《Food Research International》：High-density branched α-amylase hydrolyzates from α-glucans exhibit distinct glucose and appetite-regulatory functions
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α-淀粉酶水解物通过酶合成技术增强α-1,6分支结构，显著降低血糖峰值（42%），调节胰岛素分泌，并激活肠道激素PYY抑制食欲，为功能性食品开发提供新策略。
作者：Young-Bo Song, Moon-Gi Hong, Sang-Ho Yoo, Byung-Hoo Lee
韩国首尔世宗大学食品科学与生物技术系及碳水化合物生物制品研究中心，邮编05006
摘要
本研究探讨了一种通过酶促合成和修饰碳水化合物来生产α-淀粉酶水解物的策略，并评估了这些水解物在哺乳动物消化道中的缓慢消化特性及其积极的代谢效应，特别是在调节血糖、激素反应和食欲控制方面的作用。与通过酶促合成/修饰的淀粉和α-葡聚糖获得的α-淀粉酶水解物相比，该材料具有较高的α-1,6键比例（17.7 ± 0.2%）和更大的分子量（0.55 × 10^7 g mol^-1）。这种独特的结构使其能够主要通过小肠中的α-葡糖苷酶复合体进行降解，导致其分解为葡萄糖的速度显著减慢（约为快速消化对照组的42%）。该材料可将餐后血糖峰值抑制高达65%，并在小鼠模型中延长了血糖反应时间；同时，逐渐上升的血糖水平还调节了胰岛素水平，防止了胰岛素的过度分泌。此外，小肠内持续的葡萄糖释放刺激了回肠L细胞分泌肽类物质——酪氨酸酪氨酸（PYY），而长期摄入这种材料还能促进食欲抑制相关的神经肽的释放，从而有助于维持长期的食欲抑制效果。因此，这种含有显著减少α-1,4键的α-淀粉酶水解物作为功能性成分，在预防因血糖和激素稳态紊乱（如肥胖和2型糖尿病）方面具有巨大潜力。
引言
高摄入含血糖的碳水化合物食物可能导致高血糖，这与2型糖尿病和肥胖等代谢性疾病有关。这给调节血糖稳态的生理机制带来了巨大压力（Felber & Golay, 2002; Marshall, 2006）。建议使用缓慢消化的碳水化合物作为新型成分来解决这些健康问题，因为它们能被小肠中的α-葡糖苷酶逐渐分解为葡萄糖，从而帮助维持稳定的血糖水平（Chisbert et al., 2024; Pasmans et al., 2022）。此外，缓慢消化的α-葡聚糖还能刺激食欲调节激素（如肽类物质酪氨酸酪氨酸（PYY）和胰高血糖素样肽-1（GLP-1）的释放。这些激素在远端小肠受到葡萄糖刺激后会被激活，通过延缓胃排空、减少肠道传输时间以及调节胰岛素反应来控制饱腹感和食物摄入量（Kong et al., 2022; Zhou et al., 2022），随后通过肠-脑轴在弓状核中表达促进食欲的或抑制食欲的神经肽（Hasek et al., 2018）。因此，人们已经探索了多种酶促策略来开发这类功能性材料。利用葡聚糖转移酶和葡聚糖水解酶对淀粉分子进行结构修饰，重点是通过分支反应增加α-1,6键并延长分子量（Chen et al., 2023; Wei et al., 2023）。
首先，淀粉分子被唾液腺和胰腺中的α-淀粉酶水解为线性低聚麦芽糖（LMOs，主要是麦芽糖和麦芽三糖）和α-极限糊精（α-LDx），然后这些水解物进一步被小肠黏膜中的α-葡糖苷酶水解为葡萄糖（Dahlqvist & Telenius, 1969; Eggermont, 1969）。由于黏膜异麦芽糖酶和麦芽糖酶对α-1,6键的Km值较高，分支的α-LDx的分解速率较慢（Lin et al., 2012; Sim et al., 2010）。因此，多项研究尝试通过应用糖原分支酶（GBE）来增加淀粉分子上的α-1,6键比例，从而提高α-葡聚糖内部分支α-淀粉酶水解物的含量，以改善其缓慢消化的特性（Li et al., 2014; Ren et al., 2018）。然而，先前的研究表明，仅通过GBE反应增加淀粉分子上的α-1,6键比例并不能显著（p < 0.05）抑制体内的餐后血糖反应，因为仍有大量快速消化的LMOs通过α-淀粉酶反应被释放（Shim et al., 2020）。
