一种功能性玉米粉及其高效制备方法和应用

1.本发明属于功能性食品加工领域，具体涉及一种功能性玉米粉及其高效制备方法和应用。

背景技术：

2.随着人们膳食结构的多元化，以及由于主食精细化和大量食肉等不合理的饮食结构所带来的高血压、肥胖症、心血管病等越来越多，对玉米等粗粮食品的需求越来越广泛。玉米是世界第一大粮食作物，在全球都有广泛的种植，2021年我国玉米年产量高达2.7亿吨，是全球第二大玉米生产国。玉米具有很高的营养价值和药用价值，含有约70％的淀粉和8％-14％的蛋白质，富含维生素、类胡萝卜素和膳食纤维等营养成分，具有美容、明目、预防冠心病和高血压等作用。玉米中蛋白质基质是由谷蛋白中不同蛋白质亚基通过二硫键结合成的大而复杂的蛋白质分子，醇溶蛋白存在于谷蛋白基质中的球状体中，淀粉颗粒包埋于谷蛋白基质内。由于玉米粉中淀粉与蛋白质独特的结合方式，在食品熟制过程中限制了淀粉糊化，因此影响了玉米食品的加工和食用品质，不利于玉米用作食品原料的开发和利用。
3.在玉米食品产品开发中，研磨制粉是玉米籽粒进行食品精深加工的基础，也是至关重要的前处理环节。目前，玉米制粉方式主要有干法、半干法和湿法3种方式，不同的加工方式对其加工效果具有重要影响。干法制备的玉米粉具有良好的吸水特性，但加工品质较差、口感粗糙、易老化；采用湿法制备的玉米粉中损伤淀粉更少，加工特性和食用品质更佳；而半干法制备的玉米粉品质则介于干法和湿法之间。然而，玉米湿法制粉所需的加工时间长，通常需要浸泡36-48h左右，严重降低了制粉效率，增加了生产成本。
4.目前，玉米浸泡工艺具有包括发酵法、酶法和超声法。发酵法浸泡工艺条件和过程较为复杂，在生产中不易控制，因此该法并未广泛用于玉米制粉生产工业。酶法浸泡工艺缩短了浸泡时间，减轻了环境污染，提高了生产效率。国内外采用的蛋白酶主要有酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶等。此外，为打破玉米籽粒中的细胞壁结构，还应用使用破壁酶，如纤维素酶、果胶酶和木聚糖酶等。浸泡方式有酸和酶的混合浸泡、破壁酶与蛋白酶分步浸泡、破壁酶与蛋白酶复配后同步浸泡、几种蛋白酶复配后同步浸泡等。超声辅助技术已经成为生产绿、经济的可替代食品和天然产品的常规技术。超声空化作用缩短了浸泡时间，使玉米中的蛋白质与淀粉分离，导致玉米粉在加工过程中淀粉能够充分糊化，蛋白质能够形成良好的网络结构，从而改善了玉米粉的加工特性，但在湿法浸泡过程中，玉米中部分生物活性成分会随着浸泡水流失，降低了玉米粉的功能特性。

技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有湿法制粉工艺效率低、活性成分流失严重的技术问题，而提供了一种功能性玉米粉及其高效制备方法和应用。
6.本发明的目的之一在于提供一种功能性玉米粉的高效制备方法，所述方法按以下步骤进行：
7.步骤1：将玉米籽粒加水进行微波蒸煮，然后低速研磨，得到混合液；
8.步骤2：调节混合液ph值至5，然后加入纤维素酶进行酶解，得到酶解液；
9.步骤3：将酶解液ph值调节至9，然后加入碱性蛋白酶和槲皮素，在超声辅助下浸泡，然后过滤、沥干，得到改性玉米颗粒；
10.步骤4：将原花青素溶解于水，得到原花青素溶液，然后将其喷洒在改性玉米颗粒表面，并进行机械混合，当改性玉米颗粒水含量达到35-40％时调节ph值至中性，然后进行高速研磨，真空干燥后，得到功能性玉米粉。
11.进一步限定，步骤1中料液比为1：3。
12.进一步限定，步骤1中微波蒸煮的功率为400-600w，时间为6-10min。
13.进一步限定，步骤1中低速研磨的转速为2500-3000rpm。
14.进一步限定，步骤2中纤维素酶添加量为混合液质量的0.5-1.5％。
15.进一步限定，步骤2中酶解的温度为40-60℃，时间为50-70min。
16.进一步限定，步骤3中碱性蛋白酶添加量为酶解液质量的1-3％。
17.进一步限定，步骤3酶解液中槲皮素浓度为2-4mg/ml。
