《LWT》：Investigation of physicochemical properties, digestibility, and 3D printability of three unripe mango pulp starches
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为应对未熟芒果资源浪费的可持续发展挑战，研究人员聚焦于三个芒果品种果肉淀粉的多尺度结构、理化特性、消化性及3D打印性，系统揭示了其结构-功能关联，为开发具有可调控消化特性和打印性能的功能食品提供了新思路。
芒果以其独特的风味、丰富的营养和潜在的健康益处而广受青睐。成熟的芒果果实常被加工成果汁、果酱和罐头等产品，而那些因极端天气或机械损伤而损失的未熟芒果则常常被丢弃，造成了巨大的资源浪费和环境负担。因此，对未熟青芒果进行高值化利用成为了一个关键的可持续性议题。淀粉是未熟芒果果肉的关键成分，但长期以来，人们对源自未熟芒果果肉的淀粉的多尺度结构和消化特性缺乏系统了解，这阻碍了将其作为一种可持续淀粉来源进行高值化利用的潜力。与来自芒果种子的淀粉相比，果肉淀粉作为薄壁细胞内的临时碳汇，与高浓度的细胞壁多糖、果胶和可溶性糖共存，其结构和功能特性可能更为独特。不同品种的未熟芒果果肉淀粉在结构上可能存在显著差异，进而影响其糊化、流变、消化行为以及热挤出3D打印过程中的打印精度和形状稳定性。为了深入挖掘这些被低估的芒果淀粉的价值，一项研究应运而生，该研究系统比较了象牙芒、金煌芒和台农芒三个主要商品芒果品种的未熟果肉淀粉，旨在阐明其结构如何决定功能，相关成果已发表于《LWT》期刊。
为了回答上述问题，研究人员开展了一项综合性研究。他们从中国海南省三亚市的商业种植园收集了三个品种的未熟芒果果实。研究采用了多尺度结构表征方法，包括尺寸排阻色谱、荧光辅助碳水化合物电泳、小角X射线散射、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱和流变学分析，以关联分子、片层和颗粒特征与淀粉的消化性和3D打印性。此外，还系统测定了淀粉的理化特性、热特性、糊化特性、流变特性、溶解性和溶胀力，并进行了体外消化动力学模拟和热挤出3D打印实验。
3.1. 三种芒果淀粉的化学成分和直链淀粉含量
通过化学成分分析发现，金煌芒果淀粉的直链淀粉含量最高（25.25 g/hg），而台农芒果淀粉和象牙芒果淀粉的直链淀粉含量相近（约21 g/hg）。提取产率、总淀粉、水分、蛋白质、脂质和灰分含量在不同品种间也存在差异。
3.2. 三种芒果淀粉的形态学表征
扫描电镜观察显示，三种淀粉颗粒形状不均一，包括光滑的球形和不规则的截断形。偏光显微镜显示象牙芒果淀粉和金煌芒果淀粉的双折射强度略高于台农芒果淀粉。共聚焦激光扫描显微镜图像揭示了所有三种淀粉都存在从中心脐点向外辐射的同心生长环。
3.3. 三种芒果淀粉的粒度分布分析
粒度分析表明，象牙芒果淀粉的平均粒径最大，为14.49 ± 0.23 μm，其次是金煌芒果淀粉和台农芒果淀粉。粒度分布相对均匀。
3.4. 通过SEC和FACE确定的淀粉分子链结构
尺寸排阻色谱分析证实金煌芒果淀粉具有最高的直链淀粉含量，而象牙芒果淀粉尽管直链淀粉含量较低，但其直链淀粉的平均链长最长。荧光辅助碳水化合物电泳分析显示，台农芒果淀粉的支链淀粉链略长。
3.5. 三种芒果淀粉的短程有序结构
傅里叶变换红外光谱分析表明，金煌芒果淀粉的短程有序结构最强，无定形区域比例也最高。拉曼光谱结果进一步证实，象牙芒果淀粉的短程有序结构最低。
3.6. 晶体和片层结构
X射线衍射分析显示，三种芒果淀粉均具有C型晶体特征，其中象牙芒果淀粉的相对结晶度最高（30.9%）。小角X射线散射分析揭示了纳米尺度的片层结构特征，如片层重复距离、结晶层厚度和无定形层厚度，不同品种间存在差异。
3.7. 理化性质
差示扫描量热法分析表明，象牙芒果淀粉的起始糊化温度最低，而台农芒果淀粉的最高。金煌芒果淀粉的糊化焓变最高。布拉本德粘度测试显示，金煌芒果淀粉的峰值粘度最高，而象牙芒果淀粉的最终粘度最高且崩解值最低。流变学测试表明，所有淀粉均表现出剪切稀化行为，象牙芒果淀粉的凝胶强度最高。溶解性和溶胀力测试显示，在较高温度下，金煌芒果淀粉的溶解性和溶胀力最强。
3.8. 体外消化动力学模拟分析
体外消化动力学研究表明，三种淀粉的快速消化淀粉含量无显著差异。金煌芒果淀粉的慢消化淀粉含量最高，而台农芒果淀粉的抗性淀粉含量最高。消化动力学参数显示，象牙芒果淀粉的快速消化速率最高，而金煌芒果淀粉的最终总消化率最高。
3.9. 三种芒果淀粉的三维打印性
3D打印性能评估显示，在19和22 g/dL浓度下，金煌芒果淀粉打印的结构完整性最佳，形状保真度和打印精度最高，打印稳定性也优于其他两种淀粉。象牙芒果淀粉在较高浓度下容易出现打印缺陷。
研究的结论部分对上述发现进行了整合与讨论，强调了其重要意义。本研究表明，品种驱动的多尺度结构差异决定了未熟芒果果肉淀粉的消化特性和3D打印性。具体而言，金煌芒果淀粉因其最高的短程有序结构、直链淀粉含量和良好的水结合能力，表现出平衡的粘度和结构完整性，从而具有最佳的3D打印适性。台农芒果淀粉则因其高度分支的支链淀粉结构和最高的起始糊化温度，展现出最强的酶抗性。象牙芒果淀粉凭借最高的相对结晶度、较长的直链淀粉链和最强的凝胶强度，在需要高粘度和结构稳定性的应用中具有潜力。这些发现深化了对未熟芒果果肉淀粉的理解，并使其能够作为一种可持续原料，用于开发具有可调控消化特性和3D打印性的高附加值功能性食品，为未充分利用的芒果资源的高值化利用开辟了新途径。未来的研究可扩展到更多芒果品种和未熟阶段，并进一步探索不同打印条件下的淀粉打印性能。
