沉淀法制備脂肪酸-直鏈淀粉的試驗研究
直鏈淀粉的單螺旋鏈結(jié)構(gòu)內(nèi)腔疏水而外側(cè)親水，與環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)類似，因此能夠作為一種主體分子，通過疏水相互作用與不同的疏水性客體分子形成包結(jié)絡(luò)合物。
脂質(zhì)能靠疏水間相互作用進(jìn)入淀粉螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并最終形成穩(wěn)定淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物。在食品中，這些現(xiàn)象也是常見的。 面粉中天然存在直鏈淀粉-脂類包結(jié)絡(luò)合物可降低淀粉的黏度，減少面包和餅干中淀粉的回生而起到保鮮作用。另外，為避免淀粉的老化常加入乳化劑， 形成直鏈淀粉-乳化劑復(fù)合物的絡(luò)合物， 乳化劑的疏水基團(tuán)進(jìn)入直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)，因此直鏈淀粉就不易發(fā)生重結(jié)晶，從而起到了抗老化的作用。
到目前為止，國外對淀粉-脂肪酸復(fù)合物的制備方法已有諸多文獻(xiàn)報道 MaryT.等人利用快速黏度分析儀（RVA）來考察小麥淀粉與脂肪酸復(fù)合前后的黏度變化。 hiran 等人在采用二甲基亞砜的方法制備復(fù)合物，研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)的不飽和度越低越有利于形成更有組織性的復(fù)合物 2010 年，Shiran 通過 HCl/KOH 方法制備脂質(zhì)-直鏈淀粉復(fù)合物，發(fā)現(xiàn)共軛亞油酸直鏈淀粉復(fù)合物產(chǎn)量最高。
國內(nèi)利用直鏈淀粉復(fù)合脂肪酸的研究較少，目前有江南大學(xué)的楊英等人，研究了用二甲基亞砜水溶液法來制備直鏈淀粉-共軛亞油酸（CLA） 復(fù)合物的最佳結(jié)晶溫度。另有，中山大學(xué)李本剛和張黎明申請了名為“一種提高直鏈淀粉包結(jié)絡(luò)合物溶液穩(wěn)定性的方法” 的專利。 國內(nèi)系統(tǒng)地探討直鏈淀粉復(fù)合脂肪酸的研究報道較少，因此本文主要以亞油酸為研究對象，利用直鏈淀粉內(nèi)疏水外親水的特點，采用 HCL/KOH 沉淀法制備脂肪酸-直鏈淀粉復(fù)合物， 研究其制工藝條件，旨在為直鏈淀粉復(fù)合脂肪酸提供一定的參考價值， 為未來工業(yè)化應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。
1 試驗材料與方法
1.1 材料與設(shè)備 高直鏈玉米淀粉，國民淀粉工業(yè)上海有限公司；亞油酸，97%, 上海如吉生物科技發(fā)展有限公司； 硬脂酸，分析純，上海化學(xué)試劑采購供應(yīng)五聯(lián)化工廠；油酸，分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠； 其他試劑均為分析純。 KDC-40 低速離心機，科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司；DPCZ-II 直鏈淀粉分析儀，浙江托普儀器有限公司；DF-101S 集熱式磁力，加熱金壇市醫(yī)療儀器廠。
1.2 方法
1.2.1 脂肪酸-直鏈淀粉復(fù)合物的制備 HCl/KOH 沉淀法：將預(yù)熱到 90℃ 120mL 的脂肪酸溶液 （5mg/mL, 由 0.01mol/L KOH 配置而成） 緩慢地加入高 速 攪 拌 的 80mL 的 直 鏈 淀 粉 溶 液 （ 75mg/mL, 由0.01mol/L KOH 配置而成） 中， 并調(diào)節(jié)水浴溫度至一定結(jié)晶溫度。當(dāng)混合體系達(dá)到對應(yīng)結(jié)晶溫度時， 用 24mL 的0.1mol/L HCl 調(diào)節(jié)反應(yīng)體系酸堿度，在相應(yīng)的結(jié)晶溫度下保溫一定時間，促進(jìn)復(fù)合物的形成。再將反應(yīng)體系在2 000r/min 轉(zhuǎn)速下離心 15min. 離心后將上清液去除，得到 的 沉 淀 物 用 蒸 餾 水 洗 滌 , 再 次 離 心 （2 000r/min,10min）， 重復(fù) 3 次， 除去未形成復(fù)合物的脂肪酸。 最后將所得的沉淀物放入真空干燥器中， 室溫真空干燥即得脂肪酸-直鏈淀粉復(fù)合物。
1.2.2 復(fù)合物脂肪酸含量的測定酸水解法參考國標(biāo)方法
1.2.3 復(fù)合物水分含量的測定采用105℃烘箱直接干燥恒重法測定。
1.2.4 復(fù)合物干基產(chǎn)率的計算濕基產(chǎn)率=復(fù)合物的質(zhì)量/（直鏈淀粉的質(zhì)量+脂肪酸的質(zhì)量）×100%干基產(chǎn)率= （1-水分含量） ×濕基產(chǎn)率1.2.5 脂肪酸利用率的計算復(fù)合物脂肪酸利用率=復(fù)合物中提取的脂肪酸質(zhì)量（g）/加入的脂肪酸 （g）×100%.
