基于右旋糖酐酶制备小麦多孔淀粉及其特性

王博岩; 李强; 吴一卓; 章均哲; 吴旭东; 张磊; 吕明生; 王淑军

doi:10.13386/j.issn1002-0306.2023050025

基于右旋糖酐酶制备小麦多孔淀粉及其特性

王博岩^{1, 2, 3,},
李强^{1, 2},
吴一卓^{1, 2},
章均哲^{1, 2},
吴旭东^{1, 2},
张磊^{1, 2},
吕明生^{1, 2},
王淑军^{1, 2, ,}

1.
江苏省海洋生物资源与环境重点实验室江苏海洋大学，江苏连云港 222005
2.
江苏省海洋生物技术重点实验室江苏海洋大学，江苏连云港 222005
3.
海阳市市场监督管理局，山东烟台 265100

基金项目: 国家自然科学基金（32172154）；国家重点研发计划项目（深海新型生物酶制剂创制与产业化，2022YFC2805101）。

详细信息

作者简介:
王博岩（1996−），男，硕士研究生，研究方向：食品生物技术，E-mail：boyanwang@jou.edu.cn

通讯作者:
王淑军（1965−），女，博士，教授，研究方向：食品生物技术，E-mail：sjwang@jou.edu.cn。

中图分类号: TS231
计量
- 文章访问数: 0
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 0
出版历程
- 收稿日期: 2023-05-04
- 网络出版日期: 2023-12-05
- 刊出日期: 2024-01-23

Wheat Porous Starch：Preparation and Characteristics with Dextranase-Catalyzed Rotation

WANG Boyan^{1, 2, 3,},
LI Qiang^{1, 2},
WU Yizhuo^{1, 2},
ZHANG Junzhe^{1, 2},
WU Xudong^{1, 2},
ZHANG Lei^{1, 2},
LÜ Mingsheng^{1, 2},
WANG Shujun^{1, 2, ,}

1.
Jiangsu Provincial Key Laboratory of Marine Biological Resources and Environment, Jiangsu Ocean University, Lianyungang 222005, China
2.
Key Laboratory of Marine Biotechnology of Jiangsu Province, Jiangsu Ocean University, Lianyungang 222005,China
3.
Haiyang City Market Supervision Administration, Yantai 265100, China

摘要

摘要: 生物酶法制备多孔淀粉条件温和、工艺简单和绿色环保。本研究选用特异性水解α-1,6糖苷键的右旋糖酐酶制备小麦多孔淀粉。通过X-晶体射线衍射、傅里叶红外光谱、扫描电镜和粒度分析仪对淀粉的结构进行表征，同时测定了淀粉膨胀率、吸水和吸油率、药品负载率和体外溶出等指标。结果表明：在温度为50 ℃条件下处理16 h、小麦淀粉的表面形成孔洞，淀粉粒径减小，多孔淀粉的晶型结构无显著变化。多孔淀粉的比容积为2.11±0.02 cm³/g、溶解度为9.02%±0.21%、膨胀度达到了9.91%±0.22%、吸水率和吸油率分别提高到80.12%和78.23%；多孔淀粉与姜黄素、甲磺酸达比加群酯、制霉菌素和氧氟沙星四种药品在160:1的比例下负载率平均达到了75.07%。体外试验显示，小麦多孔淀粉负载姜黄素的释放率显著降低。在胃液中2.5 h的释放率约为30%。在肠液中5 h的释放率约为40%。研究结果为小麦多孔淀粉的制备和应用提高的依据。
- 小麦淀粉 /
- 右旋糖酐酶 /
- 多孔淀粉 /
- 药物负载
Abstract: The preparation of porous starch by biological enzyme method is mild conditions, simple process, and environmentally sustainable. This study employed a dextranase with specific hydrolysis of α-1,6-glycosidic bonds ability to prepare porous wheat starch. The structure of the starch was analyzed by X-ray diffraction, Fourier-transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, and particle size analysis. The rates of starch swelling, oil and water absorption, and drug loading, as well as solubility, were measured. The results showed the formation of pores on the starch surface after treatment at 50 ℃ for 16 h, together with reduced particle sizes, while the crystal structure of the starch did not change significantly. The specific volume of the porous starch was 2.11±0.02 cm³/g, and the solubility was 9.02%±0.21%. Swelling reached 9.91%±0.22% while the water and oil absorption rates were increased to 80.12% and 78.23%, respectively. The loading rates of curcumin, dabigatran mesylate, nystatin, and ofloxacin in a 160:1 ratio reached an average of 75.07%. In vitro experiments showed that the release rate of curcumin loaded onto wheat porous starch was significantly reduced. The release rate in stomach for 2.5 h was approximately 30%, and it was approximately 40% in intestine for 5 h. The research results provided a basis for the preparation and application of wheat porous starch.
- wheat starch /
- dextranase /
- porous starch /
- drug loading

HTML全文

淀粉是自然界第二大碳水化合物，也是我国重要的食品和加工原料。通过物理、化学和酶法可制备功能淀粉，如：抗性淀粉、多孔淀粉、缓慢消化淀粉、淀粉基吸水剂、淀粉基表面活性剂、淀粉基絮凝剂等。功能淀粉主要应用于食品加工、食品包装材料、药物缓释等领域，提高了淀粉的应用价值^[1−2]。其中多孔淀粉主要通过物理、化学和生物酶法等方法制备^[3−4]。

