《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Fabrication of small-sized starch nanoparticles and their inhibition of interfacial enzymatic hydrolysis of granular starch
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淀粉纳米颗粒（sNPs）通过酶解和超声处理制备，粒径10-30 nm，产量达90%，稳定一周。颗粒大小及支链淀粉含量影响对葡萄糖淀粉酶（GA）的抑制机制，小颗粒通过非竞争性抑制GA水解，大颗粒形成三元复合物，结合位点减少。该方法环保且可扩展，适用于食品生物技术领域。
李志刚|田宇|雅各布·朱达斯·凯恩·柯肯斯高德|比尔特·斯文松|安德烈亚斯·布伦诺|王宇
南京财经大学食品科学与工程学院食品软物质结构与先进制造实验室，现代粮食流通与安全协同创新中心，中国南京210023
摘要
淀粉纳米颗粒（sNPs）在血糖控制和生物活性递送方面具有巨大潜力，然而实现高产量、可持续生产超小颗粒（<50 nm）并明确其对消化酶的抑制机制仍是一个重大挑战。本研究通过开发一种可扩展、可持续的s-sNPs制备方法，系统地解决了这一难题。进一步阐明了纳米颗粒大小和直链淀粉含量如何影响其对葡糖淀粉酶（GA）的界面抑制机制。我们采用环保的方法结合酶修饰和超声处理，成功制备出高产率（90%）的s-sNPs。这些粒径为10–30 nm的s-sNPs来源于不同直链淀粉含量的马铃薯淀粉，储存一周后体积膨胀至84–833 nm。值得注意的是，这些s-sNPs在体外对葡糖淀粉酶的抵抗力显著增强。来自高支链淀粉（WPS）和普通马铃薯淀粉（NPS）的s-sNPs能够非竞争性地抑制小麦淀粉颗粒的葡糖淀粉酶水解，而来自高直链淀粉（HPS）的较大s-sNPs则仅表现出弱抑制作用，表明s-sNPs可能与颗粒表面形成了三元复合物。界面动力学和Langmuir结合分析进一步揭示了葡糖淀粉酶攻击位点的丧失。这种可扩展且可持续的s-sNPs制备策略为食品和生物技术领域带来了潜在的应用前景。
缩写列表
缩写说明
| absΓmax | 结合位点密度 |
| A/B比率 | 攻击位点密度/结合位点密度比率 |
| AP | 支链淀粉 |
| BE | 分支酶 |
| CLD | 链长分布 |
| DP | 聚合度 |
| DPave | 平均聚合度 |
| FTIR-ATR | 傅里叶变换红外衰减全反射光谱 |
| GA | 葡糖淀粉酶 |
| GOPOD | d-葡萄糖检测试剂盒 |
| HPAEC-PAD | 脉冲安培检测高效阴离子交换色谱 |
| HPS | 高直链淀粉马铃薯淀粉
| HPS-NP | 高直链淀粉马铃薯淀粉纳米颗粒
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材料
本研究使用了三种不同的马铃薯淀粉来制备s-sNPs（表1）。高支链淀粉（WPS）马铃薯淀粉来自瑞典Lyckeby St?rkelsen公司提供的RNA干扰淀粉合成酶（GBSS）转化株。普通马铃薯淀粉（NPS）和高直链/高磷酸马铃薯淀粉（HPS）分别从Dianella品种及该品种的双RNA干扰分支酶（BE）I和II转化株中提取。
天然淀粉和s-sNPs的分子结构
链长分布（CLD）分析显示，不同类型淀粉的链长分布发生了显著变化（Bertoft, 2017; Bertoft, Blennow, & Hamaker, 2024）。具体而言，WPS-NP的fa链含量增加了2.5倍，而fb1和fb2链含量分别减少了1.7倍和2.3倍，这一趋势在NPS和HPS中均得到验证（图1A–C，表2）。值得注意的是，HPS-NP的fa链长度最短。结论
通过结合酶修饰和超声处理的方法，我们以约90%的高产率制备出了s-sNPs。三种不同直链淀粉含量的马铃薯淀粉（WPS、NPS和HPS）经过RoBE修饰后经过超声处理，获得了粒径分布狭窄（PDI < 0.3）的s-sNPs（10–30 nm范围）。这些s-sNPs具有较高的稳定性，可满足大多数实际应用需求。
作者贡献声明
李志刚：撰写初稿、数据整理。田宇：撰写初稿、研究设计、资金争取、数据整理。雅各布·朱达斯·凯恩·柯肯斯高德：方法学研究。比尔特·斯文松：撰写与编辑、指导、资金争取、概念构思。安德烈亚斯·布伦诺：撰写与编辑、指导、资金争取、概念构思。王宇：撰写与编辑、指导、概念构思。利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。致谢
本研究得到了以下机构的支持：丹麦独立研究基金（项目BioMarch，资助号#3105-00327B）、ZL的个人资金（哥本哈根大学，资助号#5441016）、中国博士后科学基金（资助号#2025M772998）以及江苏省优秀博士后人才资助计划（资助号#2025ZB30）。数据采集利用了哥本哈根大学的研究基础设施，包括FOODHAY（食品与健康开放创新实验室，丹麦研究路线图）。
