3種淀粉與大蒜中大蒜素所形成包合物的特征及其抑菌活性研究

張黎明,彭巧玲,金雪芹,閆鵬超,何希宏,郝利民,,*,劉 陽(yáng),魯吉珂

(1.天津科技大學(xué),工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300457;2.軍事科學(xué)院軍需工程技術(shù)研究所,北京 100010;3.鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,河南鄭州 450001)

淀粉是一種廣泛存在于小麥、玉米、薯類等植物中的多糖類化合物,根據(jù)分子鏈上脫水葡萄糖單元的連接方式可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉。在一定條件下,直鏈淀粉可以被一些疏水性分子誘導(dǎo)形成左手單螺旋結(jié)構(gòu),即V型結(jié)構(gòu)[1-3]。這種螺旋結(jié)構(gòu)外部由淀粉羥基組成,內(nèi)部由葡萄糖骨架組成,其內(nèi)徑大約0.54～0.85 nm,外徑1.36～1.62 nm[1]?？腕w分子進(jìn)入螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部,通過(guò)疏水作用結(jié)合形成包合物[2]。具有疏水性的風(fēng)味物質(zhì)分子與直鏈淀粉的這種包結(jié)絡(luò)合作用(Complexiation)相當(dāng)于將風(fēng)味物質(zhì)微膠囊化[3]。

近年來(lái),由于淀粉具有價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛且實(shí)用性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),使淀粉對(duì)風(fēng)味物質(zhì)的微膠囊化成為研究熱點(diǎn)。不同的淀粉因其直鏈淀粉的含量和結(jié)構(gòu)不同而表現(xiàn)出不同的包結(jié)絡(luò)合作用,常用來(lái)包合風(fēng)味物質(zhì)的淀粉有玉米淀粉[4]、馬鈴薯淀粉[5-6]、木薯淀粉[1]、大米淀粉[6]等。影響淀粉與風(fēng)味物質(zhì)包埋效果的因素主要有:直鏈淀粉含量(最主要因素)[4,6]、淀粉分子的聚合度[7]、淀粉來(lái)源[1]、糊化特性[6]、顆粒大小形態(tài)等[8]。例如Gelders等[7]采用不同鏈長(zhǎng)的直鏈淀粉與脂質(zhì)分子進(jìn)行包埋處理,發(fā)現(xiàn)淀粉聚合度越高,與客體分子包埋效果越好;Jouquand等[8]研究了馬鈴薯淀粉和玉米淀粉對(duì)C6芳香化合物的包埋特性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)馬鈴薯淀粉較玉米淀粉具有更好的包埋效率。

大蒜素(Allicin)是多年草本生蔥屬植物大蒜(AlliumsavitumL.)在細(xì)胞組織遭外界破損時(shí),細(xì)胞中的蒜氨酸經(jīng)酶解產(chǎn)生的[9],是大蒜的主要的風(fēng)味物質(zhì),也是主要的活性物質(zhì),具有殺菌力強(qiáng)、抗菌譜廣,對(duì)大腸桿菌、沙門氏菌等病原菌有顯著的抑制或殺滅作用,被譽(yù)為“天然廣譜植物抗菌素”。因此,有關(guān)大蒜素制劑的研究愈來(lái)愈引起人們的重視,成為研究的熱點(diǎn)[10]。但由于其熱穩(wěn)定性差,通常在大蒜深加工過(guò)程中將其微膠囊化以掩蔽其氣味增加其穩(wěn)定性[11-13]。如潘艷等[11]采用綠豆分離蛋白為壁材,利用噴霧干燥法制備大蒜素微膠囊,實(shí)際包埋率可高達(dá)93.4%。Piletti 等[12]以β-環(huán)糊精為壁材制備了大蒜油微膠囊,實(shí)驗(yàn)表明該大蒜油微膠囊的熱穩(wěn)定性得到了改善。辛露露等[13]以大蒜素為模型藥物,采用復(fù)凝聚法制備了海藻酸鈉/明膠/殼聚糖復(fù)合微球,載藥量最高為24.3%,包埋率最高為69.4%。這些制備方法的缺點(diǎn)是大蒜油和大蒜素的前期提取工藝較為復(fù)雜,成本高,且所得成分不穩(wěn)定。天然淀粉來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,是作為大蒜素微膠囊化的理想壁材,因此,本文選用玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和高直鏈玉米淀粉分別作為包埋壁材,新鮮大蒜中所生成的大蒜素為客體分子,采用常溫高速剪切混合法制備了淀粉大蒜素包合物,考察這3種淀粉對(duì)大蒜中的大蒜素的原位包結(jié)絡(luò)合特性,以及所制備的包含物的理化性質(zhì)和抗菌活性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮大蒜 水分含量63.51%±3.62%,河南省開(kāi)封市杞縣;玉米淀粉 直鏈淀粉含量28.21%±0.56%,天津市中英保健食品有限公司;馬鈴薯淀粉 直鏈淀粉含量12.38%±0.78%, 天津市中英保健食品有限公司;高直鏈玉米淀粉 直鏈淀粉含量68.11%±1.52%,鄭州億之源化工產(chǎn)品有限公司;大蒜素標(biāo)準(zhǔn)品 CAS:10084,C6H10S6,純度≥98%,中國(guó)藥品生物制品鑒定所;甲醇 色譜純,德國(guó)默克公司;蛋白胨、酵母浸膏、瓊脂粉 北京索萊寶生物科技公司;其余試劑 均為分析純;大腸桿菌(Escherichiacoli,G-)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus,G+)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis,G+)、沙門氏菌(SalmonellaTyphimurium,G-) 天津科技大學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室。

