利用微波改性的松子淀粉包封南洋杉苞片酚类提取物:物理化学特性、胃肠道释放情况以及体外生物利用度研究

《Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre》:Encapsulation of Araucaria angustifolia bract phenolic extract using microwave-modified pinh?o starch: physicochemical characterization, gastrointestinal release, and in vitro bioaccessibility

【字体: 时间:2026年07月19日 来源:Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre 3.3

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  摘要本研究探讨了不同壁材与经微波处理的皮纳昂淀粉结合使用,对从窄叶南洋杉苞片中通过微波辅助提取得到的酚类化合物的包封效果及其在体外生物利用度的影响。将改性皮纳昂淀粉与聚右旋糖、部分水解的瓜尔胶或乳清蛋白分离物混合,再通过喷雾干燥或冷冻干燥制成相应体系。其中MS-PD(喷雾干燥)体

  

摘要

本研究探讨了不同壁材与经微波处理的皮纳昂淀粉结合使用,对从窄叶南洋杉苞片中通过微波辅助提取得到的酚类化合物的包封效果及其在体外生物利用度的影响。将改性皮纳昂淀粉与聚右旋糖、部分水解的瓜尔胶或乳清蛋白分离物混合,再通过喷雾干燥或冷冻干燥制成相应体系。其中MS-PD(喷雾干燥)体系表现出最高的酚类保留率(60.33毫克/克)和抗氧化活性(164.12微摩尔/克,DPPH法)。FTIR分析显示酚类化合物与生物聚合物之间存在氢键作用,而X射线衍射则表明这些体系以非晶结构为主。此外,体外胃模拟实验表明,酚类化合物会在胃肠道消化过程中逐渐释放,且在肠道阶段仍能保持抗氧化活性。总体而言,MS-PD组合,尤其是经过喷雾干燥处理的体系,能够生成具有良好物理化学特性的稳定颗粒,有望作为富含抗氧化剂的成分得到应用。

引言

随着人们对天然来源的功能性成分及生物活性化合物需求不断增加,人们致力于开发各种技术策略,以维持其在食品配方中的稳定性和功能性。在这些化合物中,酚类因其已得到充分验证的抗氧化、抗炎和抗癌功效而备受关注(Ahmed等人,2025;Kowalczyk等人,2024;Sun等人,2024)。然而,酚类化合物在遇到氧气、光照、pH值变化以及温度波动等环境因素时极易发生反应且稳定性较差。这些条件会导致酚类化合物降解,进而降低其生物活性,从而限制其在食品中的直接应用(Cao等人,2021)。
包封技术被广泛用于保护敏感化合物并控制其释放速度。在各类包封方法中,喷雾干燥和冷冻干燥因能够高效制备出稳定且易于处理的粉末,而被食品工业广泛采用(Akbarbaglu等人,2021)。冷冻干燥尤其适用于对热敏感的化合物,因为它无需施加热应力,但成本较高且加工时间较长。相比之下,喷雾干燥成本更低且应用更为广泛,它能生成具有良好流动性的球形微粒(Ledari等人,2024)。
壁材的选择是决定包封成败的关键因素,它不仅影响微粒的形成,还关系到被包封生物活性化合物的保护效果及释放机制(Mazár等人,2025)。在这方面,源自窄叶南洋杉种子的改性淀粉作为一种兼具功能性与创新性的壁材,展现出在包封体系中的应用潜力。这种淀粉具有较高的直链淀粉含量、出色的成膜能力、可生物降解性,且在多地均有分布(Dorneles等人,2024;Spada等人,2012;Zortéa-Guidolin等人,2017)。此外,通过微波处理对这种淀粉进行物理改性,可以有效改变其结构,提升其在冷水中的溶解度,同时增强其与亲水性和疏水性聚合物及生物活性化合物的结合能力,从而进一步提升其技术应用价值(Dorneles等人,2023)。
皮纳昂淀粉的另一个重要特性是其含有大量抗性淀粉——这类碳水化合物在小肠中不会被消化,会进入结肠,成为肠道微生物的发酵底物。这一过程有助于产生短链脂肪酸,增强肠道黏膜的完整性,并调节炎症反应(Halajzadeh等人,2019)。因此,改性皮纳昂淀粉具有双重功能价值:它既可作为高效的包封基质,又能作为益生元,为被包封的体系带来额外的营养益处。
将改性皮纳昂淀粉与其他壁材如聚右旋糖、部分水解的瓜尔胶和乳清蛋白分离物结合使用,可形成协同作用体系,从而优化包封效率,提升热稳定性,调控酚类化合物的释放速度,同时还能够影响颗粒的吸湿性、形态及复水能力等物理化学性质(Shishir等人,2018)。这类基质能够与多酚类物质形成氢键和疏水相互作用,进而提高这些化合物的保留率和稳定性(Le Bourvellec & Renard,2012)。
在巴西的植物资源中,窄叶南洋杉的苞片因其富含缩合单宁及其他具有强抗氧化活性的酚类化合物而越来越受到重视(Dorneles & Nore?a,2020a)。尽管这类苞片含有丰富的植物化学成分,但目前仍在商业上未得到充分利用,通常在提取种子后会作为农业工业废弃物被丢弃。对这些植物结构加以利用,不仅符合循环经济理念,还能为巴西南部这一窄叶南洋杉的原产地及文化核心区域带来的丰富副产品增添价值(Souza,2021)。
然而,苞片中所含的酚类化合物反应活性高且稳定性差,尤其是在暴露于光照、氧气、高温或极端pH值环境下时,难以直接添加到食品或补充剂中。在这种情况下,包封技术便成为一种极具前景的解决方案,它既能保护这些化合物,又能调控其在食品体系中的释放速度(Rezagholizade-shirvan等人,2024)。
我们最近的研究表明,以改性皮纳昂淀粉为基础,结合聚右旋糖、部分水解的瓜尔胶和乳清蛋白分离物所构成的包封体系,具有良好的物理化学性质、流变学特性及结构特征(Dorneles等人,2026)。不过,这些体系在胃肠道消化过程中的表现,以及在模拟消化条件下保持和释放酚类化合物的能力,目前尚无相关研究。
基于以上情况,本研究旨在开发并表征含有窄叶南洋杉苞片提取物的酚类化合物的包封体系,重点研究在模拟胃肠道消化过程中这些生物活性化合物的保护与稳定性,尤其是关注可溶性组分中酚类化合物的含量及其生物利用度。为此,我们选择了具有技术功能性且抗性淀粉含量高的本地生物聚合物——改性皮纳昂淀粉,并将其与其他辅助壁材(聚右旋糖、部分水解的瓜尔胶和乳清蛋白分离物)结合使用。这些配方分别经过喷雾干燥和冷冻干燥两种脱水处理,随后从物理化学性质、形态、热稳定性、分子结构以及酚类化合物、单宁和抗氧化活性的含量与保留率等方面对其进行了分析。此外,我们还研究了这些体系在模拟胃肠道消化过程中的表现,以明确其在胃部和肠道阶段的释放规律及抗氧化活性的保持情况。本研究不仅有助于充分利用这一富含次生代谢产物的未被充分利用的植物资源(窄叶南洋杉苞片),还能探索皮纳昂淀粉作为多功能壁材的潜力,使其能为所制备的微粒提供结构稳定性、功能特性及多种益处。

