《Foods》：Effects of Enzymatic Hydrolysis Time on the Structure and Properties of Chickpea Porous Starch and Its Performance as a Curcumin Carrier
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为改善姜黄素的水溶性差和稳定性低的问题，本研究通过α-淀粉酶（α-amylase）与葡糖淀粉酶（glucoamylase）的协同作用，在不同酶解时间（0、2、4、6和8 h）下制备了鹰嘴豆多孔淀粉，并评价了其作为姜黄素天然载体的性能。结果表明，随着酶解时间的延
为改善姜黄素的水溶性差和稳定性低的问题，本研究通过α-淀粉酶（α-amylase）与葡糖淀粉酶（glucoamylase）的协同作用，在不同酶解时间（0、2、4、6和8 h）下制备了鹰嘴豆多孔淀粉，并评价了其作为姜黄素天然载体的性能。结果表明，随着酶解时间的延长，孔径增大，淀粉颗粒表面形成致密微孔，比表面积和孔体积显著增加。此外，多孔淀粉的溶解度、持水性、持油性、膨胀力和透明度均显著提高，同时保持了原有的C型结晶结构。负载实验显示，酶解8 h的多孔淀粉表现出最强的吸附性能，姜黄素包封率（encapsulation efficiency）高达80.65%。这些复合物不仅显著增强了姜黄素的热稳定性，还保留了其优异的抗氧化活性（ABTS和DPPH自由基清除能力），同时载体本身表现出增强的抗体外消化性能。本研究为开发新型豆类淀粉基绿色递送系统及疏水性生物活性物质的高效包封提供了理论依据和实践参考。
研究背景方面，淀粉是植物中最丰富的储藏多糖，以半结晶颗粒形式存在，直链淀粉和支链淀粉排列成交替的结晶区和无定形区，这种层级结构在很大程度上决定了淀粉在食品体系中的功能行为。鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）是全球最重要的食用豆类之一，淀粉是其主要成分，约占干种子重量的37–50%。与谷物淀粉相比，鹰嘴豆淀粉具有特征性的C型结晶模式、较高的直链淀粉含量（约30–40%）、受限的膨胀性和较高的糊化温度，以及有利于低血糖食品的缓慢消化速率。然而，天然鹰嘴豆淀粉的紧密颗粒结构导致其冷水溶解度低、吸附能力有限，限制了其工业应用。多孔淀粉是一种具有丰富孔隙和通道同时保持颗粒完整性的改性颗粒淀粉，可通过在糊化温度以下用淀粉水解酶部分水解天然颗粒制备。但目前研究主要集中在玉米、大米、马铃薯和木薯等谷物和薯类淀粉上，关于鹰嘴豆多孔淀粉的系统信息仍然匮乏，特别是酶解时间、孔结构与理化性质之间的关系尚未完全阐明。因此，本研究通过控制α-淀粉酶和葡糖淀粉酶协同作用下的水解时间（0、2、4、6和8 h）制备了不同孔径的鹰嘴豆多孔淀粉，通过扫描电子显微镜（SEM）、氮气吸附-脱附分析（BET）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和快速黏度分析（RVA）对淀粉的孔结构、结晶和短程分子有序性及糊化行为进行了表征，并系统评价了其溶解度、膨胀力、持水性和持油性及透明度等理化性质。此外，以姜黄素作为模型疏水性生物活性化合物，评估了所得多孔淀粉作为天然载体的潜力。
研究方法方面，研究人员首先采用碱法结合碱性蛋白酶提取鹰嘴豆淀粉，纯度达90%。随后以5%复合酶（α-淀粉酶:葡糖淀粉酶=1:6 U:U，总酶活1000 U/g）在55 °C下反应不同时间制备多孔淀粉。关键技术方法包括：扫描电子显微镜（SEM）观察颗粒形貌；氮气吸附-脱附分析（BET）测定比表面积和孔径分布；傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析短程分子有序性（R1047/1022）；X射线衍射（XRD）测定结晶度和晶型；快速黏度分析（RVA）测定糊化特性；以及体外模拟消化（SSF、SGF、SIF）评价消化性和姜黄素释放行为。姜黄素负载通过超声辅助吸附法制备复合物，包封率通过紫外-可见分光光度法测定。
研究结果方面，在结构分析中，SEM观察表明天然鹰嘴豆淀粉颗粒多呈椭圆形，表面光滑、结构完整，酶解4 h后表面开始形成小孔，随着水解时间延长孔隙变得更加致密并向颗粒内部延伸，PS-8出现颗粒表面部分塌陷，这归因于酶优先降解相对松散的无定形区中的支链淀粉。BET分析显示天然淀粉比表面积仅为0.156 m2/g，PS-8比表面积最大（0.367 m2/g），孔体积和平均孔径也最大。孔体积分布曲线显示PS-8和PS-6有明显峰值，PS-8曲线覆盖范围更宽，表明孔隙更多且孔径分布更均匀；吸附-脱附等温线为IV型，具有介孔材料的滞后环特征。FTIR分析表明各淀粉样品特征吸收峰位置基本一致，1047 cm?1处表征结晶区，1022 cm?1处反映无定形结构，C–O–C糖苷键吸收峰强度持续减弱表明淀粉主链断裂增加，3200–3600 cm?1区域O–H伸缩峰逐渐变宽，反映参与氢键的羟基数量增加、氢键网络从有序向无序转变。XRD分析表明天然鹰嘴豆淀粉在15°、17°和23°附近有衍射峰，属C型结晶结构，酶解后多孔淀粉峰位相同、晶型不变，相对结晶度从28.44%增至29.76%，归因于酶水解作用于无定形区。
