入淀粉的螺旋结构或分子网络中(Zhang et al., 2024b)。酚酸的具体结构特征,如羟基(–OH)的数量和位置,直接决定了它们与淀粉的相互作用模式及复合物的性质(Carvalho et al., 2025)。在加工过程中引入酚类可调节复合物的性质,如增加抗性淀粉含量或实现营养素的共包埋(Zhang et al., 2024a)。
在制备基于淀粉的复合物时,溶剂是一个关键的调控因素。乙醇作为一种常见的食品级共溶剂,可调节溶剂性质(如极性和介电常数)并影响氢键网络,从而影响淀粉构象和多酚结合(Raza et al., 2023)。Zhu等(2023)证明,在不同浓度和时长下用乙醇浸泡马铃薯淀粉凝胶可调节其机械性能和网络结构,这为乙醇介导的基于淀粉的复合物结构修饰提供了直接先例。然而,乙醇修饰这些相互作用、结构、释放动力学(在食物体系或胃肠道中)及没食子酸-玉米淀粉(CS)基复合物消化特性的机制仍有待研究。
本文系统研究了乙醇浓度(15%–60%;v/v)对GA–CS复合物粉末样品结构和功能的影响。GA–CS通过乙醇改性协同组装熟化CS和GA合成,随后干燥形成粉末。不同乙醇浓度下的GA–CS结构通过形态、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热分析和分子对接进行了表征。所评估的功能包括GA负载量、结合能力、体外释放动力学、抗氧化稳定性和淀粉消化性。我们假设乙醇浓度可以调节GA负载效率、GA–CS结合模式、GA释放动力学以及复合物中CS的消化性,从而为食品和营养保健品应用设计功能性递送系统。

章节摘要

材料与试剂

CS [直链淀粉含量:25.10%(w/w,干基);水分:13.50%;蛋白质:≤0.5%;脂肪:≤0.1%]由河北德瑞淀粉有限公司(中国河北)供应。GA(纯度≥98.0%,CAS 149–91-7)购自上海源叶生物科技有限公司(中国上海)。所有其他化学品,包括无水乙醇、盐酸(HCl)、氢氧化钠(NaOH)、磷酸二氢钾(KH2PO4)、胃蛋白酶(来自猪胃黏膜,活性:10000 U/mg)和胰酶(来自猪

形貌与粒径分布

为确定乙醇浓度在调节GA–CS微结构中的作用,我们进行了形貌和粒径分析。图1显示,GA颗粒呈现片状、延长的形貌,而CS则显示不规则的三维结构,粒径各异且表面相对光滑(Zheng et al., 2020)。复合物形成具有多样大小和形状的不规则颗粒。GCE-15的粒径显著大于原淀粉CS,表明

结论

本研究证实乙醇可通过调节分子间相互作用来改变GA–CS的结构和性质。较低的乙醇水平(15%–20%)促进了由共价酯键和氢键稳定的共组装体的形成,导致GA负载量、热稳定性、晶体结构和抗氧化活性发生变化。相反,高乙醇浓度(30%–60%)加剧了与CS链的竞争性结合,抑制了酯化和GA–CS

CRediT作者贡献声明

Yue Zhang:撰写 – 原稿、软件、资源、方法论、调查、概念化。Yiwei Su:验证。Ying Chen:指导。Ziheng Li:形式分析。Junjian Ran:撰写 – 审阅与编辑。Tao Yang:撰写 – 审阅与编辑、可视化、指导、项目管理、方法论、资金获取、数据整理。

未引用参考文献

Abdol Rahim Yassin, Binte Abdul Halim, Taheri, Goh and Du, 2023
Bisht, Murugan, Nile, Zhang and Benjakul, 2026
Holghoomi et al., 2024
Li et al., 2023
Zhang et al., 2024
Zhang, Li, Liu, Gao and Zeng, 2024
Zhang et al., 2024

利益冲突声明

作者声明他们不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到国家自然科学基金(编号:32360636)、河南省科技研究项目(编号:262102111066)和河南省科技研究开发联合基金(学科类)(编号:252301420063)的支持。
Yue Zhang|Yiwei Su|Ying Chen|Ziheng Li|Junjian Ran|Tao Yang
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