生物酶法制备多孔淀粉工艺简单，绿色环保。葡萄糖淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶等单酶或多酶复合常用于制备多孔淀粉^[5]。张倩倩等^[6]对大米淀粉湿热处理后，选用α-淀粉酶来制备大米多孔淀粉。宋志伟等^[7]使用α-淀粉酶水解玉米淀粉，显著提高了淀粉颗粒的比表面积。Das等^[8]用β-淀粉酶制备马铃薯和玉米多孔淀粉。Majzoobi等^[9]用α-淀粉酶来制备小麦多孔淀粉，吸水吸油率为27.87%和13.5%，甲基紫负载率为39.23%。然而，在小麦、红薯、玉米等淀粉中含有的α-1,6糖苷键，其对淀粉酶的水解有一定的阻碍作用^[10]。右旋糖酐酶（Dextranase）能够特异性水解α-1,6糖苷键^[11]。目前尚未见其用于制备多孔淀粉的报道。酶法制备的多孔淀粉广泛应用于环境、医药和食品等领域，用于香料、抗氧化剂的载体，负载植物精油、功能性药物和益生菌等活性物质^[12−15]。功能性药物多具有敏感性高、水溶性低和稳定性差的特点^[16−17]。通过多孔淀粉负载后，可以显著提高功能性药物的活性^[18]。

本研究选用小麦淀粉和右旋糖酐酶制备多孔淀粉。测定了小麦多孔淀粉的比容积、溶解率、膨胀率以及吸水吸油率。选取两种广泛添加于功能性食品的药物（姜黄素和甲磺酸达比加群酯）和两种抗生素（制霉菌素和氧氟沙星），研究了小麦多孔淀粉的负载率，测定了负载姜黄素的多孔淀粉在模拟胃肠道的释放效果。研究结果以期为小麦多孔淀粉的加工提供实验依据。

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

食品级小麦淀粉　上海宝鼎酿造有限公司；右旋糖酐酶制备于糖单胞菌K1（发酵纯化制备，活性≥0.5 U/mL）、姜黄素、制霉菌素、氧氟沙星、甲磺酸达比加群酯　阿拉丁股份有限公司；DNS显色剂（3,5-二硝基水杨酸）、氢氧化钠、磷酸二氢钾和甲醇　分析纯，国药集团；花生油　益海嘉里股份有限公司；胃蛋白酶（1:30000）　都莱生物生物技术有限公司；胰蛋白酶（1:250）　鼎国昌盛生物技术有限公司。

FreeZone冻干机　LABCONCO股份有限公司；Scientific Multiskan Sky全波长酶标仪、 is5傅里叶红变换红外光谱仪　Thermo股份有限公司；X’PERT POWDER XRD射线衍射　PANalytical股份有限公司；JSM-6390LA扫描电镜　日本电子；SZ-100粒度分析仪　HORIBA股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 右旋糖酐酶制备小麦多孔淀粉

根据报道，物理处理有助于提高淀粉的酶解效率，本实验选用了湿热处理以提高多孔淀粉的制备效率^[3]。

淀粉对酶敏感性的测定：称取3 g烘干至恒重的小麦淀粉，加入5%~35%超纯水充分搅拌，密封后置于25 ℃水浴锅中平衡20 h后，在110 ℃下恒温干燥箱中处理2 h，冷冻干燥后碾磨过200目筛。称取0.4 g湿热处理小麦淀粉，加入1.6 mL（pH8.5，50 mmol/L）Tris-HCl缓冲液，50 ℃水浴平衡10 min，加入1 mL酶液，50 ℃恒温振荡1 h，立即加入4% NaOH 2.5 mL溶液终止反应，用DNS法测量释放的葡萄糖的量。根据公式（1）计算淀粉对酶的敏感性。

$\text{酶敏感性}(\text{%})=\frac{{\mathrm{c}}\times {\mathrm{v}}\times 0.9}{{\mathrm{m}}}\times 100$

(1)

式中：c为DNS比色法测得的葡萄糖质量浓度，mg/mL；v为反应体系中液相体积，mL；0.9为从葡萄糖到淀粉的转化系数；m为反应前淀粉质量，mg。

分别称取3 g酶敏感性最佳的湿热处理淀粉与小麦淀粉，加入15 mL（pH8.5，50 mmol/L）Tris-HCl缓冲液，于烧杯中混合均匀，50 ℃恒温摇床中预热15 min，加入10 mL酶液摇匀，在50 ℃下分别恒温振荡反应（2~16 h），在反应2、4、8、16 h后加入4% NaOH 3 mL溶液终止反应，12000 r/min离心2 min，将淀粉冷冻干燥，研磨后过200目备用。

1.2.2 小麦多孔淀粉的表面结构和粒径分析

将小麦淀粉、湿热小麦淀粉、酶解小麦淀粉、湿热并酶解不同时间的小麦淀粉均匀加在导电胶上，喷金后用扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy，SEM）在6000倍下观测。多孔淀粉的粒径分布用粒度分析仪测定，将小麦淀粉与小麦多孔淀粉（湿热处理并酶解16 h的小麦淀粉）加入去离子水，12 W超声20 s使淀粉颗粒均匀分散后检测。

1.2.3 淀粉比容积、溶解率和膨胀率测定

采用张倩倩等^[6]的方法确定多孔淀粉的比容积、溶解率和膨胀率。分别称取2 g湿热并酶处理不同时间的小麦淀粉和天然小麦淀粉放入10 mL量筒中。晃动量筒保持淀粉面水平，让淀粉自由落下，求每克淀粉所占的体积，则为淀粉比容积。分别称取0.3 g湿热并酶处理不同时间的小麦淀粉和天然小麦淀粉，加入15 mL蒸馏水于烧杯中混合均匀，在60 ℃下搅拌30 min，5000 r/min离心10 min，将上清液置于水浴锅中沸水蒸干，然后于105 ℃恒温干燥箱中烘干至恒重。根据公式计算溶解率（S）和膨胀率（B）：