2 結(jié)果與分析
2.1 0.1mol/L HCl 溶液的用量對復(fù)合物形成的影響
以亞油酸為復(fù)合對象，結(jié)晶溫度 50℃條件下保溫3h, 研 究在 200mL 0.01mol/L KOH 溶液的反應(yīng) 體 系 中0.1mol/L HCl 溶液用量對復(fù)合物脂肪酸含量 , 脂肪酸利用率及干基產(chǎn)率的影響， 試驗結(jié)果如圖 1 所示。由圖 1 可知： 隨著 0.1mol/L HCl 用量的增加， 復(fù)合物脂肪酸含量逐漸增加， 當(dāng)用量為 24mL 時， 達(dá)最大值。
繼續(xù)增加 HCl 的量，脂肪酸含量開始下降。 另外， 脂肪酸利用率也在 HCl 的用量為 24mL 時達(dá)到最大值。干基產(chǎn)率基本不受酸量的影響，無明顯變化。直鏈淀粉在溶液中形成外親水內(nèi)疏水的螺旋結(jié)構(gòu)， 脂肪酸依靠疏水相互作用進(jìn)入直鏈淀粉螺旋結(jié)構(gòu)，因此穩(wěn)定直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)、降低脂肪酸的溶解親水性及提高脂肪酸的疏水性 對促進(jìn)復(fù)合物的形成是極為有利的。脂 肪 酸 在0.01mol/L KOH 溶液中形成溶解親水性較好的鉀鹽，隨著鹽酸的加入脂肪酸鉀鹽轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶和疏水性的脂肪酸，從而促進(jìn)脂肪酸與直鏈淀粉的疏水相互作用形成復(fù)合物。但鹽酸的加入過多也會造成脂肪酸溶解性太差，不利于脂肪酸和直鏈淀粉分子間的充分接觸； 過多酸也會引起淀粉的水解導(dǎo)致螺旋結(jié)構(gòu)破壞， 從而影響復(fù)合物的形成。從試驗結(jié)果來看，200mL0.01mol/LKOH 溶液體系中加入 24mL的 0.1mol/LHCl 溶液， 確保體系適當(dāng)偏酸性是較為適宜的，這與 Hahn 和 JohnKarkalas 等人所做的研究結(jié)果一致。
2.2 結(jié)晶溫度對復(fù)合物形成的影響
0.1mol/L HCl 溶液用量固定為 24mL, 研究不同結(jié)晶溫度下保溫 3h 對亞油酸-直鏈淀粉復(fù)合物的的影響， 試驗結(jié)果如圖 2 所示。由圖 2 可知： 隨著結(jié)晶溫度的升高，復(fù)合物的脂肪酸含量、脂肪酸利用率在 50℃時達(dá)到最高。 干基產(chǎn)率在40~60℃變化不大， 但超過 60℃后明顯下降。 因此，適宜的結(jié)晶溫度為 50℃。脂肪酸與直鏈淀粉通過疏水相互作用形成復(fù)合物吸熱過程， 加熱有利于復(fù)合物的形成。 較高溫度也使淀粉和脂肪酸分子活動性增強，使直鏈淀粉與均勻分散的脂肪酸相互并攏形成更多的復(fù)合物。 然而太高的溫度也不可取， 因其易使直鏈淀粉糊化， 螺旋結(jié)構(gòu)破壞， 進(jìn)而影響了復(fù)合物的形成。
2.3 保溫時間對復(fù)合物形成的影響
