HAMS-脂肪酸复合物与B+V复合晶体结构显示出显著增强的抗消化能力

《Carbohydrate Polymers》:HAMS-fatty acid complexes with B?+?V composite crystal structure demonstrate significantly enhanced resistance to digestion

【字体: 时间:2026年02月18日 来源:Carbohydrate Polymers 12.5

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  高直链玉米淀粉(HAMS)经常压烹饪后保留B型晶体结构,同时热敏感部分与不饱和脂肪酸形成V型复合结构,构建B+V复合晶体,显著提升抗消化性和热稳定性,为低能耗制备抗性淀粉提供新方法。

  
马荣荣|刘畅|陈浩|潘晓华|刘畅|田瑶琪
江南大学食品科学与资源国家重点实验室,中国无锡,214122

摘要

高直链淀粉玉米淀粉(HAMS)作为一种抗性淀粉(RS),具有强B型晶体结构,但感官品质较差,并且在烹饪后会损失抗性。本研究旨在通过常压烹饪保留HAMS中的耐热部分,并利用其不耐热部分与不饱和脂肪酸(APS-FA)形成复合物。X射线衍射图谱显示成功制备出了具有B型和V型晶体结构的APS-FA复合物。B型与V型复合晶体结构的形成改善了HAMS糊的质地和粘度。与高压烹饪制备的V型复合物相比,APS-FA复合物在煮沸前后都表现出更高的抗性。APS-FA复合物较高的短程有序性、较大的ΔH值以及较低的膨胀能力阻碍了淀粉酶的降解,从而提高了其抗消化性。此外,脂肪酸饱和度的增加同时增强了相对结晶度和短程有序性,进而降低了复合物的酶解消化性。这项工作为制备耐热抗性淀粉提供了新的思路,并拓宽了HAMS在食品工业中的应用前景。