18.进一步限定，步骤3中超声功率为100-300w。
19.进一步限定，步骤3浸泡温度为50-70℃，时间为3-5h。
20.进一步限定，步骤3中浸泡后过滤得到的滤液回流至酶解液中循环利用。
21.进一步限定，步骤4中原花青素溶液浓度为4-6mg/ml。
22.进一步限定，步骤4中高速研磨的转速为16000-17000rpm。
23.进一步限定，步骤4中真空干燥的真空度为0.04-0.08mpa，温度为60-70℃。
24.本发明的目的之二在于提供一种按上述方法制得的功能性玉米粉。
25.本发明的目的之三在于提供一种按上述方法制得的功能性玉米粉的应用，它用于制备功能性玉米食品。
26.本发明与现有技术相比具有的显著效果：
27.本发明通过多种技术的合理组合与衔接联合制备玉米粉，制备的玉米粉不仅富含槲皮素和原花青素两种多酚类生物活性成分，优化的制备工艺还改善了活性成分的化学稳定性和生物可及性，同时该玉米粉具有良好的糊化和抗老化特性，具体优点如下：
28.1)本发明通过多种技术的合理组合与衔接联合制备玉米粉，先将玉米籽粒进行微波蒸煮使其快速吸水，导致玉米皮层软化并发生部分破坏，淀粉发生预糊化，蛋白质发生部分变性，从而有利于后续纤维素酶的酶解，使玉米皮层中的纤维得到进一步降解，将部分不溶性膳食纤维转化为可溶性膳食纤维，利于后续浸泡处理。
29.2)本发明将酶解液ph调至碱性，依次添加碱性蛋白酶和槲皮素后，在超声空化辅助下进行蛋白酶湿法浸泡，超声空化有效打断了淀粉与蛋白质之间的作用力，破坏了淀粉-蛋白质复合结构，极大的促进了淀粉与蛋白质的分离，缩短了浸泡时间，提高了浸泡效率，此外，在碱性条件下加入槲皮素促使其分别与玉米中的淀粉和蛋白质通过相互作用形成非共价和共价复合物，极大的改善玉米粉的功能性，可为新型功能性玉米食品的开发提供原料来源保障。并且浸泡液还能够循环利用，用于下一批次的玉米浸泡，不仅节省了水和酶的消耗、节省了蛋白酶和槲皮素的用量，还减少了玉米中营养物质的流失，同时保证了玉米浸泡效率和浸泡效果。极大的降低了成本，同时实现了绿、环保的可持续生产。
30.3)本发明以原花青素水溶液调节沥干的改性玉米颗粒的水分，然后采用半干法制粉，避免了干法制粉品质差和湿法制粉耗时长等工艺的不足，在高效制粉的同时保证玉米粉良好的加工品质，再通过真空干燥促进淀粉-多酚复合物的形成，从而提高了抗性淀粉含量。
31.4)本发明的方法将传统湿法制粉工艺的浸泡时间由36h缩短至5-6h，显著提高了玉米制粉效率，具有绿安全、生产时间短及产品附加值高等特点，制备的玉米粉富含槲皮素和原花青素两种多酚类生物活性成分，提高了玉米粉的抗性淀粉含量和抗氧化活性，玉米中淀粉和蛋白质与槲皮素和原花青素形成的复合物改善了活性成分的化学稳定性和生物可及性，同时该玉米粉具有良好的糊化和抗老化特性，可应用于功能性玉米食品的研发。
附图说明
32.图1为实施例1-3以及对比例1-3制得的功能性玉米粉中淀粉-多酚复合率柱形图；
33.图2为实施例1-3以及对比例1-3制得的功能性玉米粉中淀粉-多酚复合物的红外光谱图；
34.图3为实施例1-3以及对比例1-3制得的功能性玉米粉中蛋白质-多酚复合物的游离氨基和游离巯基含量柱形图；
35.图4为实施例1-3以及对比例1-3制得的功能性玉米粉中蛋白质-多酚复合物的十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳图；
36.图5为实施例1-3以及对比例1-3制得的功能性玉米粉消化后抗性淀粉含量和抗氧化活性柱形图；
37.图6为实施例1-3以及对比例1-3制得的功能性玉米粉消化后活性成分生物可及性柱形图；
38.图7为实施例1-3以及对比例1-3制得的功能性玉米粉中活性成分在65℃热处理条件下的化学稳定性柱形图；
39.图8为实施例1-3以及对比例1-3制得的功能性玉米粉中活性成分在85℃热处理条件下的化学稳定性柱形图；
40.图9为实施例1-3以及对比例1-3制得的功能性玉米粉中活性成分在100℃热处理条件下的化学稳定性柱形图。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