$\text{溶解率}(\text{S},\text{%})=\frac{{\mathrm{A}}}{{\mathrm{W}}}\times 100$

(2)

$\mathrm{膨}\mathrm{胀}\mathrm{率}(\mathrm{B},\text{%})=\frac{{\mathrm{P}}}{{\mathrm{W}}\left(1-{\mathrm{S}}\right)}\times 100$

(3)

式中：A为上清液烘干后质量，g；W为淀粉样品干质量，g；P为离心后沉淀质量，g。

1.2.4 多孔淀粉吸水和吸油率的测定

采用Liu等^[19]的方法测定多孔淀粉的吸水和吸油率。分别称取200 mg湿热并酶处理不同时间的小麦淀粉和天然小麦淀粉置于小烧杯中，加入2 mL的花生油/水混合并搅拌30 min，倒入已知质量的离心管中，以4000 r/min离心10 min，倒出离心后的上层液，倒置至油水不再渗出，根据公式（4）计算吸油/水率。

$\text{吸油}\text{/}\text{水率}(\text{%})\text=\frac{{\mathrm{W}}_2-{\mathrm{W}}_1-{\mathrm{W}}_0}{{\mathrm{W}}_1}\times 100$

(4)

式中：W₀为离心管的质量，g；W₁为多孔淀粉干质量，g；W₂为离心后离心管吸水（油）后的淀粉质量，g。

1.2.5 多孔淀粉药品负载率的测定

采用Trindade等^[20]的方法，测定姜黄素、甲磺酸达比加群酯、氧氟沙星和制霉菌素的负载率。即准确称量多孔淀粉（湿热并酶解16 h的小麦淀粉），加入5 mL去离子水制备均匀的乳液，加入1 mL药品溶液（2 mg/mL），使多孔淀粉与药物的比例分别为10:1、20:1、40:1、80:1和160:1（w/w），超声搅拌30 min。5000 r/min 离心10 min，将上清液去除，沉淀冷冻干燥。将干燥的样品研磨后装入棕色玻璃瓶，−20 ℃储存。精确称量100 mg固定化后的多孔淀粉，与1 mL二甲基亚砜分析纯混合。使用涡旋振荡仪混匀振荡10 min并在900 W下超声处理10 min，用0.45 μm滤膜过滤，重复两次。检测吸溶液的吸光度值（药品的吸收峰分别为姜黄素OD_{420 nm}，氧氟沙星OD_{324 nm}，甲磺酸达比加群酯OD_{340 nm}，制霉菌素OD_{310 nm}），依据标准曲线计算药品的负载量。根据公式（5）计算负载率。

$\text{负载率}(\text{%})\text=\frac{\text{药品负载量}}{\text{药品添加量}}\times 100$

(5)

标准曲线：将2 mg/mL的药品用二甲基亚砜进行梯度稀释，以二甲基亚砜为空白，测定不同稀释液的吸光度值，绘制标准曲线。

1.2.6 X射线衍射测定

将干燥多孔淀粉、负载药品的多孔淀粉（160:1）和四种药品在CuK^α （λ=0.15406 nm）、功率为1600 W（40 kV×40 mA）、扫描范围为5°~30°（2θ）、扫描速度5°/min、步长0.02的条件下检测。

1.2.7 傅里叶红外光谱测定（FTIR）

将干燥多孔淀粉、负载药品的多孔淀粉（160:1）和四种药品以1:200 比例与溴化钾的混合研磨呈粉状，在10 Pa下压片成型，波数范围为4000~400 cm⁻¹，分辨率为1 cm⁻¹。

1.2.8 模拟多孔淀粉的胃肠道的溶出

姜黄素对光、热、pH具有高度的敏感性^[21]，选取负载姜黄素的多孔淀粉进行体外模拟释放试验。采用Marefati等^[22]的方法制备模拟的胃液和肠液。首先加入2 g NaCl，7 mL 1 mol/L的HCl和0.26 g胃蛋白酶，接着用1 mol/L HCl调节至pH2并用超纯水稀释至1 L制备模拟胃液。500 mL超纯水中加入6.8 g KH₂PO₄制备模拟肠液，然后加入胰酶（10 g /L），用0.1 mol/L NaOH将pH调节至6.5并稀释至1 L。按照1.2.5的方法，将100 mg不同比例负载的药品加入1 mL模拟胃液（pH=2.0），检测药品在模拟胃液中的释放。将负载药品的多孔淀粉装入透析袋（截留分子量3 kDa），放入含有胃液的EP管中。在37 ℃放置0至2.5 h，每30 min取样检测。随即再将相同的透析袋置于1 mL模拟肠液（pH6.5）中，在37 ℃放置0~5 h，每1 h取样检测，根据公式（6）计算姜黄素的释放率。

$\rm 释放率({\text{%}})=\frac{药品溶出到胃液肠液的含量}{药品负载量}\times 100$

(6)