PB12Power311型高速剪切攪拌機(jī) 廣東美的電器股份有限公司;Alpha 2-4 LD plus型冷凍干燥機(jī) 德國(guó)Martin Christ有限公司;1260型高效液相色譜儀 安捷倫科技有限公司;PhiLips XL-30型掃描電子顯微鏡 荷蘭皇家飛利浦電子公司;Pyris/Diamond TG/DTA 500型熱重分析儀 美國(guó)珀金埃爾默儀器有限公司;TU-1810PC紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 淀粉大蒜素包合物的制備條件篩選

1.2.1.1 高速剪切攪拌處理時(shí)間篩選 稱取原淀粉樣品100.0 g,置于高速剪切混合儀的容器中,再加入新鮮大蒜(篩選無(wú)霉變、無(wú)發(fā)芽的大蒜鱗莖,去除蒜梗、須根及外層鱗皮,得新鮮蒜瓣,按干基質(zhì)量稱取100.0 g)和100 mL蒸餾水。然后在22500 r/min轉(zhuǎn)速下對(duì)混合樣品進(jìn)行高速剪切混合處理至預(yù)定時(shí)間(20、30、40、50、60和70 min)。將所得混合漿液轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中,真空冷凍干燥12 h后得到干燥產(chǎn)物。將該產(chǎn)物研磨過(guò)100目篩,再用無(wú)水乙醇洗滌3次,以除去未被包合的大蒜素,再在35 ℃下真空干燥12 h后得到不同處理時(shí)間的淀粉-大蒜素包合物。

1.2.1.2 淀粉/大蒜(干基)質(zhì)量比的篩選 稱取原淀粉樣品100.0 g,置于高速剪切混合儀的容器中,按照淀粉/大蒜(干基)質(zhì)量比2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶6加入新鮮大蒜和適量的蒸餾水,使總體積達(dá)500 mL。然后在22500 r/min的轉(zhuǎn)速下對(duì)混合樣品進(jìn)行高速剪切混合攪拌處理60 min。將所得混合漿液轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中,在35 ℃下真空干燥12 h后得到干燥產(chǎn)物。其余步驟同高速剪切攪拌處理時(shí)間篩選,得到不同淀粉/大蒜(干基)質(zhì)量比制備的淀粉-大蒜素包合物。

1.2.2 樣品的制備 分別稱取原淀粉、新鮮大蒜各200.0 g以及淀粉/大蒜(干基)質(zhì)量比1∶2,置于高速剪切混合儀的容器中,加入適量的蒸餾水,然后在22500 r/min的轉(zhuǎn)速下對(duì)樣品進(jìn)行高速剪切混合攪拌處理60 min。將所得懸浮液轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中,在35 ℃下真空干燥12 h并研磨過(guò)100目篩后得到淀粉對(duì)照、大蒜粉(GP)和包合物。按淀粉/大蒜(干基)質(zhì)量比稱取淀粉對(duì)照和大蒜粉(總質(zhì)量為20.00 g),置于250 mL的三角瓶中,在振蕩器上振蕩15 min得到物理混合物。

