《Food Research International》：Non-monotonic effect of starch content on protein digestion in wheat noodles mediated by protein network structural changes
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精准调控食物基质的营养消化效率是现代食品科学的核心挑战。本研究揭示淀粉含量对小麦面条蛋白质消化率及游离氨基酸释放的非线性调控机制：当淀粉含量达74.5%时氨基酸释放达峰值124.23 mg/g，但超过该阈值后释放量下降；而蛋白质消化率在78.5%淀粉时达到峰值70.00%，之后趋于平稳。其机理涉及淀粉含量升高促进SDS溶解蛋白比例和β转角形成，增强酶解位点暴露，但超过74.5%后蛋白质发生自聚集，导致酶解受限。这一发现为优化老年人群快速氨基酸吸收型主食提供了理论依据。
张凌芳|杨淑珍|钱晓洁|李梦媛|马森|孙炳华|王晓曦
中国河南省郑州市河南工业大学小麦和玉米深加工国家工程研究中心
摘要
通过食品基质设计精确控制营养物质的消化过程仍是现代食品科学的核心挑战。本研究通过评估小麦面条中的蛋白质消化率和游离氨基酸释放情况，探讨了淀粉含量对蛋白质消化的非线性调控作用及其潜在机制。结果表明，淀粉含量与蛋白质消化率之间存在非线性关系：当淀粉含量为78.5%时，蛋白质消化率达到最大值（70.00%），之后趋于平稳。相比之下，游离氨基酸的释放量在淀粉含量为74.50%时达到最大值（124.23 mg/g），而在淀粉含量为80.50%时下降至102.00 mg/g。蛋白质消化率的提高与SDS可溶性蛋白和β-转角结构的比例增加有关，同时也意味着酶水解位点（尤其是色氨酸和酪氨酸残基）的暴露度增加。然而，当淀粉含量超过74.50%时，蛋白质倾向于形成埋藏的二硫键构象（g-g-g结构增加），结合CLSM成像结果和蛋白质宽度的变化，表明可能形成了蛋白质聚集体。这种结构重组限制了酶对蛋白质水解位点的接触，从而解释了尽管蛋白质消化率保持较高但最终氨基酸释放量减少的现象。因此，适中的淀粉含量（74.50%）可以通过防止蛋白质过度聚集来最大化氨基酸的释放。这一发现为根据特定营养需求设计主食提供了实际指导，例如促进老年人的快速氨基酸吸收。
引言
随着全球人口超过80亿，粮食安全面临前所未有的挑战（Bessada等人，2019年），这凸显了主食作为膳食能量和营养主要来源的营养效率的重要性。根据2024年《全球粮食危机报告》，2023年全球约有2.8亿人面临急性粮食不安全问题，这凸显了优化主食营养质量的迫切需求（Programme，2024年）。因此，这些主食的营养效率，特别是其蛋白质的消化率，是实现可持续粮食安全的关键因素。
小麦面条由小麦制成，小麦提供了全球20%的膳食蛋白质和30%的热量，是数十亿人负担得起的淀粉和蛋白质来源（Cetiner & Koksel，2024年）。研究表明，淀粉含量对蛋白质的网络结构和聚集行为具有双重影响，最终决定了最终产品的质量（Shang等人，2023年；Shen等人，2023年）。随着淀粉含量的增加，其作用从“填充效应”转变为“稀释效应”（Yang等人，2024年）。然而，这种结构变化对蛋白质消化率的功能影响仍不完全清楚。
鉴于小麦蛋白是全球大量人群的主要膳食来源，尤其是经济欠发达地区的人群，这一知识空白尤为重要。全球范围内，小麦贡献了人类总膳食蛋白质的约20%（Shewry，2024年）。值得注意的是，小麦的人均每日蛋白质供应量（16.25 g/人/天）几乎是大米（9.95 g/人/天）的两倍（Shewry，2024年）。在中东、南亚、拉丁美洲和北非地区，这一比例更高。因此，提高小麦的蛋白质消化率对于改善全球营养状况至关重要。蛋白质消化率反映了其营养转化效率，主要受面条中淀粉-蛋白质相互作用的影响（Wen等人，2019年），其中淀粉含量是决定蛋白质聚集状态和空间构象的关键因素。