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本研究通过α-淀粉酶预处理结合超声波协同作用制备糖蔗多酚改性大米淀粉复合物，显著提升多酚负载量至53.1 mg/g，促进V型结晶形成和结晶度增加，使抗性淀粉含量从26.77%增至56.77%，有效抑制α-淀粉酶活性并降低体外消化率。
胡汉文|韩胜军|杜晨星|杜凯|肖雯|吴亮|杨学飞|郑志
安徽工业大学食品与生物工程学院，安徽省农产品加工重点实验室，合肥，230601，中国
摘要
食用淀粉类食物会导致血糖迅速升高，而通过添加蔗糖多酚（SP）进行改性可以缓解这一现象。本研究利用α-淀粉酶（ERS）和超声波处理（U-RS）对大米淀粉进行处理，探讨了所得SP改性淀粉复合物的结构和消化特性。结果表明，酶法和超声波处理的联合使用显著提高了大米淀粉对SP的负载能力，达到了53.1 mg/g，比对照组提高了22.04%。结构表征显示，联合处理的复合物U-ERS-SP在傅里叶变换红外光谱（FT-IR）下表现出更强的短程分子有序性，X射线衍射（XRD）分析表明形成了V型晶体且结晶度更高。核磁共振（NMR）进一步显示其螺旋排列更为有序。体外消化实验表明，抗性淀粉含量从26.77%增加到56.77%，同时消化率显著下降。这些发现表明，这种联合改性方法有潜力开发出适用于低血糖指数的膳食应用中的淀粉-多酚复合物。
引言
大米淀粉消化速度快且能量密度高，常导致餐后血糖波动显著。这种波动会增加个体患胰岛素抵抗和2型糖尿病的风险，并与其他代谢疾病相关（Fitriati等人，2025年）。因此，降低大米淀粉的血糖指数（GI）成为淀粉类食品研究的重要方向，以满足人们对更健康饮食的需求。
为了减缓淀粉的消化速度，研究人员对多种方法进行了深入研究，包括物理改性、化学改性和酶法改性（Fan等人，2023年）。在这种背景下，一种更环保的策略是利用天然酚类物质与淀粉相互作用形成复合物。研究表明，淀粉-多酚复合物可以通过两种机制延缓消化：直接抑制消化酶活性和改变淀粉结构。例如，阿魏酸可以通过疏水作用与直链淀粉形成V型晶体复合物，从而提高热稳定性和酶抗性，显著降低体外消化率（Pati?o-Rodríguez和Bello-Pérez，2024年）。另一项研究表明，绿茶多酚在蒸面粉产品中可以改变淀粉结构及其与面筋网络的相互作用，有效延缓淀粉水解（Yu等人，2023年）。多酚可以通过与非共价键合与淀粉分子结构相互作用，从而在一定程度上调节其消化特性。没食子酸可以与淀粉链形成复杂结构，改变淀粉的分子构象和凝胶性质（Chi等人，2019年）。这减少了消化酶对淀粉的接触，促进了抗性淀粉的形成。多酚还可能通过抑制α-淀粉酶活性或影响酶-底物结合过程来进一步减缓大米淀粉的消化速度。上述研究为利用多酚改善大米淀粉的消化特性提供了重要的理论基础。然而，不同来源的多酚及其加工方法对其复合行为和功能效果的影响仍需进一步系统研究。
蔗糖多酚是一类存在于蔗糖及其副产品（如糖蜜）中的植物次生代谢物，具有强大的抗氧化、抗炎和降血糖活性。蔗糖多酚可以通过抑制α-淀粉酶和葡萄糖苷酶等消化酶的活性来减缓淀粉的消化速度（Li等人，2024年），并通过调节自由基水平和提高胰岛素敏感性来调节血糖代谢（Ngo等人，2022年）。然而，与其他来源的多酚相比，关于利用蔗糖多酚改性淀粉的研究仍然有限。作为一种易于获得的农业加工副产品，蔗糖多酚具有巨大潜力。将蔗糖多酚加载到大米淀粉上不仅可以提高多酚的稳定性和生物利用度，还可以通过分子协同作用改善淀粉的结构和消化特性。
然而，天然淀粉颗粒的致密晶体结构和半结晶层状结构严重限制了多酚分子的渗透和结合。这导致传统直接复合方法存在问题，如多酚负载率低、复合结构不稳定以及消化抗性改善有限（Chen等人，2024年）。因此，预处理淀粉以破坏颗粒完整性是提高淀粉-多酚复合物形成效率的关键。α-淀粉酶特异性地水解淀粉中的α-1,4糖苷键，侵蚀颗粒表面并形成孔隙和通道，从而增加表面积（Keeratiburana等人，2020年）。此外，超声波处理通过物理剪切和空化效应产生微射流和局部剪切力，可以显著改变淀粉颗粒的大小、形态和表面性质，促进分子重排，从而提高多酚的结合能力（Zhao等人，2019年）。然而，结合酶预处理和超声波辅助复合来构建淀粉-多酚复合物并系统阐明其结构和功能机制的研究仍然较少。
本研究将采用α-淀粉酶预处理与超声波辅助复合的方法来制备大米淀粉和蔗糖多酚复合物。将通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、固态核磁共振（NMR）、扫描电子显微镜（SEM）和热重分析（TGA）进行全面表征，评估晶体结构、分子相互作用、微观形态和热稳定性。通过测量多酚负载能力和进行体外消化模拟实验来评估功能特性。本研究旨在阐明α-淀粉酶预处理和超声波处理协同作用下淀粉-多酚复合物的形成机制，以及调控多酚稳定性和淀粉消化特性的机制。
材料
大米淀粉（直链淀粉含量：14.8%）和猪胰α-淀粉酶（119.12 U/mg）购自上海源业生物科技有限公司。蔗糖多酚（SP）购自上海源业科技有限公司。黑曲霉产生的淀粉葡萄糖苷酶（260 U/mL）购自Sigma-Aldrich Chemical公司（美国密苏里州圣路易斯）。
α-淀粉酶处理的大米淀粉的制备
称取25克大米淀粉（粒径3–8 μm），均匀分散在65毫升醋酸钠缓冲液（0.5 mol/L，pH 5.2）中。
复合程度分析
如表1所示，最终复合体系中的总酚含量达到53.1 mg/g，比直接复合方法提高了近22.04%。超声波和酶处理均增强了大米淀粉与蔗糖多酚之间的复合效果，其中联合处理的效果最为显著。这种改善可能是由于超声波和酶处理引起的淀粉结构变化所致。
结论
本研究考察了超声波和酶联合处理对大米淀粉结构及其与蔗糖多酚复合的影响。处理显著提高了多酚的负载能力，促进了紧密有序的V型晶体复合物的形成，并将抗性淀粉含量从26.77%提高到56.77%（抗性淀粉含量的结果存在一定的局限性，可能受到其他未消化成分的干扰）。
作者贡献声明
肖雯：方法学研究。吴亮：方法学研究。杜晨星：方法学研究、数据分析。杜凯：方法学研究、数据分析。胡汉文：撰写初稿、软件应用、方法学研究、数据管理、概念构思。韩胜军：方法学研究、数据分析。郑志：撰写、审稿与编辑、项目管理、方法学研究、资金筹集、数据分析、概念构思。杨学飞：方法学研究
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了安徽省重点科技项目（项目编号：2023n06020021、202103606020009）的支持。