1.2.3 HPLC法測(cè)定淀粉-大蒜素包合物中大蒜素的含量 淀粉-大蒜素包合物中大蒜素的含量測(cè)定參考李齊歡等[14]報(bào)道的HPLC法,并作適當(dāng)修改。具體操作如下:精密稱取500.0 mg樣品,加入25 mL離心管中,加入10.0 mL甲醇,密封,渦旋混勻,于25 ℃下超聲處理1 h,然后在4 ℃,10000 r/min的條件下離心分離5 min。將上述上清液過(guò)0.22 μm濾膜,然后用HPLC分析儀測(cè)定。色譜條件:Agilent ZORBAX Eclipse Plus C18硅膠色譜柱(5 μm,4.6×250 mm);流動(dòng)相:甲醇/水/甲酸=80/20/0.1;流速0.8 mL/min;柱溫25 ℃;進(jìn)樣量20 μL;波長(zhǎng)254 nm;線性范圍:在濃度范圍6.92～173 μg/mL內(nèi),峰面積(A)與大蒜素質(zhì)量濃度(C)的線性關(guān)系良好,其回歸方程為A=13.84C+64.24,決定系數(shù)R2=0.9998。大蒜素含量通過(guò)下式計(jì)算:

式中:Ac:大蒜素含量,μg/mg;C:質(zhì)量濃度(μg/mL),V:供試樣品溶液體積(mL),M:供試樣品質(zhì)量(mg)。

1.2.4 淀粉-大蒜素包合物的理化性質(zhì)分析

1.2.4.1 碘結(jié)合特性實(shí)驗(yàn) 碘結(jié)合特性實(shí)驗(yàn)參照萬(wàn)芊[15]描述的方法,并稍有改動(dòng)。具體操作如下:精密稱取淀粉對(duì)照(10.00 mg)和大蒜粉(10.00 mg),淀粉-大蒜素包含物(使樣品中淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.00 mg)。將所有樣品置于比色管中,加入1.00 mol/mL的NaOH溶液5.00 mL,然后在100 ℃水浴鍋中加熱,使淀粉顆粒充分溶脹,懸浮液在0.5 kHz超聲波頻率下超聲5 min后得到樣品溶液。待樣品溶液冷卻至室溫后,用稀鹽酸HCl溶液調(diào)pH到3.5,再加入0.50 mL碘試劑(2% KI+0.2% I2溶液)顯色1 min。再將顯色液轉(zhuǎn)至50 mL容量瓶中,用去離子水定容。用紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)在450～900 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)所有顯色液進(jìn)行吸光度掃描。

1.2.4.2 掃描電鏡分析 將原淀粉(CS、PS、HAMS)、淀粉對(duì)照和淀粉-大蒜素包合物樣品固定在SEM樣品板上,用毛細(xì)管將恒溫干燥后的樣品轉(zhuǎn)移置導(dǎo)電膠上,去除板面上多余樣品,噴金觀察。儀器加速電壓20 kV,放大2000倍。

1.2.4.3 X射線衍射分析 將原淀粉(CS、PS、HAMS)、淀粉對(duì)照、大蒜粉和淀粉-大蒜素包合物樣品置于長(zhǎng)方形鋁片的孔中,隨后壓緊,用X射線衍射儀按以下方法進(jìn)行測(cè)定:所用波長(zhǎng)為0.1542 nm的單色Cu-Kα射線。測(cè)試條件為:管壓3 kV,管流20 mA,掃描速度4 °/min,掃描區(qū)域3～60 °。

1.2.4.4 熱重分析 將原淀粉、大蒜粉、物理混合物及淀粉-大蒜素包合物等在35 ℃真空干燥箱中干燥24 h待用。精確稱取10～12 mg樣品置于鉑金坩堝中,按起始溫度20 ℃,終止溫度600 ℃,升溫速率10 ℃/min,氮?dú)饬魉?0 mL/min進(jìn)樣分析。