1.3 数据处理

本研究试验均设置3组平行，采用SPSS 24.0软件进行Tukey’s检验且，P<0.05为统计学上显著。采用Origin pro 9.1软件绘制图表。

2. 结果与分析

2.1 淀粉含水量对酶敏感性的影响

湿热处理淀粉的含水量对右旋糖酐酶敏感性有显著影响。随着含水量的增加，淀粉对酶的敏感性也随之增加（图1）。当淀粉含水量为30%时，淀粉对酶敏感性最高，酶敏感性达到8.5%，显著高于含水量为25%和35%的7%和7.2%。增加含水量可使淀粉颗粒体积逐渐膨胀，支链淀粉附近的α-1,6糖苷键发生断裂的可能性增加，影响淀粉的结构，淀粉的无定形区对酶的可及性会增加^[23]。然而，淀粉含水量过高时，湿热处理使糊化程度加重，反而影响淀粉对酶的敏感性。因此，选择含水量为30%的淀粉进行湿热处理。

图 1 小麦淀粉含水量对酶敏感性的影响

注：图中不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

Figure 1. Effect of wheat starch moisture content on enzyme sensitivity

下载: 全尺寸图片幻灯片

2.2 小麦多孔淀粉的表面结构与粒径

如图2所示，原淀粉表面光滑，经酶处理后，淀粉颗粒表面出现凹坑，这与已报道的文献相似^[20]，随着酶解时间延长，淀粉表面出现的凹坑逐渐增多，淀粉颗粒也逐渐变小，湿热处理+酶解16 h后，淀粉颗粒表面出现了明显的孔洞，表明右旋糖酐酶可以制备小麦多孔淀粉。而使用酶处理的原淀粉在16 h仅有较少的凹坑，结果表明湿热处理有助于酶解制备多孔淀粉。

图 2 不同处理方式的小麦淀粉的扫描电镜图

注：天然小麦（A）；右旋糖酐酶酶解16 h（B）；湿热处理（C）；湿热处理+酶解2 h（D）；湿热处理+酶解4 h（E）；湿热处理+酶解8 h（F）；湿热处理+酶解16 h（G）。

Figure 2. SEM of wheat starch treated in different ways

下载: 全尺寸图片幻灯片

经检测，小麦淀粉和小麦多孔淀粉的平均粒径分别为15.13±1.17、5.21±0.93 μm（图3）。结果表明，右旋糖酐酶对小麦淀粉表面侵蚀使得淀粉粒直径减小^[24]。这与扫描电镜显示的结果一致。

图 3 酶解对小麦多孔淀粉粒径的影响

Figure 3. Effect of enzymatic digestion on particle size of wheat porous starch

下载: 全尺寸图片幻灯片

2.3 小麦多孔淀粉的比容积、溶解率和膨胀率

由表1可知，随着酶解时间的延长多孔淀粉的比容积、溶解率和膨胀率均显著增加（P<0.05），酶解16 h的小麦多孔淀粉比容积从1.21±0.01提高到2.11±0.02 cm³/g。多孔淀粉的溶解率与膨胀率也分别达到了9.02%±0.21%与9.91%±0.22%。酶水解后，在非结晶区的直链淀粉会散出，从而提高了淀粉的溶解率^[25]。在淀粉颗粒中形成的孔洞降低了其结构强度，水分子进入淀粉孔洞中，提高了淀粉的膨胀率。

表 1 小麦多孔淀粉比容积、溶解率和膨胀率

Table 1. Wheat porous starch specific volume, solubility and expansion ratio

处理时间（h）	比容积（cm³/g）	溶解率（%）	膨胀率（%）
0	1.21±0.01^a	5.17±0.27^a	5.14±0.12^a
2	1.34±0.02^b	5.20±0.70^a	6.32±0.34^b
4	1.56±0.02^c	7.17±0.16^b	8.20±0.27^c
8	1.83±0.03^d	8.02±0.31^c	9.11±0.23^d
16	2.11±0.02^e	9.02±0.21^d	9.91±0.22^e
注：a~e表示不同处理方式的组内差异性，不同字母表示差异显著（P<0.05）；表2~表3同。

下载: 导出CSV

| 显示表格

2.4 小麦多孔淀粉的吸水和吸油率

表2显示，随着酶解的时间的延长，小麦多孔淀粉的吸水和吸油能力显著提高（P<0.05）。酶解16 h的淀粉的吸水率和吸油率分别达到了80.12%±2.30%和78.23%±3.00%。淀粉颗粒的孔洞数量的增多，使水和油的分子更容易进入淀粉的内部，提高了淀粉的吸水率和吸油率^[26]。

表 2 小麦多孔淀粉吸水吸油率

Table 2. Water and oil absorption rate of wheat porous starch

处理时间（h）	吸水率（%）	吸油率（%）
0	52.10±2.00^a	44.24±2.00^a
2	63.23±2.10^b	52.12±3.20^b
4	68.35±5.00^c	60.34±2.10^c
8	75.24±3.20^d	65.11±2.00^d
16	80.12±2.30^e	78.23±3.00^e

下载: 导出CSV

| 显示表格

2.5 小麦多孔淀粉的负载率

表3显示药物的负载率。随着多孔淀粉与药物比例的增加，多孔淀粉负载药物的量也随着增加。四种药品的平均负载率从14.30%±2.13%增加至75.07%±1.23%。多孔淀粉对不同药物的负载率没有显著性差异（P>0.05）。多孔淀粉增加了表面积，使药物负载于多孔淀粉中^[27]。

