《Food Chemistry》：Rheological, thermal, pasting, structural and in-vitro digestibility properties on complex of physically modified Kodo millet starch with quercetin
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该研究探究了高梁淀粉经退火（KAN）、热湿处理（KHT）和超声处理（KUS）后与槲皮素（Q）形成复合物的特性，通过物理化学、结构、热学和体外消化分析发现，改性及复合均显著改变淀粉的 amylose含量、膨胀能力、吸水吸油性及凝胶特性。其中KHT-Q和KUS-Q复合物的复合指数分别达12.31%和18.54%，抗性淀粉含量为38.7%和24.57%。复合淀粉表现出峰值粘度降低24.08%、短程结晶度增加4.86%及冷冻稳定性提升至83.44%。多变量分析表明KHT-Quercetin复合效果最优，证实物理改性可破坏淀粉分子结构，增强与多酚的非共价结合，为开发低GI功能性食品提供新途径。
Vaidhya Rukmangathan Bharathvaj | Chikkaballapur Krishnappa Sunil | Ashish Rawson | Veerapandian Chandrasekar | Nagarethinam Baskaran | Natarajan Venkatachalapathy
印度坦贾武尔国家食品技术、创业与管理研究所
摘要
本研究探讨了物理改性方法（退火（KAN）、热湿处理（KHT）和超声波处理（KUS）对科多小米淀粉与槲皮素（Q）复合体形成的影响。通过物理化学、结构、热学及体外消化实验发现，这些改性处理显著改变了淀粉的直链淀粉含量、膨胀能力、吸水性和吸油性以及凝胶化特性。值得注意的是，KHT-Q和KUS-Q复合体的复合指数分别达到了12.31%和18.54%，且抗性淀粉含量也有所提高（分别为38.7%和24.57%）。改性后的淀粉表现出较低的峰值粘度（降低了24.08%）、较高的短程结晶度（增加了4.86%），以及更好的冻融稳定性（KHT-Quercetin组最高可达83.44%）。结构分析结果证实了这些变化。多元分析表明，KHT-Quercetin对所有评估参数的影响最为显著。该研究强调了在多酚复合前进行物理改性的潜力，有助于调整淀粉的性质，以应用于功能性食品，为开发低血糖指数、高营养价值的食品产品提供了新的途径。
引言
小米是一类具有优异气候适应性、低投入需求和高营养价值的小型谷物（Ho & Yamamoto, 2025; Siliveru & Vara Prasad, 2022）。小米天然不含麸质，富含膳食纤维和必需的微量营养素（Mahajan et al., 2021）。尽管如此，小米在全球食品体系中的利用仍然不足，仅占国际谷物贸易的不到3%（Ho & Yamamoto, 2025）。为了充分利用小米的优势，需要在整个价值链上协调努力。从加工和增值的角度来看，对小米特性的研究至关重要。淀粉约占小米组成的60-70%（Mahajan et al., 2021），其衍生物在食品工业中广泛用作各种食品的添加剂（Vilela et al., 2026）。然而，淀粉作为主要的碳水化合物来源，会导致血糖水平急剧上升，这与2型糖尿病、肥胖症和心血管疾病等代谢紊乱的发病率增加密切相关（Zhu & Gilbert, 2024）。此外，天然淀粉存在许多技术功能上的局限性，如抗剪切和热应力能力弱、易发生回生以及持水能力不足，这些因素严重限制了其在工业食品中的应用（Compart et al., 2023; Sharanagat et al., 2023）。因此，开发具有改进技术功能和消化特性的食品变得十分必要。
通过物理、化学和酶法对淀粉进行改性可以改善其功能特性并减缓消化速度（Compart et al., 2023）。已有许多研究分析了不同物理热处理和化学处理对小米淀粉结构的影响（Sherin et al. 2024a; Bharathvaj et al., 2025; Sharath Kumar et al., 2025）。然而，仍有部分小米品种未被充分研究，其中就包括科多小米（Paspalum scrobiculatum）。与其他小米淀粉相比，科多小米淀粉的抗性淀粉含量较高（约36%），由于其优异的营养价值、气候适应性和在可持续食品系统中的潜在作用，近年来重新受到了关注（Kumari et al., 2023; Mahajan et al., 2021）。