42.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
43.下述实施例中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所
固有的要素。
44.当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。在本技术说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
45.本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。
46.实施例1：本实施例的一种功能性玉米粉的高效制备方法按以下步骤进行：
47.步骤1：将玉米籽粒加水(料液比为1:3)在500w下微波蒸煮8min，然后2800rpm下研磨20s，得到混合液；
48.步骤2：调节混合液ph值至5，然后加入占混合液质量1％的纤维素酶，在50℃下酶解60min，得到酶解液；
49.步骤3：将酶解液ph值调节至9，然后加入占酶解液质量2％的碱性蛋白酶和槲皮素，酶解液中槲皮素浓度为3mg/ml，在200w超声辅助和60℃下浸泡4h，然后过滤，所得滤液回流至酶解液中循环利用，所得沉淀物沥干，得到改性玉米颗粒；
50.步骤4：将原花青素溶解于水，得到浓度为5mg/ml的原花青素溶液，然后将其喷洒在改性玉米颗粒表面，并进行机械混合，当改性玉米颗粒水含量达到38％时调节ph值至中性，然后在16800rpm下进行高速研磨，再在真空度为0.06mpa、温度为65℃的条件下对湿玉米粉进行真空干燥，干燥后过100目筛，得到功能性玉米粉，经测定，所得玉米粉中槲皮素含量为9mg/g，原花青素含量为5mg/g。
51.实施例2：本实施例的一种功能性玉米粉的高效制备方法按以下步骤进行：
52.步骤1：将玉米籽粒加水(料液比为1:3)在450w下微波蒸煮9min，然后2800rpm下研磨20s，得到混合液；
53.步骤2：调节混合液ph值至5，然后加入占混合液质量0.5％的纤维素酶，在55℃下酶解65min，得到酶解液；
54.步骤3：将酶解液ph值调节至9，然后加入占酶解液质量1.5％的碱性蛋白酶和槲皮素，酶解液中槲皮素浓度为2.5mg/ml，在250w超声辅助和65℃下浸泡3.5h，然后过滤，所得滤液回流至酶解液中循环利用，所得沉淀物沥干，得到改性玉米颗粒；
55.步骤4：将原花青素溶解于水，得到浓度为5.5mg/ml的原花青素溶液，然后将其喷洒在改性玉米颗粒表面，并进行机械混合，当改性玉米颗粒水含量达到38％时调节ph值至中性，然后在16800rpm下进行高速研磨，再在真空度为0.05mpa、温度为70℃的条件下对湿玉米粉进行真空干燥，干燥后过100目筛，得到功能性玉米粉，经测定，所得玉米粉中槲皮素含量为7.2mg/g，原花青素含量为5.5mg/g。
56.实施例3：本实施例的一种功能性玉米粉的高效制备方法按以下步骤进行：
57.步骤1：将玉米籽粒加水(料液比为1:3)在550w下微波蒸煮7min，然后2800rpm下研
磨20s，得到混合液；
58.步骤2：调节混合液ph值至5，然后加入占混合液质量1.5％的纤维素酶，在50℃下酶解55min，得到酶解液；
59.步骤3：将酶解液ph值调节至9，然后加入占酶解液质量2.5％的碱性蛋白酶和槲皮素，酶解液中槲皮素浓度为3.5mg/ml，在150w超声辅助和55℃下浸泡4.5h，然后过滤，所得滤液回流至酶解液中循环利用，所得沉淀物沥干，得到改性玉米颗粒；
60.步骤4：将原花青素溶解于水，得到浓度为4.5mg/ml的原花青素溶液，然后将其喷洒在改性玉米颗粒表面，并进行机械混合，当改性玉米颗粒水含量达到38％时调节ph值至中性，然后在16800rpm下进行高速研磨，再在真空度为0.07mpa、温度为60℃的条件下对湿玉米粉进行真空干燥，干燥后过100目筛，得到功能性玉米粉，经测定，所得玉米粉中槲皮素含量为8.4mg/g，原花青素含量为4.5mg/g。
