《Food Chemistry》：Mechanism of highland barley glutenin regulating starch digestion based on core–shell structure: Effect of varying amylose content
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核心-壳结构淀粉蛋白复合物的消化性调控机制及形成规律研究。采用喷雾干燥技术制备不同 amylose 含量的玉米淀粉与高海拔大麦谷蛋白复合物，系统研究淀粉颗粒表面包覆程度、蛋白-淀粉界面相互作用与抗消化性能的构效关系。结果表明高amylose体系（SD-HACS+G）通过增强α-螺旋含量（提升10.45%），形成致密壳层结构，使慢消化和抗性淀粉总量达50.45%，显著降低体外消化率。首次揭示淀粉芯 amylose 比例对复合物壳连续性的定量影响规律。
张琪|杨月月|焦爱国|金正宇
江南大学食品科学与资源国家重点实验室，中国无锡214122
摘要
谷物中淀粉表面由蛋白质形成的核壳结构因其能够调节淀粉的消化率而受到广泛关注。在本研究中，我们探讨了通过喷雾干燥（SD）处理后，高粱醇溶蛋白（G）与不同直链淀粉含量的玉米淀粉形成的核壳结构的形态、物理化学性质及消化特性。高直链淀粉体系（SD-HACS+G）的体外淀粉消化率最低，其抗性淀粉（RS）和慢消化淀粉（SDS）含量分别比正常直链淀粉体系和低直链淀粉体系增加了20.05%和36.40%。高直链淀粉显著降低了淀粉的膨胀能力、峰值粘度和热降解温度。结构分析显示，SD-HACS+G的短程有序性增强，α-螺旋含量增加了10.45%。此外，微观结构观察表明SD-HACS+G的壳结构最为完整。这些结果为构建类似天然谷物中形成的核壳结构提供了一种仿生策略。
引言
与碾磨后去除非淀粉成分的谷物相比，完整谷物的消化率较低，这主要归因于谷物中天然蛋白质形成的核壳结构（Chen等人，2022；Li等人，2021；Lu等人，2023；Yang等人，2024）。受这种天然结构的启发，设计蛋白质包覆的淀粉结构成为调节淀粉消化率的一种有前景的方法（Li等人，2023；Xu等人，2014；Yang等人，2024）。我们之前的研究表明，在各种内源性蛋白质中，高粱醇溶蛋白在形成核壳结构方面实现了最高的淀粉表面覆盖率，并最有效地降低了淀粉的消化率（Yang等人，2025）。虽然醇溶蛋白富含分子间二硫键，最初被认为是理想的壳材料，但它容易发生过度自聚集。相比之下，醇溶蛋白具有更好的分散性，因此能更有效地包裹淀粉颗粒（Wang等人，2025）。尽管壳成分（如蛋白质、葡聚糖等）的作用已被广泛研究，但核（即淀粉）对核壳结构消化率的定量影响仍待探索（Magallanes-Cruz等人，2017；Tan等人，2019）。
这一差距尤为重要，因为淀粉的分子结构，尤其是直链淀粉与支链淀粉的比例，从根本上决定了其与非淀粉生物聚合物的相互作用。直链淀粉具有线性α-(1,4)-连接的链，可以形成螺旋结构并暴露大量羟基，使其比高度分支的支链淀粉更容易与蛋白质形成氢键（Chung等人，2009）。因此，较高的直链淀粉含量可能增强包裹淀粉颗粒的蛋白质壳的连续性，从而形成对酶解的空间屏障，这一特征与天然谷物中的情况类似（Emide等人，2023；Zhu等人，2011；Zhu等人，2022）。然而，这种依赖直链淀粉的调节机制尚未被充分研究。鉴于此，我们提出了一种以淀粉为核心的设计策略，这与之前将淀粉视为被动核心的方法不同。与之前使用固定直链淀粉含量的高粱淀粉来展示基于醇溶蛋白的包封方法不同（Yang等人，2025），本研究特意使用低、正常和高直链淀粉含量的玉米淀粉作为模型核心。这一平台使我们首次能够分离出淀粉核心的固有效应，并系统地将直链淀粉含量与壳的连续性、界面相互作用以及体外消化率相关联。
喷雾干燥（SD）是一种广泛使用的包封技术，通过雾化和快速干燥将液态原料转化为细粉，为构建核壳颗粒提供了高效且可扩展的平台（Geranpour等人，2020；Labuschagne等人，2007）。它能够形成保护性的仿生涂层，特别适合制造模仿天然谷物结构并控制消化率的蛋白质-淀粉复合材料。
本研究探讨了在喷雾干燥条件下，高粱醇溶蛋白（10% w/w）与不同直链淀粉含量（低、正常和高）的玉米淀粉形成的核壳复合材料的结构和消化特性，旨在阐明直链淀粉含量如何影响壳的完整性和淀粉的消化率。
材料与化学试剂
高原大麦来自中国青海的新绿康，将其研磨成80目面粉（粒径≤177 μm），并在室温下储存。高直链淀粉（含56.4%直链淀粉）、正常直链淀粉（含24.3%直链淀粉）和低直链淀粉（含4.6%直链淀粉）购自上海奈金工业有限公司（中国上海）。胃蛋白酶（编号P7000）、胰酶（编号P7545）和淀粉葡萄糖苷酶（编号A7095）购自Sigma公司
淀粉的体外消化
图1显示了不同直链淀粉含量的玉米淀粉样品在添加高粱醇溶蛋白和喷雾干燥前后的水解速率曲线。值得注意的是，高直链淀粉核壳体系（SD-HACS+G）的体外淀粉消化率最低，其抗性淀粉（RS）和慢消化淀粉（SDS）的总含量为50.45%。观察到的消化差异主要源于三个关键因素：直链淀粉含量
结论
本研究表明，玉米淀粉中较高的直链淀粉含量显著增强了喷雾干燥后的核壳淀粉-醇溶蛋白复合材料的酶解抗性。高直链淀粉体系的慢消化淀粉和抗性淀粉总含量最高（50.45%），这归因于蛋白质-淀粉相互作用的增强和结构重组，包括α-螺旋含量增加了10.44个百分点。这些相互作用促进了体系的稳定性
作者贡献声明
张琪：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，实验研究，数据分析，概念化。杨月月：数据可视化，监督，软件使用，项目管理，方法论设计，实验研究。焦爱国：监督，资源调配，资金获取。金正宇：监督，资源协调。
未引用参考文献
De Meutter和Goormaghtigh，2020
Li等人，2023
Lu, Ma, Zhan, Wang和Tian，2022
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家“十四五”科技创新规划（编号2022YFF1100505）、江苏省农业科技创新基金（CX (17) 2022）和中国国家自然科学基金（U25A20738）的支持。
