高直链玉米淀粉分子结构特性及其对面包品质与体外消化性的影响机制研究

《Food Chemistry: X》：Systematic comparison of the effects of different treatments on the shelf-life storage of citrus fruits and screening of preservation measures: A frequency network meta-analysis

本研究针对高直链玉米淀粉（HACS）在面包应用中加工适应性差、营养功能不明确等问题，系统比较了三种不同表观直链淀粉含量（55.92%–71.66%）的HACS的分子结构、糊化特性及其对面包面团发酵、质构和体外消化性的影响。研究发现，HACS的添加显著提升面包抗性淀粉含量（最高达46.36%），降低估计血糖生成指数（eGI）至51.32–60.04，并通过链长分布和结晶结构解析了HACS降低面包硬度、改善消化特性的分子机制，为开发低GI健康面包提供了理论依据。

　　

淀粉作为人类饮食中主要的能量来源，其消化速率与餐后血糖反应密切相关。长期摄入高血糖生成指数（GI）食物可能增加II型糖尿病风险，因此开发低GI食品成为食品工业的重要方向。高直链玉米淀粉（High-amylose corn starch, HACS）因富含抗性淀粉（Resistant Starch, RS），在调节血糖方面展现出潜力，但其高直链淀粉含量（Apparent Amylose Content, AAC）导致面包加工适应性差、质地硬化等问题，制约了其在健康烘焙食品中的应用。目前，针对不同AAC的HACS分子结构如何影响面包面团发酵特性、质构及消化性的系统性研究仍较缺乏。

为解析HACS结构-功能关系，本研究选取三种商品化HACS（HACS-1945、HACS-HR、HACS-HMTH），其AAC分别为71.66%、55.92%和65.85%，通过粒度分析、X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）、快速粘度分析（RVA）、链长分布（CLD）和分子量分布（SEC）等技术表征其理化特性，并将HACS以10%–40%比例替代小麦粉制备面包，系统评价其对面团发酵性能、面包比容、色泽、质构及体外消化性的影响。

研究发现，HACS颗粒形态多呈不规则状，表面具“角状”突起，平均粒径（D_av）均小于10微米。XRD显示HACS呈典型B型结晶结构，相对结晶度在7.49%–10.26%之间。DSC结果表明HACS具高糊化温度（T_p约102°C）和较低糊化焓（ΔH_gel9.9–10.5 J/g）。RVA分析显示HACS的峰值粘度（PKV）显著低于普通玉米淀粉，且冷糊粘度（CPV）和回生值（SBV）较高，表明其易老化特性。CLD分析揭示HACS-1945的短链（DP 6–12）比例最低（19.82%），长链（DP≥37）比例最高（11.98%），平均链长（AVECL）达21.84。

面团发酵实验表明，随着HACS添加量增加，面团最大高度（H_m）和总产气量（V_t）显著下降，但气体保持系数（R）升高，说明HACS抑制酵母产气但增强气体滞留能力。当添加量达40%时，HACS-1945面团H_m降低87.05%。面包品质方面，HACS添加导致面包比容下降，硬度增加，其中HACS-HMTH面包硬度最低（11.28 N），比容最大（2.77 mL/g）。显微结构显示HACS面包气孔均匀但结构较密实。

体外消化实验表明，HACS面包的快速消化淀粉（RDS）含量降低，RS含量显著提高（HACS-1945面包达46.36%），eGI值降至51.32–60.04，属低-中GI食品。消化动力学符合一级方程，HACS面包水解指数（HI）显著低于对照组。相关分析表明，面包硬度与HACS中短直链（DP 100–1000）比例呈正相关，而低eGI与高AAC及长链双螺旋结构密切相关。

关键实验方法

研究通过激光粒度仪、XRD、DSC、RVA分析HACS的粒度、晶体结构、热特性和糊化性能；采用荧光辅助毛细管电泳（FACE）和尺寸排阻色谱（SEC）测定链长和分子量分布；通过发酵仪、质构仪、色差计和体外模拟消化系统评价面团发酵、面包质构、色泽及淀粉消化性；数据采用Origin 9.0和SPSS 23.0进行统计处理。

研究结果

3.1 HACS的理化特性

HACS-1945具最小平均粒径（6.53 μm）和最高长链比例，其B型结晶结构稳定性高。DSC显示HACS在102°C附近出现吸热峰，归因于直链-脂质复合物解离。RVA中HACS-1945的CPV和SBV最高，表明其老化倾向最强。CLD和SEC揭示HACS-1945短直链比例最低，长链比例最高，与其高硬度、高RS含量相关。

3.2 复合粉与面包品质

面团发酵中，HACS添加降低H_m和V_t，但提高R值，尤其HACS-HR面团R值达78.80%。面包比容随HACS添加量增加而下降，40%添加时HACS-HMTH面包比容最大（2.77 mL/g）。质构分析显示，面包硬度随HACS添加量上升，HACS-1945面包硬度最高（29.94 N）。色泽方面，HACS面包亮度（L^*）增加，因HACS颗粒未完全糊化。

3.3 体外消化性与eGI

HACS面包RDS含量降低，RS含量提高，eGI显著下降。HACS-1945面包RS含量最高（46.36%），eGI最低（51.32）。消化曲线显示HACS面包水解速率缓慢，符合一级动力学模型。

结论与讨论

本研究系统阐明了HACS分子结构（链长分布、结晶度、分子量）对其加工特性及营养功能的影响机制。高AAC和长链结构增强淀粉分子有序性，促进RS形成，降低淀粉消化速率；同时，HACS抑制面团膨胀，导致面包硬度增加，但通过优化链长分布（如提高短链比例）可改善质构。研究为HACS在低GI烘焙食品中的精准应用提供了理论支撑，对开发慢性病膳食干预产品具有重要实践意义。