61.对比例1：采用干法制备玉米粉。具体过程为：使用高效脱皮制粉机对经过筛选的玉米籽粒进行脱皮和脱胚处理制得玉米糁，添加槲皮素和原花青素，再于高速万能粉碎机中进行粉碎得到玉米粉并过100目筛，干法玉米粉中槲皮素和原花青素最终含量分别为9mg/g和5mg/g。
62.对比例2：采用半干法制备玉米粉。具体过程为：使用高效脱皮制粉机对经过筛选的玉米籽粒进行脱皮和脱胚处理制得玉米糁，在玉米糁中添加含有槲皮素和原花青素的蒸馏水，将玉米糁的水分调节至38％，然后于高速万能粉碎机中进行粉碎得到玉米粉，放入干燥箱中在40℃条件下烘干后过100目筛，半干法玉米粉中槲皮素和原花青素最终含量分别为9mg/g和5mg/g。
63.对比例3：采用湿法制备玉米粉。具体过程为：将经过筛选的玉米籽粒放入烧杯中并加入蒸馏水，玉米与蒸馏水的质量比为1:3，然后添加槲皮素和原花青素，浸泡36h后放入胶体磨中进行研磨，将研磨后所得的玉米浆进行过滤以去除大部分水分得到湿玉米粉，放入干燥箱中在40℃条件下烘干后过100目筛，湿法玉米粉中槲皮素和原花青素最终含量分别为9mg/g和5mg/g。
64.检测试验：
65.(一)试验方法
66.1.玉米淀粉-多酚复合率测定
67.以料液比1:10的比例将添加多酚的玉米粉与水混合，然后添加1％的中性蛋白酶进行酶解1h以除去蛋白质，离心后取淀粉沉淀。然后将淀粉沉淀配成10％的分散液，95℃加热10min使其糊化，取1ml糊化样品加入5ml蒸馏水，涡旋2min并以4000rpm离心15min。取500μl上清液加入到15ml蒸馏水和2ml碘溶液中，试管翻转约10次。用分光光度计在620nm处测定溶液的吸光值。未添加多酚的玉米粉吸光度作为空白样。淀粉-多酚复合率由以下公式计算：
[0068][0069]
式中：ci为复合率；a0为未添加多酚的玉米粉吸光度；a1为添加多酚的玉米粉吸光度。
[0070]
2.玉米淀粉-多酚复合物的红外光谱测定
[0071]
采用红外光谱仪测定并分析玉米粉中淀粉-多酚复合物的结构和官能团的变化。以料液比1:10的比例将功能性玉米粉与水混合，然后添加1％的中性蛋白酶进行酶解1h以除去蛋白质，离心后取淀粉沉淀、冻干。将冻干样品与溴化钾混合研磨，压制成小圆片。波数扫描范围为500～4000cm-1
，扫描过程中的分辨率为4cm-1
，并以空气作为背景扫描，最终得到红外光谱曲线图。
[0072]
3.玉米蛋白-多酚复合物的游离氨基和游离巯基测定
[0073]
以料液比1:10的比例将功能性玉米粉与水混合，然后添加1％的α-淀粉酶进行酶解2h以除去淀粉，离心后取蛋白质沉淀、冻干，对冻干样品进行游离氨基和游离巯基测定。
[0074]
采用邻苯二甲醛法(opa)测定游离氨基含量。将80mg的opa溶解在2ml 95％的乙醇中，并与50ml 10mm的四硼酸钠缓冲液(ph 9.7)、5ml 20％(w/w)的sds以及200μl的β-巯基乙醇混合，充分混匀后用蒸馏水稀释至100ml配成opa试剂。将200μl的样品溶液(2mg/ml)与4ml的opa试剂在室温下反应5min，然后采用紫外可见分光光度计测定340nm处的吸光度(a
340
)，以蒸馏水替代样品作为空白样，根据a
340
分析其游离氨基含量。
[0075]
采用ellman试剂法测定游离巯基含量。用tris-gly缓冲液(0.086mol/ltris、0.09mol/l甘氨酸、0.04mol/l edta、8mol/l尿素，ph 8)配制质量浓度为4mg/ml的dtnb溶液，即ellman试剂。将15mg样品溶于5ml tris-甘氨酸缓冲液，加入50μl的ellman试剂，在25℃条件下保温反应1h，5,000
×
g离心10min，取上清液在412nm处测定吸光度(a
412
)，以等量蒸馏水替代样品作为空白对照，根据a
412
分析其游离巯基含量。
[0076]