最近，研究人员利用双糖基转移酶系统成功合成了以蔗糖为单一底物的高度分支α-葡聚糖，这种α-葡聚糖具有缓慢消化的特性。该系统包括用于延长α-1,4葡聚糖链的Neisseria polysaccharea amylosucrase（NpAS）和用于新生成α-1,6键的Rhodothermus obamensis GBE（RoGBE）（Grimaud et al., 2013）。值得注意的是，这些高度分支的α-葡聚糖中含有大量的α-淀粉酶水解物。生产条件（如温度、pH值以及NpAS/RoGBE的比例）对其结构起着关键作用（Hong et al., 2022）。此外，由于内部结构中分支成分的含量较高，这些合成的α-葡聚糖在体外显著减缓了葡萄糖的生成速度并降低了哺乳动物α-葡糖苷酶的消化速率。我们假设，通过α-淀粉酶处理从高度分支的α-葡聚糖中获得的宏观尺寸分支α-淀粉酶水解物在体内模型中具有减弱血糖峰值、延长血糖反应时间和刺激饱腹感相关肽YY的作用。此外，我们认为持续摄入这些材料可能通过肠-脑轴机制增强食欲抑制相关神经肽的表达，从而抑制食欲。我们的发现为调节体内的餐后血糖反应提供了有效方法，有助于维持稳定的血糖稳态。这项研究还为设计缓慢消化的碳水化合物材料提供了新策略，为功能性食品和治疗性干预措施在代谢健康领域的应用开辟了新的途径。
材料
从Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）购买了来自牡蛎和鼠肠丙酮粉末（RIAP）的II型糖原。Rhodothermus obamensis来源的GBE（Branchzyme?，RoGBE）由Novozymes公司（北卡罗来纳州弗兰克林顿）提供。人胰腺α-淀粉酶（HPA）由Meridian Life Science公司（美国田纳西州孟菲斯）提供。所有其他化学品和试剂均为分析级，也来自Sigma-Aldrich公司。
通过α-淀粉酶处理从高度分支的α-葡聚糖中生产宏观尺寸分支α-淀粉酶水解物
使用NpAS从0.1 M蔗糖合成了高度分支的α-葡聚糖
通过α-淀粉酶反应从高度分支的α-葡聚糖中生产宏观尺寸分支α-淀粉酶水解物
通过α-淀粉酶处理从酶促合成的高度分支α-葡聚糖中获得的宏观尺寸分支α-淀粉酶水解物，在透析过程中完全去除了LMOs区域，因为HPA处理后它们的分子量差异显著（图1）。经过透析后，从高度分支的α-葡聚糖中获得的冻干α-淀粉酶水解物的产率为大约38.2 ± 1.5%
结论
通过去除分子外围可能形成LMOs的α-1,4键，成功制备出了宏观尺寸分支α-淀粉酶水解物，其具有高度密集的α-1,6键结构和较高的分子量。由于其独特的结构，这种水解物能够抵抗哺乳动物α-葡糖苷酶的水解作用，因此在摄入和消化后表现出减缓的血糖反应。
作者贡献声明
Young-Bo Song：撰写、审稿与编辑、数据分析。
Moon-Gi Hong：撰写初稿、数据分析。
Sang-Ho Yoo：撰写、审稿与编辑、资金获取。
Byung-Hoo Lee：撰写、审稿与编辑、监督、资金获取、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
本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助（由韩国政府（MSIT）提供，项目编号RS-2025-00557077）。该研究还得到了韩国基础科学研究所（国家研究设施和设备中心）的资助（由教育部提供，项目编号RS-2023-NF001356）。