1.2.5 淀粉-大蒜素包合物的抑菌活性評(píng)價(jià) 淀粉-大蒜素包合物的抑菌活性測(cè)定參考譚才鄧等[16]報(bào)道的打孔瓊脂擴(kuò)散法,并稍作改動(dòng)。將淀粉-大蒜素包合物,大蒜粉、淀粉對(duì)照于120 ℃條件下干熱滅菌20 min,滅菌后冷卻備用。量取預(yù)先制備好的含菌量為1×106CFU菌懸液50 μL置于培養(yǎng)皿中,趁熱倒入50 ℃未凝固的瓊脂培養(yǎng)基并混合均勻,冷卻凝固后,用打孔器在固體培養(yǎng)基中央打一個(gè)直徑為1 cm的孔,加入0.10 g無(wú)菌樣品粉末和100 μL 0.9%的生理鹽水,使樣品粉末吸附在培養(yǎng)基上,將培養(yǎng)皿放置在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)1 h,之后倒置培養(yǎng)24 h,觀察抑菌情況,并用游標(biāo)卡尺測(cè)量抑菌圈的直徑,重復(fù)3次,取平均值。用抑菌圈直徑大小評(píng)價(jià)樣品的抑菌性能。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)試驗(yàn)平均值,以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,顯著性檢驗(yàn)采用鄧肯氏(Duncan)多重比較,P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 制備條件對(duì)淀粉-大蒜素包合物中大蒜素含量的影響

2.1.1 高速剪切混合處理時(shí)間 高速剪切混合處理時(shí)間對(duì)包合物中大蒜素含量的影響結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出,包合物中大蒜素含量隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)表現(xiàn)為先增加后緩慢降低的趨勢(shì),包合物中大蒜素含量最高時(shí),CS-A、PS-A和HAMS-A的處理時(shí)間分別為40、60、40 min。3種包合物中大蒜素含量高低次序?yàn)镠AMS-A>PS-A>CS-A。大蒜在高速剪切作用力下隨著時(shí)間延長(zhǎng),細(xì)胞壁被打破,大蒜中的蒜氨酸在相關(guān)酶的作用下生成了大蒜素和其他含硫化合物[9]。在此過(guò)程中誘導(dǎo)直鏈淀粉形成單螺旋結(jié)構(gòu),進(jìn)而通過(guò)主客體相互作用形成包含物[17]。在高速剪切混合過(guò)程中形成的HAMS-A的大蒜素含量較CS-A高,這是主要是由于HAMS的直鏈淀粉含量高的緣故。直鏈淀粉含量是影響淀粉與大蒜素包合作用的主要因素[4,6]。PS和大蒜在高速剪切處理50～70 min時(shí),PS-A中大蒜素含量相對(duì)較高,這可能與馬鈴薯淀粉顆粒大,分子聚合度高、脂質(zhì)含量少,結(jié)晶結(jié)構(gòu)易被破壞等因素有關(guān)[2]。

圖1 高速剪切混合時(shí)間對(duì)淀粉-大蒜素包合物中大蒜素含量的影響Fig.1 Effect of high speed blending time on thecontent of allicin in starch-allicin complexes

2.1.2 淀粉/大蒜(干基)質(zhì)量比 淀粉/大蒜(干基)質(zhì)量比對(duì)包合物中大蒜素含量的影響結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知,3種淀粉包合物在不同淀粉/大蒜(干基)質(zhì)量比的制備條件下所包埋的大蒜素含量不同,CS-A、PS-A和HAMS-A的最優(yōu)質(zhì)量比為1∶2、1∶6、1∶2,此時(shí)包合物CS-A、PS-A和HAMS-A中的大蒜素含量分別為(1.18±0.05)、(1.28±0.03)和(1.42±0.03) μg/mg。3種包合物中大蒜素含量均隨著大蒜(干基)占比增加呈先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì),這一結(jié)果與Yeo等[3]研究結(jié)果一致,直鏈淀粉在和客體分子進(jìn)行包合過(guò)程中,客體分子占比較低時(shí),包合作用會(huì)隨著客體分子濃度的增加而增強(qiáng),但增加到一定閾值后,過(guò)多的客體分子將不會(huì)被完全包合,包合物中大蒜素的含量不再改變。由于3種淀粉的差異,在相同的淀粉/大蒜(干基)質(zhì)量比的情況下,HAMS-A中的大蒜素含量明顯高于另外兩種包合物,PS-A則略高于CS-A。

圖2 淀粉/大蒜(干基)質(zhì)量比對(duì)淀粉-大蒜素包合物中大蒜素含量的影響Fig.2 Effects of the starch/garlic(dry basis)mass ratioson the content of allicin in starch-allicin complexes