4.玉米蛋白-多酚复合物的十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sds-page)测定
[0077]
以料液比1:10的比例将功能性玉米粉与水混合，然后添加1％的α-淀粉酶进行酶解2h以除去淀粉，离心后取蛋白质沉淀、冻干。分离胶和浓缩胶的浓度分别为12％和4％，样品蛋白浓度为2mg/ml。样品溶解在缓冲液中(ph 6.80.5m tris-hcl和甘油、sds、β-巯基乙醇和溴苯酚)，然后95℃加热5min，加样量15ul。电泳结束后，采用考马斯亮蓝r250对蛋白质进行染。sds-page凝胶电泳图采用image lab software 3.0软件分析。
[0078]
5.体外消化实验
[0079]
将500mg玉米粉样品浸泡在50ml含0.1％胃蛋白酶的模拟胃液(2gnacl和7ml37％hcl溶于1000ml蒸馏水中，调节ph为1.2)中。然后将混合物以100rpm在37℃下恒温振荡2h模拟胃消化。随后，将胃消化后的样品转移到含有1％胰酶、0.5％淀粉葡糖苷酶和0.5％胆盐的模拟肠液(6.8g kh2po4溶于250ml蒸馏水中，与190ml 0.2m naoh混合，用蒸馏水定容至1000ml，调节ph为7.5)中，在相同的条件下再振荡4h模拟肠消化。将样品置于冰浴中30min来终止消化反应。
[0080]
6.抗性淀粉含量测定
[0081]
淀粉消化后根据其生物可利用性被分为三类：快速消化淀粉(rds)是指在20min内能在小肠内被迅速消化吸收的淀粉；慢消化淀粉(sds)指在20-120min内能在小肠被完全吸收但吸收速度比较慢的淀粉；抗性淀粉(rs)是指120min内未被人体小肠消化吸收的淀粉。葡萄糖的含量(fg)采用dns法测定。计算公式如下：
[0082]
[0083][0084][0085]
式中：fg为酶解前所含的游离葡萄糖量(mg)；g
20
为酶水解20min时葡萄糖含量(mg)；g
120
为酶水解120min时葡萄糖含量(mg)；ts为体系总淀粉含量(mg)。
[0086]
7.体外抗氧化活性测定
[0087]
采用dpph自由基清除能力来评价玉米粉样品消化后的抗氧化活性。在模拟胃肠消化结束后收集样品，将1.0ml 0.5mg/ml样品与2.0ml 0.2mm dpph-乙醇溶液混合，避光反应30min，反应后在517nm处测定吸光度。以dpph蒸馏水溶液为空白。dpph自由基清除能力计算如下：
[0088][0089]
8.活性成分生物可及性测定
[0090]
在玉米粉样品模拟胃肠消化结束后，在4℃下4000g离心40min。收集的上清液代表肠液的“混合胶束”部分，其中包含生物可利用的活性成分。用无水乙醇提取混合胶束中的槲皮素和原花青素，涡旋后4000g离心20min。然后采用紫外分光光度计分别在波长373nm和546nm处测定上清液的吸光度，带入标准曲线获得槲皮素和原花青素的含量，用于计算模拟胃肠消化后活性成分的生物可及性。生物可及性以胶束中活性成分含量与模拟消化前样品中活性成分含量的比值表示。
[0091]
9.活性成分化学稳定性测定
[0092]
将功能性玉米粉样品分别置于65、85和100℃水浴中加热处理2h，然后分别测定不同温度热处理后玉米粉中槲皮素和原花青素的含量。以热处理后样品中活性成分含量与热处理前样品中初始活性成分含量的比值表示活性成分的保留率。
[0093]
10.玉米粉糊化特性测定
[0094]
将3.5g玉米粉样品和25ml蒸馏水加入到快速粘度分析仪(rva)的铝盒中，先校准旋转桨，然后将样品与水用旋转桨充分搅拌后，安装在rva测定仪上测试。样品在50℃下保持1min，然后以4℃/min的速度升温至95℃，在95℃保持5min，再以相同的速率降至50℃并保持5min，形成玉米糊并分析样品的糊化特性。
[0095]
11.玉米粉老化特性测定
[0096]
