近日，Food Hydrocolloids在线发表了江南大学未来食品科学中心钟芳教授团队的研究成果“To rationalize the substitution priority of octenyl succinic group along amylopectin chain: An analysis from the change of lamellar structure”（Shang et al., Food Hydrocolloids. 2023. 139:108487）。江南大学2018级博士生尚梦珊为论文第一作者，钟芳教授为论文通讯作者。
辛烯基琥珀酸淀粉酯（简称OSA淀粉）是一种具有两亲性的改性淀粉，被广泛用作食品中的乳化剂、包封剂、脂肪替代物以及抗消化淀粉。OSA淀粉的功能性质（主要是乳化性）取决于OSA淀粉的整体取代度（DS）、分子结构以及OSA基团在淀粉分子上的取代位置。一般而言，DS越大，OSA淀粉的乳化性质越好，但在食品应用中不得超过FDA明确规定的3%OSA添加量（DS≈2%）。对于淀粉的分子结构，其分子量越小以及链长越短，则越有利于OSA淀粉乳化能力的提高，但对于乳液稳定性似乎具有不利影响。
针对OSA基团的取代位置对OSA淀粉乳化性质的影响，本课题组前期采用连续模式（CM）制备OSA淀粉，明确了OSA基团在淀粉链上的取代优先级以及随DS增加的取代模式，并提出传统批次模式（BM）下制备的OSA淀粉中OSA基团的随机和不均匀分布是导致DS相近时，其乳化活性低于CM制备的OSA淀粉的主要原因。目前，揭示OSA基团的取代位置对OSA淀粉乳化性能影响的机理仍是一个挑战，但不妨碍采用CM制备OSA淀粉是一个通过控制和规范OSA基团沿淀粉链的取代位置、提高OSA淀粉乳化能力的有效策略。
然而，在OSA与淀粉颗粒的非均相反应下，OSA基团沿淀粉链的分布为何表现出“主干链分支-分支点-分支链”的取代模式的分子水平机制尚不清楚。因而，本研究基于淀粉的层状结构与淀粉链的关系，对采用CM得到的OSA基团沿淀粉链的取代规律进行了合理化分析。
首先，本研究利用小角度X射线散射（SAXS）技术分析了CM下制备的OSA淀粉颗粒层状结构随DS增加的变化，并指出，低DS时，OSA基团优先取代在层状结构的中间区域是导致主干链分支表现出优先取代的原因，同时，该靠近结晶区域的初始取代位置使得层状结构的相对结晶度和致密性降低，从而导致DS增加时淀粉链上开始发生较多的OSA基团取代。此外，本研究利用扫描电镜（SEM）、粒度分析仪和拉曼显微镜比较了不同DS时OSA淀粉颗粒的表面形貌、粒径和整体取代基分布，从颗粒结构变化的角度合理化了OSA基团在淀粉分子上表现出的取代顺序。本研究为理解OSA基团原有的取代模式提供了有力的证据，从而为制备工艺上进行OSA淀粉的功能化设计以及在有限DS下控制OSA基团的取代位置获得性能优越的OSA改性淀粉具有特殊意义。
上述研究工作得到了国家自然科学基金(32072153)、江苏省自然科学基金(BK20210460)、食品科学与技术国家一级学科专项(JUFSTR20180204)项目的资助。
图1 颗粒态NS、OSA-CM（a）和对照淀粉（b）的相对结晶度
图2 颗粒态NS和OSA-CM的小角度X射线散射（SAXS）图谱：双对数SAXS图谱（a），一维相关函数（b），OSA基团在层状结构中可能的动态分布模型以及OSA淀粉层状结构随DS增加变化的模型（c）
图3 NS（A，a）和OSA-CM（B-F，b-f）的颗粒形态及大小
图4 NS和OSA-CM的马耳他十字
图5 NS（A，a）和OSA-CM（B-F，b-f）的显微图和拉曼成像图
（编辑：潘梦妍）
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