高直链玉米淀粉结构特性调控面包质地与体外消化率的机制研究

《Food Chemistry: X》：Insights into the textural characteristics and in-vitro digestibility of bread influenced by structures and properties of high-amylose corn starches

本研究针对高直链玉米淀粉（HACS）结构如何影响面团发酵特性、面包质地及消化功能的核心问题，通过分析三种不同直链淀粉含量（55.92%–71.66%）的HACS的颗粒/分子结构、热力学特性及其在面包中的应用效果，发现HACS中脱支链比例（如短链fa与长链fb1分布）和直链淀粉聚合度（DP 100–1000）共同调控面包硬度、比体积及抗性淀粉（RS）含量。添加40% HACS的面包估计血糖生成指数（eGI）降至51.32–60.04（对照组69.92），显著提升营养功能。该研究为低GI烘焙食品开发提供了理论依据。

　　

随着糖尿病和肥胖等代谢性疾病全球发病率持续上升，开发低血糖生成指数（GI）食品成为食品工业的重要方向。淀粉作为人类主要能量来源，其消化速率直接影响餐后血糖响应。然而，常规小麦面包中淀粉易被快速水解，导致高GI值，长期食用可能增加代谢疾病风险。高直链玉米淀粉（HACS）因富含抗性淀粉（RS），可在小肠中抵抗酶解，被视为制备低GI食品的理想原料。但HACS的添加会显著改变面团流变特性与面包质地，其分子机制尚不明确。为此，研究人员系统解析了三种不同直链淀粉含量（AAC）的HACS（55.92%–71.66%）的结构特性，并探究其对面团发酵、面包质地及营养功能的影响。

本研究采用激光散射粒度分析、X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）、快速粘度分析（RVA）、荧光辅助毛细管电泳（FACE）及尺寸排阻色谱（SEC）等技术表征HACS的颗粒/分子结构；通过发酵流变仪、质构分析仪及体外消化模型评估面团气体保留能力、面包硬度与消化特性。

3.1.1 淀粉颗粒尺寸分布与形态

HACS平均粒径（D_av）为6.53–7.89 μm，小于普通玉米淀粉，且高直链淀粉含量导致颗粒表面出现突起与不规则形状（图1A）。

3.1.2 X射线衍射

HACS呈现典型B型结晶结构（2θ=5.5°、17.1°、22.1°），并在19.8°处出现V型淀粉-脂质复合物衍射峰（图1B）。HACS-HMTH相对结晶度最高（10.26%），与其较高的长链比例相关。

3.1.3 热力学性质

DSC显示HACS的凝胶化起始温度（T_o）为67.6–73.5°C，峰值温度（T_p）约102°C，表明长链双螺旋结构需更高能量解离（图1C）。

3.1.4 淀粉糊化特性

RVA结果表明HACS的峰值粘度（PKV）为194.5–488.5 mPa·s，低于普通淀粉，且冷糊粘度（CPV）与回生值（SBV）较高，反映直链链重组倾向强（图1D）。

3.1.5 脱支链长度分布

脱支链分析中，HACS-1945的短链fa（DP 6–12）比例最低（19.82%），而长链fb₁（DP 13–24）占比最高（52.84%），其平均链长（AVECL=21.84）与低分支度（0.247）共同促进分子有序排列（表3）。

3.2.1 面团发酵特性

添加HACS后，面团最大高度（H_m）与总产气量（V_t）显著降低，但气体保留系数（R）升至78.80%（对照组59.30%），说明HACS增强气体包埋能力（表4）。

3.2.2 面包比体积与色泽

HACS添加量增至40%时，面包比体积从6.19 mL/g（对照组）降至0.79–2.77 mL/g，且亮度（L^?）上升，源于未完全糊化淀粉颗粒的白色残留（表4）。

3.2.3 面包质构与微观结构

面包硬度随HACS添加量上升而增加（1.15 N→29.94 N），HACS-1945因DP 100–1000短链比例高，硬度最大；扫描电镜（SEM）显示HACS面包孔隙更小、结构致密（图3）。

3.2.4 体外消化性与eGI

HACS面包的快速消化淀粉（RDS）占比降低（36.45%–45.00%），RS含量升至36.93%–46.36%，eGI降至51.32–60.04，达低-中GI食品标准（图4）。

研究结论表明，HACS的链长分布（尤其是短链fa与长链fb₁比例）通过调控淀粉-葡萄糖网络相互作用，直接影响面包硬度与消化速率。高直链淀粉含量（AAC）与长链双螺旋结构共同促进RS形成，降低血糖响应。该研究明确了HACS分子结构-功能关系，为设计低GI、高纤维健康烘焙食品提供了理论支撑与实践路径。