将糊化后的玉米粉样品置于小型培养皿中，用保鲜膜封口，4℃下冷藏放置7天使样品形成凝胶，将成胶后的样品进行质构的测试。选择tpa测定模式，采用圆柱形金属探头p/0.5。测试条件：测前速率1.0mm/s，测试速率2.0mm/s，测后速率2.0mm/s，测试距离10.0mm，压缩程度为40％，两次压缩间隔为2s，触发力为5g，分析样品的老化硬度(g)。
[0097]
(二)结果与分析
[0098]
1.玉米淀粉-多酚复合物表征
[0099]
淀粉-多酚复合率是指淀粉与多酚的复合程度。图1为功能性玉米粉中淀粉-多酚复合率柱形图。对比例1玉米粉中淀粉-多酚复合率非常低，由于干法制粉没有水的参与，淀粉与多酚无法有效接触，导致复合率较低。对比例2和对比例3玉米粉逐渐增加了淀粉-多酚
复合率，这可能与水的参与及较长的反应时间有关。与3个对比例相比，3个实施例玉米粉显著增加了淀粉-多酚复合率，且实施例1具有最大的淀粉-多酚复合率，这极大的促进了淀粉与多酚的相互作用和结合。
[0100]
红外吸收光谱形成的本质是转动-振动能级跃迁，可根据分子的振动情况测定分子的吸收峰以及峰的强度和位置。图2为功能性玉米粉中淀粉-多酚复合物的红外光谱图。所有样品都在3000-3500cm-1
之间存在着宽带，这是由于氢键基团(o-h)的拉伸振动和吸收造成的。2927cm-1
处的峰是由于ch2的反对称伸缩振动造成的，1649cm-1
处的谱带归因于coo-伸缩振动。除此之外，500-1800cm-1
处有许多的吸收峰的存在，这大多是由一些双键碳、酯键和醚键振动引起的。对比例1-3玉米粉中淀粉-多酚复合物的所有吸收峰强度较低，而实施例1-3显著增加了淀粉-多酚复合物的红外光谱吸收峰强度，尤其是实施例1的淀粉-多酚复合物吸收峰最强。值得注意的是，在波长为3000-3500cm-1
范围内的吸收峰变得更宽，且峰强度更大，这说明淀粉通过氢键与多酚发生非共价结合。实施例1的淀粉-多酚复合物在波长为576、930、1020和1155cm-1
处具有更强吸收峰，说明淀粉与多酚发生更强的相互作用导致淀粉结构发生改变。此外，淀粉与多酚的复合并没有产生新的吸收峰，表明没有形成新的共价键。因此，功能性玉米粉中淀粉与多酚通过非共价相互作用形成非共价复合物。
[0101]
2.玉米蛋白-多酚复合物表征
[0102]
在有氧的碱性条件下，多酚易被氧化形成醌，当与蛋白质接触时，易受蛋白质上亲核基团(氨基和巯基等)的攻击而发生进一步共价复合反应，这会导致蛋白质的游离氨基和游离巯基含量的降低。图3为功能性玉米粉中蛋白质-多酚复合物的游离氨基和游离巯基含量柱形图。3个对比例玉米粉中蛋白质-多酚复合物具有较高的游离氨基和游离巯基。由于湿法制粉工艺使玉米蛋白和多酚在水体系中接触面积增加，加快了复合反应速率，导致对比例3制备的玉米粉显著降低了蛋白质-多酚复合物的游离氨基和游离巯基。与对比例1-3相比，实施例1-3进一步降低了蛋白质-多酚复合物的游离氨基和游离巯基。测定游离氨基时使用了sds，其可以破坏非共价键，因此游离氨基的降低证明了蛋白质与多酚发生了共价结合；测定游离巯基时使用了可以抑制巯基转化为二硫键的8mol/l尿素，因此游离巯基的降低也证明了多酚与蛋白质的游离巯基发生了共价结合。多酚氧化形成的醌不仅能与游离氨基基团反应形成c-n共价键，也能与半胱氨酸的巯基基团反应形成c-s共价键。此外，实施例1玉米粉中蛋白质-多酚复合物具有最低的游离氨基和游离巯基，表明实施例1玉米粉中形成了更多的蛋白质-多酚共价键。
[0103]
通过sds-page能够验证蛋白质与多酚之间的共价结合情况。图4为功能性玉米粉中蛋白质-多酚复合物的sds-page图。marker为标准蛋白分子量，蛋白质分子在电泳中的移动距离主要由蛋白质的相对分子质量决定。所有样品玉米粉的蛋白质-多酚复合物在大于140kda处出现高分子量聚集体。由于sds-page电泳中采用含sds和β-巯基乙醇的上样缓冲溶液来断开蛋白质-多酚复合物中的非共价相互作用和共价二硫键，因此该高分子量聚集体条带的存在说明蛋白质与多酚之间形成了c-n和/或c-s共价键，进而产生蛋白质-多酚共价复合物。对比例1-3玉米粉中蛋白质-多酚复合物出现微弱的高分子量条带，而实施例1-3的高分子量聚集体条带颜更深，说明实施例制备的玉米粉有效增加了蛋白质与多酚之间的共价键。此外，实施例1玉米粉中蛋白质-多酚复合物的高分子量条带颜最深，表明蛋白质与多酚之间的共价键最多，二者的共价结合最明显，形成了更稳定的蛋白质-多酚共价复
