去除内源性非淀粉成分对硬叶栗（Castanopsis sclerophylla）面粉的结构、理化性质及体外消化率的影响

《Food Research International》：Effects of removing endogenous non-starch components on the structure, physicochemical properties, and in vitro digestibility of Castanopsis sclerophylla flour

本研究通过酶解和水浸去除野山竹粉的非淀粉成分，系统分析了其对淀粉分子结构、理化性质及体外消化率的影响。结果表明，去除非淀粉成分显著提高快速消化淀粉含量（41.73%降至66.97%），并揭示其通过三维协同机制抑制淀粉消化：物理屏障（果胶、纤维、蛋白质包裹淀粉颗粒）、结构稳定性（维持短程有序结构）及理化调节（果胶增稠、蛋白质抑制膨胀）。该机制为开发低GI食品提供了理论依据和实践指导。

　　

Jianan Zhao|Mingyi Shen|Ruifang Wang|Zhengbiao Gu|Yan Hong|Zhaofeng Li|Caiming Li|Xiaofeng Ban|Li Cheng

江南大学食品科学与技术学院，中国无锡214122

摘要

硬叶栲是一种天然的缓消化淀粉资源，但其内源性非淀粉成分如何减缓硬叶栲淀粉（CaS）的消化速率的机制尚不清楚。在本研究中，通过酶解和水浸法去除了硬叶栲面粉（CaF）中的蛋白质、多酚、纤维和果胶，并系统地研究了这些成分对CaS的分子结构、理化性质和体外消化速率的影响。结果表明，去除非淀粉成分显著增加了易消化淀粉的含量，但抗性淀粉的含量从41.73%显著下降。各成分的调节优先级依次为：果胶 > 纤维 ≈ 蛋白质 > 多酚。内源性非淀粉成分通过以下三维机制协同抑制淀粉消化：(1) 物理屏障——果胶、纤维和蛋白质通过包裹淀粉颗粒或加速其聚集来降低酶的接触能力，这种效应在糊化状态下更为明显，并被未糊化淀粉的高结晶度所掩盖；(2) 结构稳定性——这些成分共同维持了淀粉的短程有序结构，减少了酶的作用位点；(3) 理化调节——果胶通过凝胶化增强了系统的粘度并限制了水的流动性，而蛋白质则抑制了淀粉的膨胀，从而协同延缓了酶的扩散和淀粉的糊化过程。本研究表明，果胶在CaF中的物理屏障效应是影响淀粉消化的主要因素。此外，本研究为开发低血糖指数和缓消化食品提供了理论基础和实际指导。

引言

国际糖尿病联合会（IDF，2023年）报告称，全球糖尿病患者数量约为5.37亿，预计到2045年将超过7.8亿，因此控制血糖水平成为了一个公共卫生问题。研究表明，食用缓消化饮食可以有效预防和控制高血糖（C，2004年）。此外，作为膳食多糖的主要来源，淀粉的消化速率直接影响餐后血糖波动，这使得调节淀粉消化速率成为食品科学领域的研究重点。

淀粉的消化速率受多种因素影响，包括加工方法（Rong等人，2024年；Xiaoyue等人，2022年）、分子精细结构（Cheng等人，2022年；Zhou等人，2025年）（例如直链淀粉与支链淀粉的比例和结晶度），以及谷物中内源性非淀粉成分的作用（Shaohui等人，2022年；Singh等人，2009年），后者尤为重要。与外源性非淀粉成分相比，天然存在的非淀粉成分能与淀粉形成稳定的结合结构，从而更一致和安全地调节淀粉消化。例如，全谷物的消化速率明显慢于去麸质谷物，主要是因为膳食纤维限制了淀粉的粘度，防止了消化酶与淀粉接触（Agama-Acevedo等人，2019年）。Guiyuan等人（Nafiya & Ahmed，2022年；Xiang等人，2024年；Zhang等人，2024年）报告称，从大米淀粉中去除蛋白质、膳食纤维或脂质可显著提高其消化速率。这种效应可归因于蛋白质、膳食纤维或脂质在淀粉表面通过阻断酶的吸附位点和抑制酶与淀粉的结合来延缓淀粉消化速率的能力。本研究证实了内源性非淀粉成分的主要调节作用，并为探索天然谷物的缓消化机制提供了关键方向。此外，进一步分析天然谷物的组成和内部结构对未来开发缓消化食品具有重要意义。

硬叶栲是一种富含内源性非淀粉成分（如蛋白质、多酚、膳食纤维和果胶）的天然野生淀粉资源，具有天然的缓消化特性，这凸显了其在开发低血糖指数（GI）食品方面的潜在应用价值。然而，关于其缓消化机制的研究很少——特别是内源性非淀粉成分与淀粉之间的相互作用，以及它们对淀粉消化的协同调节的具体途径。

因此，本研究旨在探讨硬叶栲面粉（CaF）中的非淀粉成分（如内源性蛋白质、纤维、多酚和果胶）对淀粉体外消化速率的影响，并分析其潜在机制。同时，比较了去除非淀粉成分后CaF的理化性质，以明确其与淀粉消化速率的相关性，并为将CaF加工成缓消化食品提供见解。

材料

硬叶栲购自江西，经冷冻干燥、去壳后研磨至60目制成CaF，并在25°C下储存直至分析。淀粉葡萄糖苷酶（A7095，260 U/mL）、α-淀粉酶（A3176，5 U/mg）、胃蛋白酶（P7000，250 U/mg）和胰酶（P7545，8 U/mg）由Sigma Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）提供。葡萄糖氧化酶-过氧化物酶（GOPOD）试剂盒购自Liedmann Biochemical Co., Ltd.（中国北京）。纤维素酶（40 U/mg）来自上海源业生物科技有限公司。

样品组成

表1显示了所有样品的基本组成。CaF中的主要成分是淀粉（66.97%），其中富含多酚和果胶等内源性非淀粉成分。DF-CaF含有83.93%的淀粉，而脱纤维处理降低了多酚、纤维、蛋白质和果胶的含量。DP-CaF中的蛋白质含量为1.65%（去除率为51.47%），多酚和果胶的含量也显著下降，这可能是由于它们在水中具有溶解性。

结论

本研究系统分析了CaF中内源性非淀粉成分调节淀粉消化速率的多维机制。结果表明，去除非淀粉成分后，易消化淀粉（RDS）的含量增加，抗性淀粉（RS）的含量按以下顺序降低：CaS > DPec-CaF > DF-CaF > DP-CaF > DPol-CaF > CaF。这归因于非淀粉成分的协同作用，它们通过形成致密的表面物理屏障来抑制淀粉的膨胀、糊化和酶解。

CRediT作者贡献声明

Jianan Zhao：撰写——原始草稿、可视化、方法学设计、数据整理。Mingyi Shen：验证、软件应用。Ruifang Wang：正式分析。Zhengbiao Gu：项目管理、资金获取。Yan Hong：方法学设计、概念构思。Zhaofeng Li：验证、监督。Caiming Li：验证、方法学设计。Xiaofeng Ban：验证、监督。Li Cheng：方法学设计、数据收集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：22278182）和江苏省“食品安全与质量控制协同创新中心”产业开发计划的支持。