首次利用冷等离子处理过的水对红藻（Mazzaella japonica）进行全面的多酚成分分析及抗氧化性能评估

《Food Chemistry》：First comprehensive phenolic profiling and antioxidant assessment of red seaweed ( Mazzaella japonica) using cold plasma-treated water

电子束辐照联合酶解脱支链与热-湿度处理制备高抗性豌豆淀粉，系统评估多尺度结构演变及理化特性。结果显示6 kGy辐照结合脱支链与热处理使RS3含量达86.9%，EBI降低分子量并提升直链淀粉比例至35.8%，HMT促进结晶区形成，结晶度提升至30.9%，显著增强热稳定性和抗酶解能力。

　　

曾凯晓|史佳丽|徐敏明|王丽娟|蔡克洲|任发政|刘思远

摘要

电子束辐照（EBI）是一种新兴的物理改性方法，用于改善淀粉的结构和功能特性。在本研究中，通过结合电子束辐照、酶法脱支、重结晶和热湿处理（HMT），从天然豌豆淀粉制备了3型抗性淀粉（RS3）。系统评估了这些改性对淀粉多尺度结构、物理化学性质和消化性的影响。在100°C下煮沸后，经过6 kGy电子束辐照、脱支和热湿处理的RS3样品具有最高的RS含量（86.9%）。电子束辐照降低了分子量，并增加了直链淀粉含量（从28.2%增加到35.8%）和双螺旋结构含量（从42.0%增加到48.8%），同时没有改变淀粉的结晶度和颗粒形态。脱支作用提高了淀粉链的均匀性，尤其是在低流体动力学半径（Rh）范围（0.1–10 nm）内。热湿处理促进了结晶区的形成，使得低q范围内的微有序聚集体更加密集。直链淀粉含量（从53.1%增加到87.2%）、双螺旋结构含量（从52.1%增加到70.7%）和结晶度（从22.8%增加到30.9%）的进一步提高，共同增强了淀粉的酶抗性和热稳定性。本研究为开发具有高煮后抗性的清洁标签RS3产品提供了宝贵的见解。

引言

3型抗性淀粉（RS3）通常是通过天然淀粉糊化后的重结晶过程形成的（Ma, Hu & Boye, 2020）。传统的制备方法包括酸水解、糊化、酶法脱支和重结晶（Shi et al., 2023; Zeng et al., 2025）。在这个过程中，酸水解作为初始步骤，用于降低淀粉浆的粘度并防止糊化引起的凝胶化，否则会阻碍有效的脱支（Jiang et al., 2025; Liang et al., 2024）。虽然酸水解能有效破坏淀粉结构，但它往往会导致过度的水解损失，无法满足清洁标签的要求，从而限制了其在大规模和可持续生产RS3中的应用（Jeong & Shin, 2018）。因此，开发能够精确调控淀粉结构的绿色可控改性技术对于生产高质量RS3至关重要。

绿色淀粉改性策略主要包括物理和酶法（Bangar, Singh, Ashogbon & Bobade, 2023）。传统的物理处理方法——如热湿处理（HMT）、退火、微波辐照和超声波——可以显著改变淀粉的物理化学性质，包括吸水性、溶解性和膨胀行为（Chi et al., 2024; Wang, Zhang, Chen & Li, 2016; Zhou et al., 2024）。然而，这些方法通常只引起微小的分子级变化。近年来，电子束辐照（EBI）作为一种有前景的非热物理改性技术在食品工业中得到了应用（Liang et al., 2022）。EBI利用高能电子与材料相互作用，具有高效、安全、环保和精确可控等优点（Zhao et al., 2024）。它特别适用于快速和有针对性的淀粉改性。在淀粉系统中，EBI选择性地切割α-1,6-糖苷键——这些键更容易受到辐射分解——而不会显著改变颗粒形态（Zheng et al., 2024）。这种有针对性的切割模仿了脱支效果，从而增加了线性直链淀粉的比例，提高了淀粉的回生能力和RS3的形成。

