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本研究系统探究了不同链长脂肪酸（C12-C18）与β-乳球蛋白组装顺序对小麦淀粉三元复合物形成、结构及体外消化率的影响。结果表明：短链脂肪酸优先组装（WS-βLG-FA）时形成更致密晶体结构，抗淀粉酶能力显著增强，消化率降低达29.79%；而长链脂肪酸则需先与淀粉结合（WS-FA-βLG），此时复合物结晶稳定性最优。该发现揭示了脂肪酸链长与组装顺序对复合物功能调控的构效关系，为低GI淀粉基食品开发提供了新理论框架。
张思杰|张新瑞|刘金|杨金初|徐新培|田海龙|王振|王柳阳|周新鹏|黄继红
中国河南省开封市河南大学农学院作物抗逆适应与改良国家重点实验室，邮编475004
摘要
小麦淀粉（WS）的快速消化会导致餐后血糖水平升高，这与人类健康密切相关。β-乳球蛋白（βLG）和脂肪酸（FA）可以与WS相互作用，从而调节其消化性。然而，FA链长和组装序列对WS-βLG-FA复合物的形成、结构和消化性的协同效应仍不清楚。为了解决这个问题，研究了WS与不同链长（月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸）的βLG之间的相互作用，以及这些三元复合物的形成机制、结构和消化性。研究结果表明，三元复合物具有更紧凑的晶体结构和更密集的颗粒形态，这使其对淀粉酶具有更强的抗性，从而降低了消化性。值得注意的是，发现了一种依赖于FA链长的组装规则：对于短链FA（月桂酸和肉豆蔻酸），βLG先与WS结合的序列（WS-βLG-FA）表现出更好的乳化性能，形成了具有更强氢键、更高多尺度结构有序性和更强酶抗性的复合物。相反，对于长链FA（棕榈酸和硬脂酸），FA先与WS结合的序列（WS-FA-βLG）是最优的，其结合亲和力最强，晶体稳定性最高，抗性淀粉含量也最高（例如，WS-棕榈酸-βLG的抗性淀粉含量为29.79%）。总体而言，最佳组装序列由FA链长决定，这导致了调节WS、βLG和FA复合物结构稳定性和消化性的不同途径。本研究为设计低血糖指数的淀粉基复合物提供了理论基础。
引言
作为主要的碳水化合物来源，淀粉为人体提供必需的能量（Fan等人，2025年）。然而，其快速消化会导致餐后血糖水平急剧上升，从而带来潜在的健康风险（Liu等人，2025年）。因此，通过调节淀粉的消化性来增加慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的含量是稳定血糖水平、预防慢性疾病并最终改善公共卫生的关键策略。目前，与生物活性配体（如脂肪酸和蛋白质）形成的淀粉基三元复合物被归类为RS，并可作为低血糖指数食品（Liu等人，2025年），这使它们成为减少餐后血糖反应研究的主要焦点。
淀粉、蛋白质和FA之间的疏水相互作用、氢键和范德华力是促进三元复合物形成的主要驱动力（Wang等人，2024年）。然而，不同类型淀粉、FA结构和蛋白质构象的变化导致复合物形成和潜在分子相互作用机制的显著异质性。例如，Chen等人（2021年）报告称，β-乳球蛋白与月桂酸之间的相互作用并未显著促进淀粉-蛋白质-FA复合物的形成。然而，Liu和Luo等人（2025年）指出，乳清蛋白的乳化性质有助于淀粉-油酸-乳清蛋白复合物的形成。同样，关于长链FA的研究结果也不一致。例如，Hu等人（2025年）表明，长链FA通过与高直链淀粉和乳清分离蛋白的单螺旋结构的疏水相互作用形成了内源性I型复合物，从而提高了三元复合物的结构稳定性。相反，Zhao等人（2025年）发现，将长链FA与绿豆淀粉和大豆蛋白分离物结合会破坏三元复合物内的交联，显著降低单螺旋的结构有序性。因此，系统研究特定淀粉类型、蛋白质和FA系统内的形成机制和分子相互作用对于调节三元复合物的消化性和优化其营养功能至关重要。