合物，这对多酚稳定性和生物可及性的提高以及抗氧化活性的保护具有积极作用。
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3.抗性淀粉含量、抗氧化活性和活性成分生物可及性
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图5为功能性玉米粉消化后抗性淀粉含量和抗氧化活性柱形图，图6为功能性玉米粉消化后活性成分生物可及性柱形图。
[0106]
由图5可以看出，3个对比例玉米粉的抗性淀粉含量相对较低，而3个实施例玉米粉的抗性淀粉含量显著增加，且实施例1具有最高的抗性淀粉含量。抗性淀粉具有降血糖、预防结肠癌和肥胖等多种生理功能，对于调节血糖血脂和消化功能具有重要作用。此外，所有实施例玉米粉的dpph自由基清除能力均显著高于所有对比例，尤其实施例1具有最高的dpph自由基清除能力，表现出最强的抗氧化活性。
[0107]
由图6可以看出，对比例中槲皮素和原花青素具有较低的生物可及性，均在35％以下，且原花青素比槲皮素的生物可及性更高。与对比例相比，无论是槲皮素还是原花青素，所有实施例均提高了活性成分的生物可及性，且实施例1具有最高的生物可及性，这可能与其改善了活性成分的化学稳定性有关。更高的生物可及性会导致更高的生物利用率，表明机体对营养物质或活性成分具有更高的吸收效率。此外，所有实施例改变了活性成分的生物利用的方式，由较高的原花青素生物可及性转变为较高的槲皮素生物可及性，导致价格较贵的槲皮素(200元/g)比价格相对低廉的原花青素(150元/g)更易于机体吸收，可有效提高产品的附加值。因此，本发明制备的玉米粉具有更高抗性淀粉含量、更强抗氧化活性和更高生物可及性，可应用于淀粉基功能性食品的开发。
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4.活性成分化学稳定性
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图7-9为功能性玉米粉中活性成分在65℃、85℃和100℃热处理条件下的化学稳定性柱形图。可以看出，在3个热处理温度条件下，所有对比例中活性成分的保留率均较低，随着热处理温度的增加，活性成分的保留率进一步降低。在65、85和100℃时对比例中槲皮素和原花青素的保留率分别为47％-53％、37％-43％和23％-34％。与对比例相比，在3个热处理温度条件下所有实施例中活性成分的保留率显著提高，分别达到78％-82％、69％-73％和58％-64％。实施例1中槲皮素和原花青素的保留率最高，表现出最好的抵抗高温的化学稳定性。由于槲皮素和原花青素分子以特定基团与玉米粉中的淀粉和蛋白质形成物理和化学相互作用，使其结构稳定性提升，在外界环境影响下降解减缓，从而提高了它们在热处理后的保留率。因此，本发明制备的功能性玉米粉能够使其中的活性成分槲皮素和原花青素在热加工过程中保持良好的化学稳定性。
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5.糊化特性和老化特性
[0111]
表1为功能性玉米粉的糊化特性参数和老化硬度。3个对比例的糊化特性存在差异，但是差异不大。与对比例1(干法玉米粉)和对比例2(半干法玉米粉)相比，对比例3(湿法玉米粉)具有更高的糊化黏度，这可能是由于湿法加工使玉米粉粒径更小，淀粉颗粒完整度更高，使玉米粉更易于糊化。然而，湿法制备玉米粉的浸泡时间太长，制粉效率较低。所有实施例的制粉工艺(5-6h)显著降低了传统湿法制粉工艺(36h)的浸泡时间，提高了玉米制粉效率。3个实施例玉米粉的糊化特性均优于对比例3，尤其是实施例1的玉米粉具有最高的糊化黏度，表现出最优的糊化特性。此外，与所有对比例相比，所有实施例玉米粉均具有更低的老化硬度，且实施例1玉米粉的老化硬度最低，表现出明显的抗老化特性。因此，本发明制备的功能性玉米粉具有良好的加工品质。