表 3 小麦多孔淀粉药物负载率

Table 3. Load rates of wheat porous starch with drugs

多孔淀粉: 药品	姜黄素（%）	氧氟沙星（%）	制霉菌（%）	甲磺酸达比加群酯（%）
10:1	15.02±2.50^a	16.09±1.00^a	12.05±2.00^a	14.06±3.00^a
20:1	30.04±2.00^b	36.10±0.50^b	30.07±1.50^b	34.08±2.00^b
40:1	50.12±0.80^c	56.03±0.50^c	48.12±0.60^c	50 .12±2.00^c
80:1	62.23±0.30^d	65.12±0.60^d	60.14±1.00^d	62.08±2.00^d
160:1	75.08±2.00^e	78.04±0.80^e	72 .12±0.60^e	75.06±1.50^e

下载: 导出CSV

| 显示表格

2.6 小麦多孔淀粉负载药物的XRD检测

对小麦淀粉、酶解小麦淀粉和负载药物的多孔淀粉的检测结果见图4。酶解后的小麦淀粉在15°、17°、18°、23.5°主峰略有下降，与Song等^[28]报道的α-淀粉酶水解使蜡质玉米淀粉和普通玉米淀粉的主峰略有下降相似。表明右旋糖酐酶制备小麦多孔淀粉没有破坏淀粉的晶体结构。文献报道多孔淀粉是典型A型晶型，在2θ为15°、17°、18°、23.5°处形成特征峰^[29]。通过对比淀粉、多孔淀粉、姜黄素、甲磺酸达比加群酯、制霉菌素、氧氟沙星的XRD光谱图，负载了四种药物的小麦多孔淀粉未显示出其药物原有的特征峰。与报道的酪蛋白负载姜黄素的结果相似，即XRD图谱中观察不到姜黄素的特征峰^[28]。因此，小麦多孔淀粉负载四种药物后，四种药物的特征峰消失，表明四种药物已被成功地包埋在多孔淀粉中了^[30]。

图 4 小麦淀粉和酶解淀粉（A）、药品（B）和多孔淀粉包封药品（C）的XRD

Figure 4. XRD of wheat starch and enzymatic hydrolysis of starch (A), drugs (B) and porous starch encapsulated with drugs (C)

下载: 全尺寸图片幻灯片

2.7 小麦多孔淀粉负载药物的FTIR检测

图5A显示，经酶处理后，小麦多孔淀粉特征吸收峰与小麦淀粉相比没有明显变化，多孔淀粉在2927、1646、1241、1367 cm⁻¹处的特征峰分别为-CH₂、C-C、C-O和C-O-O这与文献[31]报道的一致。表明酶处理后，多孔淀粉保留了基本成分。

图 5 小麦淀粉和酶解淀粉（A）、多孔淀粉负载制霉菌素和氧氟沙星（B）和多孔淀粉负载姜黄素和甲磺酸达比加群酯（C）的红外图谱

Figure 5. Infrared spectra of wheat starch and enzymatic hydrolysis of starch (A), porous starch encapsulated with mycophenolate and ofloxacin (B) and porous starch encapsulated with curcumin and dabigatranate mesylate (C)

下载: 全尺寸图片幻灯片

FT-IR光谱检测结果表明，小麦多孔淀粉均有效地负载了药物。多孔淀粉在1646 cm⁻¹处有特征峰，负载制霉菌素后，该峰红移到1630 cm⁻¹，负载氧氟沙星后，该峰红移到1622 cm⁻¹，负载姜黄素后，该峰红移到1628 cm⁻¹，负载甲磺酸达比加群酯后，该峰红移到1610 cm⁻¹。此外，由图5B和5C可见，负载药物多孔淀粉均保留了药物和多孔淀粉的特征峰。如：姜黄素在1602 cm⁻¹处可以观察到的特征峰，同时，在多孔淀粉负载的姜黄素中也可观察到1602 cm⁻¹处的峰。表明小麦多孔淀粉可以负载疏水性的药物。

2.8 小麦多孔淀粉负载药物的体外释放

在模拟胃消化液中，负载姜黄素多孔淀粉的释放率见图6（A）。药品的释放率受多孔淀粉的载药量影响较大。多孔淀粉与姜黄素的比例为10:1、20:1、40:1、80:1、160:1时，2.5 h的释放率分别为25.25%、28.15%、29.1%、30%、33.8%。

图 6 小麦多孔淀粉负载姜黄素在胃液（A）和肠液（B）中的释放

Figure 6. Release of wheat porous starch-fixed curcumin by gastric (A) and intestinal (B) fluids

下载: 全尺寸图片幻灯片

经过胃模拟释放后，负载姜黄素的多孔淀粉再次在模拟肠液中释放，结果见图6（B）。多孔淀粉与姜黄素的比例为10:1、20:1、40:1、80:1、160:1时，姜黄素5 h的释放率分别为35.58%、37.52%、37.96%、38.21%和42.43%。数据表明，姜黄素在肠道中的释放率增加。胃和肠道的pH的变化大，从pH2升到pH6.5，影响了肠道中酶的活性，且在肠道中释放时间为5 h，从而影响了多孔淀粉中药物的释放^[28]。

根据文献报道，多孔淀粉可以减缓负载药品的释放^[18]。多孔淀粉通常在小肠环境中难以消化，可以成功地将负载的药物输送到结肠中，并被微生物群分解为碳水化合物，最终使负载的药物全部释放^[32−33]。

