利用含有姜黄素的自乳化递送系统，通过微波/超声波辅助的水热处理方法，提高大米中的淀粉-脂质复合物含量及大米的抗消化性

《Food Hydrocolloids》：Enhancing starch-lipid complexes and digestive resistance in rice with curcumin-loaded self-emulsifying delivery systems via microwave/ultrasound-assisted hydrothermal treatments

本研究利用超声波（UA）和微波（MW）预处理结合自乳化递送系统（SEDS）制备姜黄素负载的抗性淀粉水稻产品。通过优化油相（OA/SO）和预处理工艺，显著提高了纳米乳液的稳定性和姜黄素包载效率（94.06 mg/kg DW）。湿热处理（HMT）后，OA-SEDS组抗性淀粉含量达28.53%，estimated glycemic index（eGI）最低79.23，且形成V型结晶和I型复合物。实验证实MW预处理结合HMT可协同增强淀粉抗消解特性与姜黄素生物利用率，为开发功能性抗性淀粉水稻提供新策略。

　　

刘宗智|蒋毅展|李伯贤|蒋伯元

国立中兴大学食品科学与生物技术系，台湾台中市南区兴达路145号，40227

摘要

V型抗性淀粉（RS）因其抗消化性和较低的估计血糖指数（eGI）而受到广泛关注。近年来，超声波（UA）和微波（MW）处理已被广泛应用于稻米淀粉的生产中以制备抗性淀粉，而直接修改完整稻米颗粒的方法仍相对有限。自乳化递送系统（SEDS）可以有效改善脂质分散并减小液滴尺寸。然而，将SEDS与淀粉结合以增强抗消化性的研究仍然较少。在本研究中，制备了载有姜黄素的SEDS，并使用MW或UA预处理方法将其加载到稻米颗粒中。评估了SEDS的纳米乳液特性及其在消化过程中的脂解行为。经过热湿处理后，分析了稻米的结构特征、姜黄素含量/抗氧化能力以及体外淀粉水解情况。结果表明，OA-SEDS的液滴尺寸（442.00纳米）和ζ电位（?47.10毫伏）均小于SO-SEDS。与UA预处理相比，MW预处理提高了姜黄素的负载量（94.06毫克/千克干重）和抗氧化能力（277.91毫克TE/千克干重）。经过热湿处理（HMT）后，MW和UA预处理均诱导了V型结晶并形成了I复合物。在所有处理方法中，8小时的热湿处理产生了最高的RS含量（17.65%–28.53%）和最低的eGI值（79.23–84.51）。总体而言，选择合适的油相和预处理策略可以有效提高姜黄素的保留率和抗消化性，为开发抗消化性的富含姜黄素的稻米产品提供了可行的方法。

引言

近年来，随着社会的发展和生活质量的提高，消费者越来越关注饮食摄入和营养价值。因此，作为膳食纤维的抵抗性淀粉（RS）已成为重要的研究焦点（Wang等人，2023年）。根据在肠道消化过程中的水解速率，淀粉被分为快速消化淀粉（RDS，0–20分钟）、缓慢消化淀粉（SDS，20–120分钟）和抗性淀粉（RS，>120分钟）（Englyst等人，1992年）。富含RS的食物被认为对糖尿病患者有益，因为RS可以抵抗在小肠中的吸收并可能降低餐后血糖水平（Wang等人，2023年；Awais等人，2025年；Lee & Lai，2025年）。目前提高RS含量的策略包括物理、化学和酶法改性。值得注意的是，与通常具有环境问题和高成本的化学和酶法相比，物理改性方法（如微波、超声波、高压和水热处理）通常更环保且对消费者更安全（Lin等人，2024年）。

在各种RS类型中，5型抗性淀粉（RS5）是通过淀粉-脂质复合作用形成的，这种复合作用是由脂质的疏水烷基链嵌入直链淀粉的螺旋腔中驱动的，从而形成V型晶体结构。RS5有效地减缓了在小肠中的酶解速率，从而降低了估计的血糖指数（eGI）（Gu等人，2025年；Lee & Lai，2025年）。此外，由于其抗消化性，RS5能够完整地到达结肠，在那里被肠道微生物群发酵产生短链脂肪酸（SCFAs），如丁酸，这对肠道健康有益（Wang等人，2023年；Lee & Lai，2025年）。然而，大多数机制研究和制备策略主要集中在淀粉粉末上。当需要保持稻米颗粒的结构完整性时，这些改性方法往往不适用（Gao等人，2024年）。Zhang等人（2024年）和Gao等人（2024年）通过浸渍成功将油酸引入稻米颗粒以增加RS含量。然而，浸渍过程中油滴尺寸和分散质量的变化可能会影响脂质与直链淀粉之间的相互作用效率（Zhou等人，2025年）。具体来说，较大的油滴和在水相/溶剂中的不良分散会阻碍淀粉-脂质复合物的形成。因此，以细分散的状态将脂质输送到稻米中是优化完整稻米颗粒中RS5形成效率的先决条件。