虽然现有的改性方法已证明能有效改善淀粉的性能，但生活方式的改变和加工食品消费量的增加给人类健康带来了诸多挑战。为应对这一问题，亟需开发更多健康导向的食品和成分（Pagliai et al., 2021; Vitale et al., 2024）。近年来，将淀粉与植物来源的多酚复合已被证明能提升基于淀粉的食品的营养和功能特性（Sun et al., 2019; Wu et al., 2024; Xu et al., 2021）。多酚是植物产生的次级代谢物，具有多种保健功效（如抗炎、抗氧化等）（de Araújo, de Paulo et al., 2021）。淀粉与多酚之间的相互作用会改变淀粉分子的结构，从而限制淀粉分子与水解酶的结合（Van et al., 2022; Wu et al., 2024; Zheng et al., 2020）。此外，多酚还能通过竞争性和非竞争性机制抑制关键碳水化合物消化酶的活性，有效降低消化速率，改善肠道健康（de Araújo, de Paulo et al., 2021; Wu et al., 2024）。从技术功能的角度来看，淀粉-多酚复合物有助于抑制淀粉的回生，并作为生物活性多酚的保护性载体（Li et al., 2020; Liu, Zhao et al., 2025; Zeng et al., 2022）。这种双重作用不仅增强了多酚的生物利用度及其抗氧化效果，还保持了淀粉结构的稳定性（Lu et al., 2024; Yu et al., 2022; Zhang et al., 2023）。绿色和非化学加工方法的发展（如介质研磨、超声波-微波协同处理、高压处理等）进一步推动了淀粉-多酚复合技术在工业规模上的应用（Li et al., 2024; Wang et al., 2025; Zhao et al., 2019; Du et al., 2019; Guo et al., 2019），为设计具有更好代谢功能、加工稳定性和健康益处的新一代淀粉基食品提供了可能。
槲皮素是一种具有强大抗氧化作用的多酚化合物，具有多种保健效果，包括抗炎、免疫抑制、抗过敏和抗神经退行性作用（Liu, Lu et al., 2025; Vollmannová et al., 2024）。但由于其在水介质中的稳定性较差以及加工过程中的不稳定，其在食品中的应用受到限制。因此，将其与淀粉复合成为一种可行的选择。本研究旨在探讨不同物理处理方法（退火、热湿处理和超声波处理）对科多小米淀粉与槲皮素复合的影响，以及由此带来的结构、技术功能和消化特性的变化。
原材料和化学品
科多小米（Paspalum scrobiculatum）颗粒购自印度泰米尔纳德邦坦贾武尔的一家超市。槲皮素（95%水合物）购自印度孟买的Loba Chemie Pvt. Ltd.
从科多小米颗粒中提取淀粉
淀粉的提取方法参考了Han et al. (2021)的研究。首先将科多小米颗粒研磨成细粉，然后通过250 μm筛网过滤，并在室温下用0.2%的氢氧化钠溶液浸泡12小时。
化学组成
淀粉的含水量是影响产品质量和微生物生长敏感性的关键参数。原始淀粉的含水量为12%（湿基），改性淀粉的含水量范围为7.665%至13.605%，而复合淀粉的含水量范围为4.510%至7.030%（表1）。复合淀粉的含水量有所下降（11.210%至62.430%），这表明淀粉分子结构发生了变化。
结论
总体而言，研究表明物理改性有助于淀粉与槲皮素的复合，从而提高了淀粉的吸水性和抗油性，并产生了抗性淀粉。这些物理处理破坏了紧密堆积的淀粉链，暴露出可供非共价分子相互作用结合的位点。通过对比三种处理方法，可以得出结论：结构的变化促进了淀粉与槲皮素的有效结合。
作者贡献声明
Vaidhya Rukmangathan Bharathvaj： 负责撰写初稿、方法设计、实验研究、数据分析与整理。
Chikkaballapur Krishnappa Sunil： 负责审稿与编辑、结果可视化、验证、项目监督、方法设计、资金申请及概念构思。
Ashish Rawson： 负责审稿与编辑、结果验证及项目监督。
Veerapandian Chandrasekar： 负责审稿与编辑、结果验证及项目监督。
Nagarethinam Baskaran： 负责审稿与编辑。
未引用的参考文献
De Araújo, Ang, Farias and Pastore, 2021
Englyst and Hudson, 2022
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