为了进一步提高线性链含量，可以应用普鲁兰酶进行酶法脱支（Wang, Zhang, Chen & Zhong, 2020）。普鲁兰酶特异性地水解α-1,6-糖苷键，从而在重结晶过程中形成更多的线性链，有利于形成抗酶的双螺旋结构（Tang et al., 2022）。当EBI与酶法脱支结合使用时，可能对淀粉的结构重排产生协同效应，同时减少所需的酶用量，具有经济和功能上的优势。

此外，热湿处理（HMT）是一种广泛用于促进淀粉重结晶的物理技术（Wang, Hu, Zhan, Xu & Tian, 2020）。通常在20–35%的湿度、90–130°C的温度下进行，处理时间从15分钟到16小时不等，HMT促进了分子重组，增加了半结晶区域的形成，从而提高了淀粉对酶水解的抵抗力（Fonseca, Halal, Dias & Zavareze, 2021; Piecyk & Domian, 2021）。许多研究表明，HMT显著提高了各种淀粉来源的RS含量。例如，先前的研究报道，用30%的湿度在120°C下处理6小时的米淀粉在煮后仍保持高RS含量，从22.1%增加到49.1%（Van Hung, Binh, Nhi & Phi, 2020）。

然而，很少有研究考察了通过EBI辅助脱支处理得到的重结晶淀粉的结构演变，或研究后续HMT对其消化性的影响。本研究假设EBI处理改变了豌豆淀粉的分子结构，从而增强了其重结晶潜力。后续的脱支过程预计将进一步促进重结晶能力，而HMT可能细化结晶结构，提高热稳定性和酶水解抵抗力。系统研究了这些连续改性对豌豆淀粉多尺度结构特征和消化性的影响。这些发现为RS3形成的结构转变机制提供了理论见解，并支持通过环保加工策略开发清洁标签、热稳定的RS3。

材料

天然豌豆淀粉购自中国烟台双塔有限公司。直链淀粉测定试剂盒和D-葡萄糖测定试剂盒购自爱尔兰Bray的Megazyme International Ltd。微生物普鲁兰酶（E2412, EC 3.2.1.41, ≥1000 NPUN/g）、猪胰α-淀粉酶（来自猪胰腺，8 U/mg）和淀粉葡萄糖苷酶（300 U/mL）购自上海Sigma-Aldrich Trading Co., Ltd。本研究中使用的所有其他化学品均为分析级。

电子束辐照（EBI）

天然豌豆淀粉被密封在

天然和EBI处理后的豌豆淀粉的分子结构

天然和EBI处理后的豌豆淀粉的完整分子大小分布如图1A所示。通过积分面积法确定的支链淀粉与直链淀粉的分布范围和相对比例总结在表1中。为了便于比较，所有分布都归一化到峰值最大值，以便直接比较不同淀粉样品的相对分子大小。天然和EBI处理后的豌豆淀粉都表现出双峰分布

结论

EBI处理在脱支和热湿处理后增强了豌豆淀粉的重结晶能力，从而在煮沸后显著提高了RS含量。6 kGy-GDRH样品的RS含量最高（86.9%），明显高于未辐照的改性淀粉（0 kGy-GDRH的38.6%）。本研究从多尺度结构特征的角度阐明了结构改性对RS3消化性影响的机制。

CRediT作者贡献声明

徐敏明：软件、方法论、概念设计。史佳丽：软件、方法论、概念设计。蔡克洲：写作——审稿与编辑、项目管理。王丽娟：写作——审稿与编辑、项目管理。刘思远：写作——审稿与编辑、项目管理、方法论、资金获取、概念设计。任发政：写作——审稿与编辑、资源协调、项目管理。曾凯晓：写作——初稿撰写、方法论、实验设计。

未引用的参考文献

Atichokudomchai et al., 2004; Englyst et al., 1992; Kim et al., 2023; Li et al., 2015; Li et al., 2019; Li et al., 2011; Liu et al., 2020; Liu et al., 2019; Liu et al., 2010; Wang et al., 2016; Wang et al., 2020; Wang et al., 2020; Wang et al., 2020; Wang et al., 2022; Wang et al., 2020.

数据可用性

本文描述的研究没有使用任何数据。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究的资金支持来自中国国家自然科学基金（编号32472263）、河南省自然科学优秀青年学者基金（编号242300421105）和河南省科技重大项目（编号241110110300）。