2.2 淀粉-大蒜素包合物的理化性質(zhì)分析

2.2.1 淀粉-大蒜素包合物的碘結(jié)合特性 淀粉對(duì)照、大蒜粉和淀粉-大蒜素包合物碘結(jié)合特性結(jié)果如圖3所示。CS、PS和HAMS與碘反應(yīng)后所得溶液在450～700 nm處均有吸收峰,其最大吸收峰分別出現(xiàn)在605、584、604 nm處。根據(jù)吸光度值判斷其碘結(jié)合能力大小次序?yàn)?HAMS>CS>PS。大蒜粉的碘結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有出現(xiàn)吸收峰,這表明大蒜粉中的物質(zhì)不干擾包合物的碘結(jié)合測(cè)定結(jié)果。當(dāng)?shù)矸叟c大蒜素形成包含物后,所得包合物與碘反應(yīng)后的溶液的吸光值都較原淀粉的低,且最大吸收波長(zhǎng)向低波長(zhǎng)方向移動(dòng)。根據(jù)3種淀粉-大蒜素包合物與碘結(jié)合后所制備的溶液的吸光值判斷其碘結(jié)合能力大小次序?yàn)?CS-A>PS-A>HAMS-A。造成這種結(jié)果的原因是,碘分子在淀粉溶液中能誘導(dǎo)直鏈淀粉形成單螺旋結(jié)構(gòu),并進(jìn)入該單螺旋結(jié)構(gòu)的空腔內(nèi),形成碘與直鏈淀粉的藍(lán)色絡(luò)合物[18];因大蒜中的大蒜素也能進(jìn)入直鏈淀粉的單螺旋空腔產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)而抑制了碘與直鏈淀粉的包結(jié)絡(luò)合[19],因此形成包合物后與碘的結(jié)合能力下降,包含物中大蒜素的含量越多,與碘的結(jié)合力越弱。

圖3 淀粉對(duì)照,大蒜粉和淀粉-大蒜素包合物的碘結(jié)合能力Fig.3 Iodine-binding capacities of starch control,garlic powder and starch-allicin complexes注:a0,CS;b0,PS;c0,HAMS;d,GP;a1,CS-A;b1,PS-A;c1,HAMS-A。

2.2.2 淀粉-大蒜素包合物的掃描電鏡分析 原淀粉、淀粉對(duì)照和淀粉-大蒜素包合物的掃描電鏡照片如圖4所示。由圖4可知,玉米原淀粉(CS)顆粒形狀為多角形,顆粒表面有許多大小不同的小孔(圖4a0)。馬鈴薯原淀粉(PS)顆粒大小分布較廣,呈圓形或卵圓形,表面光滑(圖4b0)。高直鏈玉米淀粉(HAMS)為多面體,部分顆粒呈近似球形或橢圓形顆粒,顆粒表面光滑(圖4c0)。原淀粉經(jīng)高速剪切混合處理后,因顆粒發(fā)生溶脹而體積膨脹。對(duì)于PS而言,淀粉顆粒結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞,并發(fā)生部分黏連(圖4b1),而其余兩種淀粉顆粒結(jié)構(gòu)還保持完整。當(dāng)?shù)矸叟c新鮮大蒜經(jīng)過(guò)高速剪切混合處理后,在玉米淀粉顆粒的表面附著大蒜組織,部分淀粉顆粒破裂;相對(duì)于CS,PS或HAMS與大蒜組織的兼容性較好,混合程度高。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)對(duì)于CS或HAMS而言,經(jīng)過(guò)高速剪切混合處理后淀粉顆粒形貌基本完好,但是當(dāng)?shù)矸叟c新鮮大蒜共處理時(shí),淀粉的顆粒形貌發(fā)生了明顯的變化,如HAMS的部分淀粉呈扁球形,而大蒜的組織碎片形態(tài)基本消失。由此也說(shuō)明高速攪拌混合處理有利于HAMS和大蒜素形成包含物。

圖4 原淀粉,淀粉對(duì)照和淀粉-大蒜素包合物的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.4 SEM pictures of native starch,starch control and starch-allicin complexes注:a0,CS;b0,PS;c0,HAMS;a1,CS對(duì)照;b1,PS對(duì)照;c1,HAMS對(duì)照;a2,CS-A;b2,PS-A,c2,HAMS-A。