3. 结论

本研究用右旋糖酐酶制备小麦多孔淀粉。结果表明，湿热处理可促进右旋糖酐酶制备多孔淀粉，淀粉含水量为30%时，淀粉对酶的敏感性最高。在酶处理16 h后，多孔淀粉的比容积为2.11±0.021 cm³/g，吸水率和吸油率分别提高到80.12%和78.23%；多孔淀粉对四种不同药物均表现出较好的负载能力。当多孔淀粉与药物的比例为160:1时，药物负载率均超过了70%。XRD结果表明，原淀粉和多孔淀粉的结晶型为A型，酶处理没有改变小麦淀粉的结晶构型；FTIR图谱显示，原淀粉和多孔淀粉的特征吸收峰没有明显变化，吸附了药物的多孔淀粉显示出药物的特征峰。在胃液中模拟药物释放，2.5 h的释放率约为30%。在肠液中模拟药物释放，5 h的释放率约为40%。小麦多孔淀粉负载姜黄素可以显著降低药物的释放。研究结果为制备小麦多孔淀粉提供了实验依据。

图 1 小麦淀粉含水量对酶敏感性的影响

注：图中不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

Figure 1. Effect of wheat starch moisture content on enzyme sensitivity

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 不同处理方式的小麦淀粉的扫描电镜图

Figure 2. SEM of wheat starch treated in different ways

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 酶解对小麦多孔淀粉粒径的影响

Figure 3. Effect of enzymatic digestion on particle size of wheat porous starch

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 小麦淀粉和酶解淀粉（A）、药品（B）和多孔淀粉包封药品（C）的XRD

Figure 4. XRD of wheat starch and enzymatic hydrolysis of starch (A), drugs (B) and porous starch encapsulated with drugs (C)

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 小麦淀粉和酶解淀粉（A）、多孔淀粉负载制霉菌素和氧氟沙星（B）和多孔淀粉负载姜黄素和甲磺酸达比加群酯（C）的红外图谱

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 小麦多孔淀粉负载姜黄素在胃液（A）和肠液（B）中的释放

Figure 6. Release of wheat porous starch-fixed curcumin by gastric (A) and intestinal (B) fluids

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 小麦多孔淀粉比容积、溶解率和膨胀率

Table 1 Wheat porous starch specific volume, solubility and expansion ratio

处理时间（h）	比容积（cm³/g）	溶解率（%）	膨胀率（%）
0	1.21±0.01^a	5.17±0.27^a	5.14±0.12^a
2	1.34±0.02^b	5.20±0.70^a	6.32±0.34^b
4	1.56±0.02^c	7.17±0.16^b	8.20±0.27^c
8	1.83±0.03^d	8.02±0.31^c	9.11±0.23^d
16	2.11±0.02^e	9.02±0.21^d	9.91±0.22^e
注：a~e表示不同处理方式的组内差异性，不同字母表示差异显著（P<0.05）；表2~表3同。

下载: 导出CSV

表 2 小麦多孔淀粉吸水吸油率

Table 2 Water and oil absorption rate of wheat porous starch

处理时间（h）	吸水率（%）	吸油率（%）
0	52.10±2.00^a	44.24±2.00^a
2	63.23±2.10^b	52.12±3.20^b
4	68.35±5.00^c	60.34±2.10^c
8	75.24±3.20^d	65.11±2.00^d
16	80.12±2.30^e	78.23±3.00^e

下载: 导出CSV

表 3 小麦多孔淀粉药物负载率

Table 3 Load rates of wheat porous starch with drugs

多孔淀粉: 药品	姜黄素（%）	氧氟沙星（%）	制霉菌（%）	甲磺酸达比加群酯（%）
10:1	15.02±2.50^a	16.09±1.00^a	12.05±2.00^a	14.06±3.00^a
20:1	30.04±2.00^b	36.10±0.50^b	30.07±1.50^b	34.08±2.00^b
40:1	50.12±0.80^c	56.03±0.50^c	48.12±0.60^c	50 .12±2.00^c
80:1	62.23±0.30^d	65.12±0.60^d	60.14±1.00^d	62.08±2.00^d
160:1	75.08±2.00^e	78.04±0.80^e	72 .12±0.60^e	75.06±1.50^e

下载: 导出CSV

参考文献(33)