章节节选

材料

窄叶南洋杉的苞片和种子是从巴西南里奥格兰德州的CEASA/RS供应中心采购的,挑选时要求没有可见的损伤。在实验室中,首先用流水清洗苞片,然后在温度为50±5℃的强制通风烤箱中烘干5小时,之后将其研磨成粉。所得粉末以及处理后的种子都被装入聚乙烯袋中,储存在-18℃的普通冷冻柜中,直至需要进行相关分析。
单宁酸,

物理化学分析

关于包封后的窄叶南洋杉苞片提取物的水分活度、含水量、吸湿性以及溶解度的分析结果见表1。
其水分活度数值在0.051到0.247之间,所有处理组之间的差异都具有统计学意义。其中冷冻干燥后的粉末水分活度数值最低。较低的水分活度是有益的,因为它们可以通过抑制微生物生长以及减少酶促反应等化学反应的发生,从而提升产品的稳定性。

结论

壁材的选择以及干燥方式显著影响了包封后的窄叶南洋杉苞片提取物的物理化学性质、结构特征以及功能表现。改性皮纳昂淀粉与聚右旋糖的组合,尤其是通过喷雾干燥方式制备的体系,能够实现更高的酚类化合物保留率(60.33毫克/克),更强的抗氧化活性(280.43微摩尔/克,ABTS法),良好的溶解性,以及较低的吸湿性。该配方还表现出

CRediT作者贡献说明

Mariane Santos Dorneles:负责原文撰写——初稿撰写、方法设计、实验研究、数据正式分析、研究概念构思。Caciano Zapata Nore?a:负责原文撰写——审阅与编辑、研究结果验证、研究项目监督、所需资源协调、项目管理工作、方法设计、资金筹集、数据整理与分析、研究概念构思。Eduarda Silva de Azevedo:负责原文撰写——初稿撰写、数据可视化处理、实验研究工作。

未引用参考文献

AOAC International,2012;Cassol和Nore?a,2021;Chiou和Langrish,2008;Ferreira-Santos等人,2021。

数据可用性

相关数据将在有需求时提供。

利益冲突声明

所有作者声明不存在任何利益冲突。

利益冲突声明

所有作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关联或个人关系。

致谢

作者们感谢巴西国家科学和技术发展委员会(CNPq)、南里奥格兰德州研究支持基金会(FAPERGS)以及高级人才培养协调机构(CAPES)提供的财政资助。
Mariane Santos Dorneles|Eduarda Silva de Azevedo|Caciano Pelayo Zapata Nore?a
巴西南里奥格兰德联邦大学食品科学与技术研究所,地址:阿文图·本托·贡萨尔维斯街9500号,邮编91501-970,阿雷格里港,南里奥格兰德州,巴西
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