2.2.3 淀粉-大蒜素包合物的X射線衍射分析 原淀粉、淀粉對(duì)照、大蒜粉和淀粉-大蒜素包合物的X射線譜圖見(jiàn)圖5。由圖5可知,原淀粉CS、PS和HAMS分別呈現(xiàn)為A型、B型和A型的晶型結(jié)構(gòu)[3-4]。大蒜粉(GP)未出現(xiàn)結(jié)晶衍射峰,為無(wú)定型結(jié)構(gòu)。經(jīng)高速剪切混合處理后,馬鈴薯原淀粉的衍射峰的強(qiáng)度明顯減弱,相對(duì)結(jié)晶度明顯降低;而CS和HAMS的衍射峰的強(qiáng)度變化不大。當(dāng)?shù)矸叟c新鮮大蒜經(jīng)過(guò)高速剪切混合處理后,包含物CS-A和HAMS-A在2θ角15°、17°、18°和23.5°處出現(xiàn)衍射峰,但其衍射強(qiáng)度明顯減弱,表明這些包含物呈現(xiàn)A型結(jié)晶;而包含物PS-A則轉(zhuǎn)化成無(wú)定形結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)有利于大蒜素與直鏈淀粉結(jié)合,并形成包含物。通常直鏈淀粉與疏水性分子形成包合物后呈現(xiàn)V構(gòu)型結(jié)構(gòu),即在X射線衍射圖2θ角7°、13°和20°附近出現(xiàn)較強(qiáng)衍射峰[20]。直鏈淀粉與疏水性分子形成包合物也有非V構(gòu)型結(jié)構(gòu)的情況,本實(shí)驗(yàn)所涉及的3種淀粉-大蒜素包含物均未出現(xiàn)V構(gòu)型晶型衍射峰,可能與新鮮大蒜中大蒜素含量較少,組成成分相對(duì)復(fù)雜有關(guān)。

圖5 原淀粉、淀粉對(duì)照、大蒜粉和淀粉-大蒜素包合物的X射線衍射圖Fig.5 X-ray diffraction patterns of raw starch,starch control,garlic powder,and starch-allicin complexes 注:A圖:a0,CS;a1,CS對(duì)照;a2,CS-A。B圖:b0,PS;b1,PS對(duì)照;b2,PS-A。C圖:c0,HAMS;c1,對(duì)照;c2,HAMS-A;d,GP。

2.2.4 淀粉-大蒜素包合物的熱重分析 原淀粉、大蒜粉、物理混合物和淀粉-大蒜素包合物的熱重分析曲線如圖6所示。由圖6可知,原淀粉(a0、b0、c0)的失重過(guò)程分為2個(gè)階段,第1階段主要由樣品中水分和表面結(jié)合水的損失產(chǎn)生(25～100) ℃,第2階段主要是淀粉分子鏈斷裂和碳化引起(280～350) ℃[20]。大蒜粉的失重過(guò)程分為3個(gè)階段(曲線d),第1階段是由大蒜粉樣品中表面水分損失和一些小分子碳?xì)浠衔锏姆纸庠斐傻?50～100) ℃[21],第2失重階段屬于大蒜粉中大蒜素等活性物質(zhì)的蒸發(fā)及熱分解引起的(190～260) ℃[22],最后一個(gè)失重階段主要由大蒜中纖維素等物質(zhì)的碳化產(chǎn)生(280～350) ℃[23]。從DTG圖看,3種物理混合物的失重速率和失重溫度在前2個(gè)階段與大蒜粉一致,第3階段與其原淀粉一致,這說(shuō)明物理混合只是簡(jiǎn)單的疊加,無(wú)相互作用。CS-A的熱重曲線(曲線a2)幾乎與物理混合物重合,玉米淀粉與大蒜素的相互作用較弱;PS-A(曲線b2)熱分解的第2階段溫度范圍為225～270 ℃,失重速率在250 ℃左右達(dá)到峰值,高于大蒜粉和相應(yīng)的物理混合物15 ℃;HAMS-A(曲線c2)在此階段,失重速率達(dá)到最高時(shí)的溫度比大蒜粉和其物理混合物高30 ℃。包合物與大蒜粉相比熱穩(wěn)定性提高了,這說(shuō)明通過(guò)高速剪切混合法制備淀粉和大蒜素復(fù)合物,可以提高大蒜中大蒜素的穩(wěn)定性,3種淀粉對(duì)大蒜中大蒜素穩(wěn)定作用強(qiáng)弱次序?yàn)镠AMS>PS>CS。