[1]	PURWITASARI L, WULANJANJATI M P, PRANOTO Y, et al. Characterization of porous starch from edible canna ( Canna edulis Kerr.) produced by enzymatic hydrolysis using thermostable α-amylase[J]. Food Chemistry Advances,2023,2:100152. doi: 10.1016/j.focha.2022.100152
[2]	JIANG K, WANG W, MA Q, et al. Microwave-assisted enzymatic hydrolysis as a novel efficient way to prepare porous starch[J]. Carbohydrate Polymers,2023,301:120306. doi: 10.1016/j.carbpol.2022.120306
[3]	XIE Y, LI M N, CHEN H Q, et al. Effects of the combination of repeated heat-moisture treatment and compound enzymes hydrolysis on the structural and physicochemical properties of porous wheat starch[J]. Food Chemistry,2019,274:351−359. doi: 10.1016/j.foodchem.2018.09.034
[4]	LATIP D N H, SAMSUDIN H, UTRA U, et al. Modification methods toward the production of porous starch:A review[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2020,61(17):2841−2862.
[5]	JUNG Y, LEE B H, YOO S H. Physical structure and absorption properties of tailor-made porous starch granules produced by selected amylolytic enzymes[J]. PLoS One,2017,12(7):e0181372. doi: 10.1371/journal.pone.0181372
[6]	张倩倩, 徐超, 曹俊英, 等. 湿热处理辅助酶法制备大米多孔淀粉及其性质研究[J]. 中国粮油学报,2022,37(1):66−71. [ZHANG Q Q, XU C, C J Y, et al. Preparation and properties of rice porous starch by wet heat treatment-assisted enzymatic method[J]. Chinese Journal of Cereals and Oils,2022,37(1):66−71. doi: 10.3969/j.issn.1003-0174.2022.01.011 ZHANG Q Q, XU C, C J Y, et al. Preparation and properties of rice porous starch by wet heat treatment-assisted enzymatic method[J]. Chinese Journal of Cereals and Oils, 2022, 37（1）: 66−71. doi: 10.3969/j.issn.1003-0174.2022.01.011
[7]	SONG Z, ZHONG Y, TIAN W, et al. Structural and functional characterizations of α-amylase-treated porous popcorn starch[J]. Food Hydrocolloids,2020,108:105606. doi: 10.1016/j.foodhyd.2019.105606
[8]	DAS R, KAYASTHA A M. Enzymatic hydrolysis of native granular starches by a new β-amylase from peanut ( Arachis hypogaea)[J]. Food Chemistry,2019,276:583−590. doi: 10.1016/j.foodchem.2018.10.058
[9]	MAJZOOBI M, HEDAYATI S, FARAHNAKY A. Functional properties of microporous wheat starch produced by α-amylase and sonication[J]. Food Bioscience, 2015, 11:79−84.
[10]	CHEN J, WANG Y, LIU J, et al. Preparation, characterization, physicochemical property and potential application of porous starch:A review[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2020,148:1169−1181. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.02.055
[11]	BARZKAR N, BABICH O, DAS R, et al. Marine bacterial dextranases:Fundamentals and applications[J]. Molecules,2022,27(17):175533.
[12]	HAN X, MA P, SHEN M, et al. Modified porous starches loading curcumin and improving the free radical scavenging ability and release properties of curcumin[J]. Food Research International,2023,168:112770. doi: 10.1016/j.foodres.2023.112770
[13]	WU A P, FANG Z, QIN J W, et al. Characterization and adsorption-release property of fermented porous starch as well as its bioactivity protection for guava leaf polyphenols[J]. Food Bioscience,2023,53:102535. doi: 10.1016/j.fbio.2023.102535
[14]	CHEN Z, MA Y, GOU L, et al. Construction of caffeic acid modified porous starch as the dual-functional microcapsule for encapsulation and antioxidant property[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2023,228:358−365. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2022.12.189
[15]	LI H, MA Y, YU L, et al. Construction of octenyl succinic anhydride modified porous starch for improving bioaccessibility of β-carotene in emulsions[J]. RSC Advances,2020,10(14):8480−8489. doi: 10.1039/C9RA10079B
[16]	EL-HAG ALI A, ALARIFI A. Characterization and in vitro evaluation of starch based hydrogels as carriers for colon specific drug delivery systems[J]. Carbohydrate Polymers,2009,78(4):725−730. doi: 10.1016/j.carbpol.2009.06.009
[17]	SHUKLA R K, TIWARI A. Carbohydrate polymers:Applications and recent advances in delivering drugs to the colon[J]. Carbohydrate Polymers,2012,88(2):399−416. doi: 10.1016/j.carbpol.2011.12.021
[18]	WU L, TIAN J, YE X, et al. Encapsulation and release of curcumin with the mixture of porous rice starch and xanthan gum[J]. Starch-Stärke,2020,73(1-2):2000042.
[19]	LEI M, JIANG F C, CAI J, et al. Facile microencapsulation of olive oil in porous starch granules:Fabrication, characterization, and oxidative stability[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2018,111:755−761. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.01.051
[20]	TRINDADE M A, GROSSO C R F. The stability of ascorbic acid microencapsulated in granules of rice starch and in gum arabic[J]. Journal of Microencapsulation,2000,17(2):169−176. doi: 10.1080/026520400288409
[21]	ACEVEDO-GUEVARA L, NIETO-SUAZA L, SANCHEZ L T, et al. Development of native and modified banana starch nanoparticles as vehicles for curcumin[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2018,111:498−504. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.01.063
[22]	MAREFATI A, BERTRAND M, SJÖÖ M, et al. Storage and digestion stability of encapsulated curcumin in emulsions based on starch granule pickering stabilization[J]. Food Hydrocolloids,2017,63:309−320. doi: 10.1016/j.foodhyd.2016.08.043
[23]	UTHUMPORN U, SHARIFFA Y N, KARIM A A. Hydrolysis of native and heat-treated starches at sub-gelatinization temperature using granular starch hydrolyzing enzyme[J]. Applied Biochemistry and Biotechnology,2011,166(5):1167−1182.
[24]	董芝宏. 酶水解方式对多孔淀粉结构、性质的影响及其应用研究[D]. 广州:华南理工大学, 2019. [DONG Z H. Study on the effect of enzymatic hydrolysis mode on the structure and properties of porous starch and its application[D]. Guangzhou:South China University of Technology, 2019. DONG Z H. Study on the effect of enzymatic hydrolysis mode on the structure and properties of porous starch and its application[D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2019.
[25]	张超. 玉米多孔淀粉的酶法制备及其作为吸附剂的应用研究 [D]. 无锡:江南大学, 2012. [ZHANG C. Enzymatic preparation of corn porous starch and its application as adsorbent[D]. Wuxi:Jiangnan University, 2012. ZHANG C. Enzymatic preparation of corn porous starch and its application as adsorbent[D]. Wuxi: Jiangnan University, 2012.
[26]	CHEN Y, QIAN J, ZHAO C, et al. Preparation and evaluation of porous starch/chitosan composite cross-linking hemostatic[J]. European Polymer Journal,2019,118:17−26. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2019.05.039
[27]	WANG L, ZHAO X, YANG F, et al. Loading paclitaxel into porous starch in the form of nanoparticles to improve its dissolution and bioavailability[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2019,138:207−214. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.07.083
[28]	SONG Z , ZHONG Y , TIAN W ,et al. Structural and functional characterizations of α-amylase-treated porous popcorn starch[J]. Food Hydrocolloids,2019,108:105606. doi: 10.1016/j.jcs.2019.102819
[29]	PAN K, ZHONG Q, BAEK S J. Enhanced dispersibility and bioactivity of curcumin by encapsulation in casein nanocapsules[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2013,61(25):6036−6043. doi: 10.1021/jf400752a
[30]	BRENNAN C S, SUTER M, LUETHI T, et al. The relationship between wheat flour and starch pasting properties and starch hydrolysis:effect of non-starch polysaccharides in a starch gel system[J]. Starch-Stärke,2008,60(1):23−33.
[31]	CHENG K C, CHEN S H, YEH A I. Physicochemical properties and in vitro digestibility of rice after parboiling with heat moisture treatment[J]. Journal of Cereal Science, 2019, 85, 98–104.
[32]	TOPPING D L, CLIFTON P M. Short-chain fatty acids and human colonic function:Roles of resistant starch and nonstarch polysaccharides[J]. Physiological Reviews,2001,81(3):1031−1064. doi: 10.1152/physrev.2001.81.3.1031
[33]	WONG J M W, DE SOUZA R, KENDALL C W C, et al. Colonic health:Fermentation and short chain fatty acids[J]. Journal of Clinical Gastroenterology,2006,40(3):235−243. doi: 10.1097/00004836-200603000-00015