在特性分析中，溶解度和膨胀力随温度和酶解时间的增加而增大，主要归因于酶解后无定形区直链淀粉浸出以及多孔结构增大比表面积和孔体积。糊化特性方面，多孔淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值和回生值均低于天然淀粉，而糊化温度升高，这与酶处理缩短淀粉分子链、增加溶解度有关；较低的回生值表明更好的抗回生性能。冻融稳定性方面，PS-8的脱水率降至31.78%，较天然淀粉降低27.87%，归因于孔隙增加了分子接触位点、暴露亲水羟基以及毛细管作用将水吸入孔隙降低其流动性。透明度方面，天然淀粉透明度仅为3%，PS-8增至9.4%，主要因为酶解断裂α-1,4-糖苷键释放原本包埋的直链淀粉片段，促进其在连续相中更均匀分散，减少光散射。持水性和持油性方面，天然淀粉持水性仅1.8 g/g，PS-8达2.6 g/g，归因于颗粒表面微孔使水分子更易进入；酶解后颗粒表面形成的孔隙为油脂保留提供空间，部分直链淀粉链暴露疏水性螺旋空腔进一步增强油吸附。
在多孔淀粉-姜黄素复合物分析中，包封率方面，酶解4 h以上的多孔淀粉包封率显著提高，PS-8达80.65%，表明多孔淀粉具有良好的包封性能，与其大比表面积和高孔隙率一致。保护效果方面，在25 °C和60 °C下复合物的姜黄素保留率均显著高于游离姜黄素，60 °C下所有样品保留率低于25 °C，表明多孔淀粉-姜黄素复合物保护姜黄素免受热降解，归因于姜黄素包封于多孔淀粉孔隙内并通过氢键与其羟基相互作用。抗氧化活性方面，PS-0-C的ABTS和DPPH自由基清除能力分别仅为20.36%和28.28%，而PS-2-C至PS-8-C的自由基清除能力显著高于PS-0-C，表明多孔淀粉-姜黄素微球具有优异的抗氧化活性。FTIR分析表明，姜黄素在3520、1602、1510、1282和981 cm?1处有尖锐吸收带，包封后1602 cm?1处峰位移至1636 cm?1，3520 cm?1处O–H伸缩振动峰消失，证实姜黄素被多孔淀粉良好包封，相互作用通过姜黄素与葡萄糖单元羟基之间的氢键实现。热稳定性方面，TG/DTG结果表明游离姜黄素在约188 °C开始失重且仅有一个失重阶段，包封后复合物TG曲线中不再出现姜黄素的特征失重，仅剩淀粉降解阶段，表明姜黄素与多孔淀粉形成负载复合物而非简单物理混合；复合物热降解发生在约250 °C，表明载体材料可能延缓负载姜黄素的降解。体外模拟消化方面，天然鹰嘴豆淀粉消化率最终达76.33%，多孔淀粉孔径越大抗消化能力越强、抗性淀粉含量越高；姜黄素释放方面，模拟胃消化阶段（0–120 min）PS-0-C累积释放约39%，多孔淀粉样品仅释放25–34%，PS-8-C释放最低（约25%），表明多孔结构对姜黄素具有明显控释作用；进入模拟肠消化阶段（120–240 min）后各组释放率显著增加，归因于胰α-淀粉酶快速水解淀粉骨架导致多孔结构逐渐崩塌，135 min时组间差异最大（PS-0-C约59%、PS-2-C约50%、PS-8-C仅约39%），240 min时所有样品累积释放趋近约80%，表明延长酶解产生的较大孔径和孔体积延缓了姜黄素释放速率但不影响最终累积释放量。
讨论与结论部分，本研究通过α-淀粉酶和葡糖淀粉酶协同作用成功制备了鹰嘴豆多孔淀粉，并系统评价了其作为姜黄素天然递送载体的性能。随着酶解时间增加，颗粒表面形成致密微孔，比表面积和孔体积显著增加，同时原有的C型结晶结构得到良好保留。多孔化处理显著提高了淀粉的溶解度、膨胀力、持水性和持油性、透明度及冻融稳定性，同时降低了糊化黏度。在所制备的样品中，酶解8 h的多孔淀粉（PS-8）表现出最强的吸附性能，姜黄素包封率高达80.65%。FTIR和热重分析表明姜黄素通过氢键相互作用负载于多孔淀粉中形成复合物，显著增强了姜黄素的热稳定性和保留率，同时保留了其优异的抗氧化活性（DPPH和ABTS自由基清除能力）。体外模拟消化进一步表明多孔结构增强了淀粉的抗消化性并实现了姜黄素的缓释。需要注意的是，样品间的差异源于酶解时间的综合效应，包括由此产生的孔结构以及分子组成和结晶度的同步变化。总体而言，鹰嘴豆多孔淀粉是一种潜在的可食用食品级淀粉基载体，本研究为开发豆类淀粉基递送系统和疏水性生物活性化合物的高效包封提供了理论依据和实践参考。