小麦淀粉（WS）是主要的谷物淀粉之一，提供了超过20%的膳食热量，并因其独特的结构和营养特性而受到广泛关注（Huang等人，2022年）。不同碳链长的FA（如月桂酸C12:0；肉豆蔻酸C14:0；棕榈酸C16:0；硬脂酸C18:0）具有不同的物理化学功能和消化特性，最终影响食品的感官特性和人体代谢平衡（Zhao等人，2025年）。β-乳球蛋白（βLG）是一种脂质转运蛋白（Yang等人，2025年），至少含有两个结合位点：一个内部腔室和β桶外表面的α-螺旋附近的间隙（Kontopidis等人，2004年）。这些域可以通过疏水相互作用、共价键、静电相互作用和氢键与FA和淀粉结合，从而调节复合物的功能特性（Sponton等人，2014年）。然而，WS、βLG和不同链长FA之间的形成机制和相互作用仍不甚明了。
此外，现有研究主要集中在形成的三元复合物的结构稳定性和功能特性上（Niu等人，2025年；Yan等人，2025年）。然而，制备过程中淀粉、蛋白质和FA之间的组装序列（即相互作用顺序）如何影响三元复合物的形成、结构和消化性是一个值得关注的研究空白。由于不同链长FA的溶解度、与βLG的结合亲和力以及与直链淀粉空腔的兼容性存在差异（Hu等人，2025年；Yang等人，2025年），我们假设WS、βLG和FA的最佳组装序列由FA链长决定，这导致了调节三元复合物结构稳定性和消化性的不同途径。依赖于FA链长的WS、βLG和FA复合物的组装规则和形成机制仍是一个关键的知识空白，这限制了具有营养和健康促进生理功能的WS基功能性食品的合理设计。
本研究旨在系统阐明组装序列（WS-βLG-FA vs. WS-FA-βLG）和FA链长（月桂酸（LA）、肉豆蔻酸（MA）、棕榈酸（PA）和硬脂酸（SA）对三元复合物的形成、结构和体外消化性的影响。核心创新在于阐明WS、βLG和FA的组装顺序如何通过依赖FA链长的机制影响复合物的形成途径、结构和消化性。通过解析控制复合物形成和消化抗性的结构-功能关系，本研究旨在建立组装WS基三元复合物的基本原理，并为低血糖指数食品成分的合理设计提供新的理论框架。
材料
从小麦淀粉（WS，分子量：1.386×106 g/mol，直链淀粉含量：20.81±1.41%，水分含量：12.51±1.15% w/w，蛋白质含量：0.33±0.01%，脂肪含量：0.59±0.05%）中购买了样品，该样品来自中国新乡的良润全谷物食品有限公司。WS的分子量分布详见表S1。月桂酸（LA，纯度98%）、肉豆蔻酸（MA，纯度98%）、棕榈酸（PA，纯度99.7%）、硬脂酸（SA，纯度99.7%）和β-乳球蛋白（βLG，纯度95%）也购买了相应样品
体外消化
为了明确WS、βLG和FA之间的相互作用对复合物消化特性的影响，进行了体外消化实验。如表1所示，当βLG和FA与WS相互作用时，RS含量显著增加，这与Yan等人（2025年）的研究结果一致。值得注意的是，WS、βLG和FA的组装顺序以及FA链长都显著调节了三元复合物的消化抗性。具体来说，WS先与βLG结合
结论
本研究探讨了WS、不同链长FA和βLG组装顺序对三元复合物的形成、结构和消化性的影响。结果表明，三元复合物主要是通过氢键相互作用形成的。对于含有短链FA的复合物，当WS和βLG先混合再与FA相互作用时，观察到更好的多尺度结构稳定性和更强的酶抗性。相反，对于其他情况的复合物
CRediT作者贡献声明
张思杰：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，软件使用，方法学研究，数据管理，概念构思。张新瑞：撰写 – 审稿与编辑，监督，研究，概念构思。刘金：方法学研究，数据管理。杨金初：方法学研究，数据管理。徐新培：方法学研究。田海龙：撰写 – 审稿与编辑，软件使用。王振：方法学研究。王柳阳：方法学研究。周新鹏：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中央政府引导地方科技发展专项基金（Z20221341069）、中央政府引导地方科技发展专项基金（Z20231811012）、河南省重点研发项目（241111111200）和河南省科技研发联合基金（235200810005）的支持。