施引文献(4)

期刊类型引用(4)

1.	李文廷，叶沛，刘玲，陶蓉蓉，张瑞雨，师真，蒋孟圆. 超高效液相色谱-串联质谱法测定发酵乳制品中米酵菌酸和异米酵菌酸. 分析测试学报. 2025(02): 326-333 . 百度学术
2.	郑圣乐，李卓颖，王家浩，刘峻铭，方桂娇，韩鹿. 益生菌清除食品毒素的研究进展. 农产品加工. 2024(21): 129-134+139 . 百度学术
3.	宋娓娜，薛笛笛，路飞，李国德，肖志刚，史梦娜，张一凡. 食品中米酵菌酸的相关研究. 现代食品. 2023(11): 23-26 . 百度学术
4.	宋娓娜，张嘉慧，赵秀红，路飞，肖志刚，张一凡. 植物乳杆菌对食品中常见毒素的抑制作用研究进展. 食品安全导刊. 2023(24): 174-177 . 百度学术

其他类型引用(0)

资源附件(1)

其他相关附件
- PDF格式
  EI收录证明 55KB

图(6) / 表(3)

计量

文章访问数: 0
HTML全文浏览量: 0
PDF下载量: 0
被引次数: 4

1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 右旋糖酐酶制备小麦多孔淀粉
1.2.2 小麦多孔淀粉的表面结构和粒径分析
1.2.3 淀粉比容积、溶解率和膨胀率测定
1.2.4 多孔淀粉吸水和吸油率的测定
1.2.5 多孔淀粉药品负载率的测定
1.2.6 X射线衍射测定
1.2.7 傅里叶红外光谱测定（FTIR）
1.2.8 模拟多孔淀粉的胃肠道的溶出
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 淀粉含水量对酶敏感性的影响
2.2 小麦多孔淀粉的表面结构与粒径
2.3 小麦多孔淀粉的比容积、溶解率和膨胀率
2.4 小麦多孔淀粉的吸水和吸油率
2.5 小麦多孔淀粉的负载率
2.6 小麦多孔淀粉负载药物的XRD检测
2.7 小麦多孔淀粉负载药物的FTIR检测
2.8 小麦多孔淀粉负载药物的体外释放
3. 结论

1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 右旋糖酐酶制备小麦多孔淀粉
1.2.2 小麦多孔淀粉的表面结构和粒径分析
1.2.3 淀粉比容积、溶解率和膨胀率测定
1.2.4 多孔淀粉吸水和吸油率的测定
1.2.5 多孔淀粉药品负载率的测定
1.2.6 X射线衍射测定
1.2.7 傅里叶红外光谱测定（FTIR）
1.2.8 模拟多孔淀粉的胃肠道的溶出
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 淀粉含水量对酶敏感性的影响
2.2 小麦多孔淀粉的表面结构与粒径
2.3 小麦多孔淀粉的比容积、溶解率和膨胀率
2.4 小麦多孔淀粉的吸水和吸油率
2.5 小麦多孔淀粉的负载率
2.6 小麦多孔淀粉负载药物的XRD检测
2.7 小麦多孔淀粉负载药物的FTIR检测
2.8 小麦多孔淀粉负载药物的体外释放
3. 结论

参考文献(33)

施引文献

资源附件(1)

基于右旋糖酐酶制备小麦多孔淀粉及其特性

作者简介: 王博岩（1996−），男，硕士研究生，研究方向：食品生物技术，E-mail：boyanwang@jou.edu.cn

通讯作者: 王淑军（1965−），女，博士，教授，研究方向：食品生物技术，E-mail：sjwang@jou.edu.cn。

计量

出版历程