添加 24mL 0.1mol/L HCl 調(diào)節(jié)體系酸度， 在 50℃的結(jié)晶溫度下分別保溫 60、 120、 180 和 240min, 考察不同保溫時間對復(fù)合物的脂肪酸含量、 脂肪酸利用率及干基產(chǎn)率的影響， 試驗結(jié)果如圖 3 所示。由圖 3 可知： 隨著保溫時間的延長， 復(fù)合物的脂肪酸含量逐漸提高， 在 180min 時達(dá)到最高， 繼續(xù)延長時間反而下降； 脂肪酸利用率也在 180min 時達(dá)到最大； 從干基產(chǎn)率上看， 隨著保溫時間的增加， 變化不明顯。 可見，180min 的保溫時間較為理想。
2.4 直鏈淀粉/亞油酸比例對復(fù)合物形成的影響
添加 24mL 0.1mol/L HCl 調(diào)節(jié)體系酸度， 在 50℃的結(jié)晶溫度 180min 的保溫時間下， 考察不同直鏈淀粉/亞油酸比例對復(fù)合物的脂肪酸含量、 脂肪酸利用率及干基產(chǎn)率的影響， 試驗結(jié)果如圖 4 所示。由圖 4 可知： 直鏈淀粉/亞油酸比例在 7∶1~11∶1 區(qū)間， 復(fù)合物的脂肪酸含量與脂肪酸利用率總體隨二者比例增加而提高， 二者比例超過 11∶1 后復(fù)合物脂肪酸含量與脂肪酸利用率反而降低； 二者比例對干基產(chǎn)率影響不大。 因此， 直鏈淀粉/亞油酸比例選擇 11∶1 較為適宜。
2.5 脂肪酸不飽和度對復(fù)合物形成影響
按照前述研究亞油酸-直鏈淀粉復(fù)合物同樣的方法，獲得硬脂酸-直鏈淀粉復(fù)合物、 油酸-直鏈淀粉復(fù)合物的最佳工藝條件， 研究比較在最佳制備工藝條件下不同不飽和度脂肪酸-復(fù)合物的形成情況， 結(jié)果見表 1.由表 1 可知： 各脂肪酸-直鏈淀粉復(fù)合物的 0.1mol/LHCl 的最佳添加量均為 24mL, 結(jié)晶溫度在 50~60℃， 鏈淀粉/脂肪酸比例 10~11∶1. 但隨不飽和度的增加， 形成復(fù)合物所需的保溫時間延長， 復(fù)合物脂肪酸含量、 干基產(chǎn)率和脂質(zhì)利用率均明顯下降。 這些現(xiàn)象說明不飽和度高的脂肪酸不易與直鏈淀粉形成復(fù)合物， 這可能是由于脂肪酸鏈中不飽和雙鍵降低了脂肪酸的疏水性， 雙鍵數(shù)越多疏水性越差， 與直鏈淀粉發(fā)生疏水相互作用形成復(fù)合物的能力下降。
3 結(jié)論
長期以來，單螺旋鏈的內(nèi)腔疏水而外側(cè)親水的直鏈淀粉因其能夠作為一種主體分子，而備受關(guān)注。直鏈淀粉可以通過疏水相互作用與疏水性客體分子脂肪酸形成復(fù)合物， 采用 HCl/KOH 法制備具有工藝簡單，節(jié)能安全，設(shè)備簡單，設(shè)備動力要求較低， 無溶劑殘留等優(yōu)點。
試驗結(jié)果，在 0.1mol/L HCl 用量 24mL、結(jié)晶溫度 50~60℃保溫時間 0.5~3h、直鏈淀粉/脂肪酸比例 10~11:1的工藝條件可制備得到硬脂酸、油酸、 亞油酸與直鏈淀粉的復(fù)合物。研究發(fā)現(xiàn)，不飽和度高的脂肪酸不易與直鏈淀粉形成復(fù)合物。
