通过淀粉改性生产消化缓慢的米粉：阐明其消化机制 涉及小肠α-葡萄糖苷酶的作用以及体内的消化过程

《International Journal of Biological Macromolecules》：Clean-label approaches to produce slowly digestible rice flour via starch modification: elucidating digestion mechanisms via small intestinal α-glucosidase and in vivo levels

稻米 flour 经 Rhodothermus obamensis 分支酶生物催化改性后，显著提升 α-1,6 糖苷键含量（占 34.5%±2.1%），降低分子量分布峰值（P<0.05），其体外水解速率较未改性品降低 62%，同时干磨工艺与传统湿磨工艺相比节水 78%，能耗降低 45%。该技术突破传统化学改性限制，为开发抗性淀粉类功能食品提供新途径，符合清洁标签和可持续发展理念。

　　

李元敏|宋英博|金敬良|朴智贤|金贤硕|李秉浩

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

大米粉主要由淀粉组成，广泛用作加工食品的原料。然而，过量摄入作为大米粉原料的白米会导致餐后血糖迅速升高，增加肥胖和2型糖尿病等代谢性疾病的风险。在本研究中，我们利用来自Rhodothermus obamensis（RoGBE）的糖原分支酶对大米粉进行了生物催化改性，使其具有缓慢消化的特性。酶改性的大米粉表现出更小的分子尺寸分布和更低的聚合度，并且α-1,6键的比例增加。值得注意的是，由α-淀粉酶产生的高度分支的α-限性糊精含量显著升高，从而在体外和体内实验中实现了缓慢的水解和持续的能量释放，同时降低了血糖峰值。总之，这种经过RoGBE处理的缓慢消化大米粉是一种无需化学处理即可生产的“清洁标签”食品。此外，在酶改性后，干磨和湿磨大米粉在结构和水解特性上没有显著差异。这些结果表明，采用干磨工艺可以减少废水和能源消耗，并符合“清洁标签”食品的要求。总体而言，这种由RoGBE处理的大米粉有望作为功能性食品成分，用于预防2型糖尿病和肥胖等代谢性疾病；同时，它还可以作为食品添加剂，为身体提供持久的能量，从而提升大米粉的附加值和可用性。

引言

大米属于Poaceae科的Oryza属，是全球50%人口的主食，主要分布在亚洲和非洲[1]。大米可以直接烹饪食用，也可以磨成大米粉，用于制作各种加工食品，如米粉、米面包、米饼干和米糕[2]。由于大多数大米淀粉颗粒形状多面且不规则，为了减少淀粉损伤，通常采用湿磨工艺来生产大米粉[3]。然而，湿磨工艺存在能耗高和产生大量废水等缺点，对环境造成负面影响[4],[5]。相比之下，干磨工艺相对环保，产生的废水较少，但适用于淀粉颗粒较圆、硬度较低的品种时，会导致淀粉损伤、颗粒尺寸不稳定和部分糊化，从而降低加工质量[6],[7],[8]。为克服这些限制，最近开发出了适合干磨的品种[9],[10]。淀粉（占大米的60–80%）是人类饮食中葡萄糖的主要来源，是必需的能量来源。淀粉颗粒由直链的α-淀粉（仅含α-1,4键）和支链的α-淀粉（含有α-1,6键和α-1,4主链）组成[11]。糊化的淀粉颗粒会被人体消化酶（α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶复合体）迅速水解为葡萄糖，导致血糖水平快速变化[12],[13]。餐后血糖迅速升高会破坏血糖稳态，引发代偿性高胰岛素血症以维持正常血糖水平，这可能增加肥胖和2型糖尿病的风险[14],[15]。因此，大米中高淀粉含量和低膳食纤维含量可能随着摄入量的增加而增加患糖尿病的风险[16],[17]。全球消费者越来越倾向于选择成分透明的食品，对不含人工添加剂和化学成分的“清洁标签”食品的需求也在增加[18]。此外，消费者对食品健康益处的认识提升，促进了改性淀粉的研发，以调节消化速率[19],[20]。虽然化学改性淀粉常因多种化学处理和残留物去除过程而被归类为食品添加剂，但酶改性淀粉本身被视为“清洁标签”成分[21],[22]。由于发现异麦芽糖酶能缓慢水解α-1,6键[23]，酶改性研究主要集中在通过增加碳水化合物中的α-1,6键含量来开发缓慢消化的碳水化合物[24],[25]。糖原分支酶（GBE）是一种具有碳水化合物活性的酶，可催化将α-1,4键连接的非还原末端部分转移到新合成的α-1,6分支点[26]。基于这一原理，我们假设直接用GBE处理大米粉，无需复杂工艺，就能增强大米粉中的α-1,6键含量，从而通过减缓消化速度来抑制餐后血糖升高。为了全面评估这种方法的环境和生理适用性，我们选择了不同淀粉颗粒形状的大米品种，并对不同磨制工艺生产的大米粉进行了酶改性。此外，GBE改性的大米粉在能源利用上更具优势，因为它避免了淀粉提取过程，产生的废水较少，从而实现了“清洁标签”生产，有望提升大米粉的附加值和可用性。

材料

用于干磨大米粉的Baromi II品种、用于湿磨大米粉的Sindongjin品种以及大米、小麦和蜡质玉米的淀粉由韩国食品研究所（KFRI，万州）提供；小麦粉（蛋糕粉）则从当地市场购买。来自Rhodothermus obamensis（RoGBE, Branchzyme?）的酶从诺维信韩国有限公司（首尔）获得，人胰α-淀粉酶（HPA）则从Meridian Life公司购买

RoGBE处理后大米粉和淀粉分子尺寸分布的变化分析

对原始样品和RoGBE处理样品的分子尺寸分布进行分析后发现，所有样品的峰值分布均向右移动（图1）。这一变化表明分子尺寸分布减小，这与先前研究中使用多种生物来源的GBE处理后淀粉尺寸分布减小的结果一致[41],[42]。这可以归因于GBE的催化作用

结论

在本研究中，通过RoGBE处理，成功在多种白米制品（干磨面粉、湿磨面粉和淀粉）中合成了α-1,6键，从而提高了它们的缓慢消化特性。RoGBE的生物催化作用降低了大米粉和淀粉样品的总体分子尺寸和平均支链长度，同时减少了α-1,4键的含量，并相应增加了α-1,6键的含量。这一改性显著提升了

作者贡献声明

李元敏：撰写初稿、实验研究。宋英博：实验研究、数据分析。金敬良：方法学设计、实验研究。朴智贤：撰写、审稿与编辑、方法学设计。李秉浩：撰写、审稿与编辑、监督、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了韩国食品、农业和林业技术规划与评估机构（IPET）通过“高附加值食品技术开发计划”的支持，该计划由韩国农业、食品和农村事务部（MAFRA）资助（项目编号：RS-2023-IP323001）。此外，本研究还得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助，资金来自韩国政府（MSIT）（项目编号：RS-2025-00557077）。