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表1功能性玉米粉的糊化特性参数和老化硬度
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同一列不同字母表示差异显著(p《0.05)。
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以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：

1.一种功能性玉米粉的高效制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：步骤1：将玉米籽粒加水进行微波蒸煮，然后低速研磨，得到混合液；步骤2：调节混合液ph值至5，然后加入纤维素酶进行酶解，得到酶解液；步骤3：将酶解液ph值调节至9，然后加入碱性蛋白酶和槲皮素，在超声辅助下浸泡，然后过滤、沥干，得到改性玉米颗粒；步骤4：将原花青素溶解于水，得到原花青素溶液，然后将其喷洒在改性玉米颗粒表面，并进行机械混合，当改性玉米颗粒水含量达到35-40％时调节ph值至中性，然后进行高速研磨，真空干燥后，得到功能性玉米粉。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中料液比为1：3，微波蒸煮的功率为400-600w，时间为6-10min，低速研磨的转速为2500-3000rpm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中纤维素酶添加量为混合液质量的0.5-1.5％，酶解的温度为40-60℃，时间为50-70min。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中碱性蛋白酶添加量为酶解液质量的1-3％，酶解液中槲皮素浓度为2-4mg/ml。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中超声功率为100-300w，浸泡温度为50-70℃，时间为3-5h。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中浸泡后过滤得到的滤液回流至酶解液中循环利用。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中原花青素溶液浓度为4-6mg/ml。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中高速研磨的转速为16000-17000rpm，真空干燥的真空度为0.04-0.08mpa，温度为60-70℃。9.权利要求1-8任一项所述的方法制得的功能性玉米粉。10.权利要求1-8任一项所述的方法制得的功能性玉米粉用于制备功能性玉米食品。

技术总结

一种功能性玉米粉及其高效制备方法和应用。本发明属于功能性食品加工领域。本发明的目的是为了解决现有湿法制粉工艺效率低、活性成分流失严重的技术问题。本发明的方法：先将玉米籽粒加水进行微波蒸煮；然后进行纤维素酶酶解；再加入碱性蛋白酶和槲皮素，在超声辅助下浸泡；接着将原花青素溶解于水，然后将其喷洒在浸泡后的玉米表面，最后真空干燥，得到功能性玉米粉。本发明通过多种技术合理组合与衔接联合制备玉米粉，有效提高了玉米制粉效率，制备的玉米粉不仅富含槲皮素和原花青素两种多酚类生物活性成分，还具有高抗性淀粉含量和抗氧化活性，优化的工艺还改善了活性成分的化学稳定性和生物可及性，同时该玉米粉具有良好的糊化和抗老化特性。的糊化和抗老化特性。的糊化和抗老化特性。