为了克服完整稻米颗粒带来的物理障碍，可以使用自乳化递送系统（SEDS）生成具有优异分散性的纳米级油滴，从而提高与颗粒内直链淀粉螺旋腔的复合效率（Lin等人，2025年；Zhou等人，2025年）。最近，SEDS还被证明是输送疏水性植物化学物质（如姜黄素和番茄红素）的有效载体。通过脂质、表面活性剂和辅助表面活性剂的协同作用，SEDS增强了这些化合物的稳定性和生物利用度（Liang等人，2023年；Lin等人，2025年）。此外，SEDS用水稀释后可以快速自发形成热力学稳定的纳米乳液，通常不需要额外的聚合物稳定剂（如碳水化合物或蛋白质）（Uttreja等人，2025年；Lin等人，2025年）。为了促进SEDS衍生的纳米乳液渗透到稻米微结构中，可以使用超声波（UA）和微波（MW）等物理方法破坏颗粒的物理屏障。UA产生的空化效应和微喷射可以在稻米表面引起局部侵蚀和微裂纹，从而促进纳米乳液通过微通道的渗透（Zhang等人，2024年；Gao等人，2024年）。相比之下，MW的介电加热会在内部和外部产生温度和湿度梯度。结合局部水蒸发引起的内部压力和结构松弛，MW会生成微孔，增加自由体积，并促进纳米乳液向内部基质的扩散（Yan等人，2019年；Dong等人，2024年）。通过改变稻米颗粒和淀粉颗粒的物理屏障和孔结构，建立了纳米级液滴的传输途径，从而最大化脂质与直链淀粉之间的接触概率。SEDS纳米乳液渗透后，随后的热湿处理（HMT）促进了直链淀粉的重新排列及其与相邻脂质或脂肪酸的复合，从而增强了RS5的形成（Lin等人，2024年）。

姜黄素是一种疏水的黄橙色植物化学物质。由于其共轭β-二酮结构和酚羟基，姜黄素表现出强大的抗氧化活性和多种生物功能，包括对心血管疾病、炎症和抑郁的潜在保护作用（Bertoncini-Silva等人，2024年；Unhapipatpong等人，2025年；Vafadar等人，2024年）。然而，姜黄素的治疗效果常常受到其低生物利用度和吸收不良的阻碍（Bertoncini-Silva等人，2024年）。因此，将姜黄素纳入SEDS形成纳米级液滴，并同时将脂质和姜黄素输送到稻米微结构中，可能有助于开发具有双重益处的功能性稻米产品：提高姜黄素的生物利用度和抗消化性。这种方法为设计和开发功能性主食提供了新的策略。

本研究利用体外消化时间来模拟从小肠近端到远端的消化过程。研究了RDS、SDS和RS在小肠段中的水解动态，以及未复合油滴的脂解情况，以评估姜黄素在近端的释放和远端的抗消化性能的协同潜力。开发了多种载有姜黄素的SEDS配方，并结合了UA和MW预处理，随后进行了HMT。评估了SEDS纳米乳液的特性，包括液滴尺寸、ζ电位、多分散指数（PDI）及其动态脂解情况。使用FE-SEM、ATR-FTIR、XRD、CI、DSC和RVA分析了姜黄素自乳化稻米（CSER）的结构特性。我们量化了姜黄素的负载量、抗氧化活性和淀粉水解情况，同时评估了抗性淀粉的形成和脂解（姜黄素的释放）。通过主成分分析（PCA）明确了各种物理改性和SEDS配方对稻米抗消化性的影响。这种加工策略采用了低能耗、环境可持续的物理改性方法，展示了开发功能性稻米产品的绿色技术。

材料与姜黄素自乳液（CSE）的制备

台南11号稻米（直链淀粉12.00%–19.99%，支链淀粉80.01%–88.00%）从中兴合作社（台中，台湾）购买。姜黄素提取物粉末（纯度≥95%）从欣康乐有限公司（台中，台湾）获得。油酸（OA）从申邱企业有限公司（台中，台湾）购买。葵花籽油（SO）从标准食品公司（台中，台湾）购买。聚氧乙烯甘油单油酸酯（Tween 80）和甘油单油酸酯（Span 80）从

C-SEDS的微观结构和乳液质量

SEDS的粒径分布和界面电荷可以通过PDI和ζ电位来描述。PDI反映了乳液中液滴尺寸分布的宽度。PDI < 0.3通常表示相对单一分散的乳液，具有均匀的液滴分布和相对稳定的系统，而PDI > 0.70表示非常宽的尺寸分布，通常被认为是高度多分散的乳液，可能与聚集有关

结论

在评估自乳化配方时，使用OA作为油相产生了更负的ζ电位和更小的平均粒径。模拟消化表明，姜黄素可以优化油-水界面和液滴微观结构，促进产品从界面转移到水相/混合胶束中，从而提高脂质产品的可利用性和承载能力。油相的选择进一步影响了RS5的形成：

CRediT作者贡献声明

蒋毅展：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，方法学，概念化。刘宗智：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，方法学，正式分析，数据管理，概念化。蒋伯元：可视化，研究。李伯贤：研究。

未引用参考文献

Castro-Campos等人，2024年；Dong等人，2025年；El Hosry等人，2025年；Kumar和Loos，2019年；Lie Ken Jie和Yan-Kit，1988年；McClements和Li，2010年；Pesek和Silaghi-Dumitrescu，2024年；Washington和Davis，1987年；Yaikwawong等人，2024年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本研究报告的工作。

致谢

本研究得到了国家科学技术委员会（NSTC）项目114-2221-E-005-020-和农业部（MOA）项目114AS-4.2.1-FD-01的支持。感谢国立中兴大学仪器中心提供的ATR-FTIR、XRD和SEM测量的支持。也感谢Tsung-Fu Lin先生（Number One Biotech Inc.）提供的材料支持。