圖6 原淀粉、大蒜粉、物理混合物和淀粉-大蒜素包合物的TGA曲線Fig.6 TGA curves of raw starch,garlic powder,physical mixture and starch allicin inclusion complex注:A圖:a0,CS;a1,CS和GP物理混合物;a2,CS-A。B圖:b0,PS;b1,PS和GP物理混合物;b2,PS-A。C圖:c0,HAMS;c1,HAMS和GP物理混合物;c2,HAMS-A。d,GP。

2.3 淀粉-大蒜素包合物的抑菌性能分析

大蒜粉、淀粉對(duì)照和3種淀粉-大蒜素包合物對(duì)4種細(xì)菌的抑菌活性評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1中可知,淀粉對(duì)照對(duì)所有供試菌均無(wú)抑菌活性。而大蒜粉對(duì)于4種供試細(xì)菌顯示出較強(qiáng)的抑菌活性,其抑菌活性大小次序?yàn)?枯草芽孢桿菌>金黃色葡萄球菌>沙門氏菌>大腸桿菌。文獻(xiàn)報(bào)道,大蒜中主要的抑菌活性物質(zhì)是大蒜素[24],它可以對(duì)多種巰基依賴性酶系統(tǒng)產(chǎn)生抑制效應(yīng),致使細(xì)菌內(nèi)一些與生命活動(dòng)相關(guān)的酶失去活性而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖[25]。從表1可知,3種包合物CS-A、PS-A、HAMS-A對(duì)所有細(xì)菌都具有抑菌活性,其抑菌活性強(qiáng)度基本沒(méi)有因?yàn)榧尤氲矸酆笙♂屃舜笏庵写笏馑囟鴮?dǎo)致其抑菌活性降低。對(duì)于同一種受試菌,3種包合物抑菌效應(yīng)大小次序?yàn)镠AMS-A>PS-A>CS-A,這與包合物中大蒜素含量有明顯相關(guān)性。大蒜素穩(wěn)定性較差,在儲(chǔ)藏或應(yīng)用的過(guò)程中容易發(fā)生質(zhì)量損失,根據(jù)前面的分析結(jié)果,淀粉與大蒜素所形成的包合物比大蒜粉具有更好的穩(wěn)定性,因此抑菌活性較好。

表1 大蒜粉和淀粉-大蒜素包合物對(duì)供試菌的抑菌活性Table 1 Antibacterial activities of garlic powder(GP)and starch-allicin complexes against tested strains

3 結(jié)論

采用高速剪切混合處理法探討了CS、PS和HAMS分別與大蒜中大蒜素形成包合物的特異性。結(jié)果發(fā)現(xiàn),淀粉-大蒜素包含物中直鏈淀粉含量是影響淀粉對(duì)大蒜中大蒜素包合作用的主要因素,其次,淀粉的種類也影響了淀粉與大蒜中大蒜素的包結(jié)絡(luò)合。HAMS是3種淀粉中較為理想的包合大蒜素的材料。碘結(jié)合能力分析發(fā)現(xiàn),3種淀粉與大蒜中的大蒜素均能形成包合物。通過(guò)掃描電鏡、X射線衍射和熱重分析發(fā)現(xiàn),淀粉與大蒜通過(guò)高速剪切混合處理后,淀粉的顆粒發(fā)生溶脹和變形;淀粉的結(jié)晶度降低,但未形成V型結(jié)晶結(jié)構(gòu);形成包合物后提高了大蒜素的穩(wěn)定性。通過(guò)抑菌活性評(píng)價(jià)說(shuō)明,淀粉-大蒜素包合物對(duì)供試菌均具有良好的抑菌活性。高速剪切混合處理法是一種較好的包埋風(fēng)味物質(zhì)并使其微膠囊化的方法,這種方法操作簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)環(huán)保,未引入有毒有害試劑,是一種較好的包埋風(fēng)味物質(zhì)并使其微膠囊化的方法,對(duì)大蒜中大蒜素的高效利用具有指導(dǎo)意義。