简化模型表明，增加淀粉含量可以促进蛋白质消化（Kuang等人，2023年；W. Wen等人，2019年）。然而，淀粉在复杂的小麦面条食品基质中对蛋白质消化率的影响仍不够明确。具体来说，淀粉含量如何调节加工过程中的蛋白质聚集和结构变化，以及这些变化如何最终影响消化结果，尚未得到系统研究（Capuano & Janssen，2021年）。此外，现有研究往往仅关注最终蛋白质消化率，而忽略了直接决定蛋白质生物可利用性的游离氨基酸释放（Lorieau等人，2018年）。此外，由于淀粉对蛋白质网络和食品基质的双重修饰作用，其对蛋白质消化的双相影响可能被忽视。因此，我们假设小麦面条中的蛋白质消化率与淀粉含量之间存在非单调关系，最佳淀粉含量能够产生最高值。为此，我们通过将提取的小麦淀粉与小麦粉按不同比例混合，建立了一个受控模型系统。这些基本见解旨在为优化面粉加工过程提供实用指导（例如，通过混合不同淀粉含量的胚乳部分），而不是依赖外部添加淀粉（Tosi等人，2018年）。
本研究旨在通过评估蛋白质溶解度和游离氨基酸释放情况，以及综合分析蛋白质聚集动态和构象变化，揭示淀粉含量调节小麦面条中蛋白质消化的机制。这些见解将有助于开发具有增强蛋白质消化率的功能性面条，直接为实现可持续发展目标2（零饥饿）和目标3（良好健康与福祉）做出贡献，并可能为需要快速氨基酸释放的老年人提供饮食指导（Walrand等人，2016年）。
材料
Tris-HCl、溴酚蓝、磺osalicylic酸、十二烷基硫酸钠、氯化钙、硫酸镁、氯化钠、硼酸、磷酸钠、二硫苏糖醇（DTT）、甲基红和SDS-PAGE试剂盒均购自Solarbio（北京，中国）。精制小麦粉由河南宛津卢华公司提供。胃蛋白酶（3100 U/mg）、牛胆盐和胰酶（胰蛋白酶139 U/mg；淀粉酶活性153 U/mg）来自上海Aladdin生化技术有限公司。
蛋白质消化率
蛋白质消化率是指蛋白质分解为人体可吸收的小分子（肽/氨基酸）的效率。如图1A所示，不同淀粉含量的面条在蛋白质消化率上存在显著差异。体外蛋白质消化率受淀粉含量的显著影响（p < 0.05），但并非呈线性关系。淀粉含量≥76.5%的样品属于高消化率组（范围为67.72%至70.00%）。
结论
小麦面条的蛋白质消化率从根本上受到淀粉含量的影响，淀粉含量通过其双重功能作用对氨基酸释放产生非线性影响。在74.5%的适中含量下，淀粉作为网络破坏剂，通过减少蛋白质交联和增加低分子量蛋白质的比例，从而提高酶的接触性和水解效率。而在过高的淀粉含量下，这种效果会减弱。
CRediT作者贡献声明
张凌芳：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，软件使用，方法学设计，实验设计，数据管理，概念构思。杨淑珍：验证，软件使用，实验设计，数据管理。钱晓洁：实验设计，数据管理。李梦媛：实验设计，数据管理。马森：监督，资源获取，资金申请。孙炳华：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念构思。王晓曦：验证，项目管理，方法学设计。
未引用参考文献
Wang, Qiao, Bian, Wu and Zhao, 2025
Wang, Wang, Li, Li and Ma, 2025
Wen, Li, Gu, Wang and Wang, 2020
Yao, Li, Dhital, Tian and Guo, 2020
Zhao et al., 2025
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（编号2021YFD2100903）、河南省自然科学基金（编号252300421032）、国家自然科学基金（编号32272249）、河南省高等学校科技创新人才项目（编号23HASTIT033）以及河南工业大学食品工程技术研究中心/河南省重点实验室（编号GO202405）的支持。