引言

抗性淀粉(RS)是一种在肠道中无法被消化、以原始形式到达结肠的膳食纤维,因其潜在的降低能量吸收、控制代谢疾病和促进肠道健康的益处而受到广泛关注(DeMartino & Cockburn, 2020; Li & Hu, 2023; Wen, Li, Hu, Tan, & Nie, 2022)。根据来源和抗酶机制,RS通常被分为五类。其中,RS2指的是具有紧凑晶体结构、能抵抗酶消化的天然颗粒淀粉;RS5则是由脂质包裹在直链淀粉的单螺旋疏水腔内形成的V型晶体复合物。从机制上看,淀粉-脂质复合物的形成可以改变淀粉的晶体和非晶区域,影响其回溶、粘弹性和消化性(Agyei-Amponsah, Macakova, DeKock, & Emmambux, 2019)。特别是与不饱和脂肪酸的复合可以增强淀粉对淀粉酶水解的抵抗力,调节肠道微生物群落,并改善肠道微生态(Kawai, Takato, Sasaki, & Kajiwara, 2012; Wang et al., 2025)。
高直链淀粉玉米淀粉(HAMS)同时具备RS2和RS5的抗性淀粉特性。作为RS2,由于其紧凑的晶体颗粒结构,HAMS天然具有抗消化性,因此可以商业化应用。然而,常压烹饪会破坏超过一半的天然晶体(Sun et al., 2022)。此外,HAMS的相变温度高于普通或蜡质玉米淀粉,且膨胀能力较低(Buckow, Jankowiak, Knorr, & Versteeg, 2009),导致其感官品质较差。目前大多数研究者将HAMS作为淀粉-脂质复合物(RS5)形成的底物。由于HAMS无法通过常压烹饪完全糊化,大多数研究采用化学试剂或高压处理来使其完全糊化,从而释放直链淀粉并降低其分子量,便于形成淀粉-脂质复合物。例如,Di Marco, Ixtaina和Tomás(2023)使用NaOH溶液实现了HAMS的完全糊化;其他研究者则采用高温(130°C)和高压(Qin et al., 2019; Seok, Lee, Lim, & Reddy, 2019)或DMSO(Zhou, Guo, Gladden, Contreras, & Kong, 2022)进行糊化,随后与脂肪酸复合形成淀粉包合物。但这些方法不可避免地会导致环境污染和额外的能源消耗。更重要的是,完全糊化会破坏HAMS的B型晶体结构,使其失去RS2特性。
值得注意的是,HAMS的B型晶体结构具有显著的热稳定性。在常压烹饪下,部分耐热B型晶体得以保留,而热不稳定的非晶区域会发生糊化,导致整体结晶度降低和抗酶消化性减弱。这一看似矛盾的现象表明,完全糊化可能并非必要;常压糊化可以保留耐热B型晶体(维持RS2骨架),同时将热不稳定的非晶区域转化为另一种耐热的V型晶体结构。这可能是提高HAMS抗消化性和热稳定性的新方法。
因此,我们假设通过常压烹饪保留HAMS的耐热部分,并利用其不耐热部分与脂肪酸形成强V型晶体,可以改善其抗消化性。实验中,HAMS经过常压烹饪处理,保留了其天然的耐热B型晶体(RS2特性),同时允许部分溶解的直链淀粉与不饱和脂肪酸复合形成V型包合物(RS5),构建B型与V型复合晶体结构。这种策略不仅可以避免高压/化学处理带来的能源消耗和污染问题,还能通过B型晶体(双螺旋紧密堆积)和V型晶体(单螺旋疏水包裹)的协同作用抑制淀粉酶的降解。HAMS-FA复合物在质地和可消化性方面的差异通过其结构和物理化学性质得到了解释。此外,先前的研究表明,脂肪酸饱和度的增加可以提高链排列的有序性并减缓消化速率(Cai, Tian, Sun, & Jin, 2022; Li et al., 2021)。此外,由不饱和脂肪酸形成的RS5不仅保护了易氧化的脂质,还为食品提供了额外的营养价值。然而,不饱和脂肪酸在常压烹饪下与HAMS的复合行为及其对复合体热稳定性和抗消化性的影响尚不明确。因此,本研究还探讨了脂肪酸饱和度的影响,为采用低能耗和简单方法制备耐热HAMS-脂质复合物提供了新的思路。

材料

高直链淀粉玉米淀粉(HAMS)(Xiangyu 1945,直链淀粉含量:72.0%,水分含量:11.8%,分子量:1.9×10^6 g/mol)由北京全音祥宇生物技术有限公司提供。油酸(C18:1,OA)购自上海新华药业试剂有限公司。亚油酸(C18:2,LOA)和亚麻酸(C18:3,LNA)购自北京InnoChem科技有限公司。葡萄糖氧化酶-过氧化物酶(GOPOD)试剂盒

晶体结构

HAMS经过常压或高压烹饪后,与各种不饱和脂肪酸复合形成HAMS-脂肪酸(HAMS-FA)复合物。样品的XRD图谱和相对结晶度见图1。天然HAMS呈现B型晶体结构,衍射峰位于5.7°、15°、17°、22°和24°附近,同时存在一个较弱的V型峰(Chang, He, & Huang, 2013)。与脂肪酸复合后,HPS-FA和APS-FA复合物均显示出...

结论

通过常压烹饪HAMS并与不饱和脂肪酸复合,成功制备出了具有B型与V型复合晶体结构的APS-FA复合物。HAMS的耐热B型晶体结构得以保留,而其不耐热部分转化为具有V型晶体结构的淀粉-脂质复合物。APS-FA复合物表现出更高的抗消化性和热稳定性,这归因于其更有序的结构和较低的膨胀性...

作者贡献声明

马荣荣:撰写初稿、实验研究、数据整理、概念构思。刘畅:撰写初稿、实验研究、概念构思。陈浩:资源准备、实验研究。潘晓华:撰写、审稿与编辑。田瑶琪:撰写、审稿与编辑、指导、资源协调。

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

本研究得到了国家重点研发计划(2024YFF1105602)和国家自然科学基金(编号32472270)的支持。
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