综述：淀粉-多酚复合物及其在体内代谢、肠道微生物群影响和糖尿病治疗潜力的当前认知

本综述系统探讨了淀粉-多酚复合物（作为新型抗性淀粉）的形成机制、体内外代谢特性及其对肠道菌群的调节作用。重点阐述了其通过抑制消化酶活性（如α- amylase）、调控短链脂肪酸（SCFAs）生成和胆汁酸代谢，以及激活AMPK/GLUT4等通路改善胰岛素抵抗的潜力，为开发糖尿病（T2D）膳食干预策略提供理论依据。

　　

摘要

淀粉-多酚复合物被定义为一种新型抗性淀粉，其在体内代谢、对肠道微生物群的影响以及在糖尿病治疗中的应用潜力尚不明确。本综述旨在总结近年来关于多酚多样性结构及其与淀粉相互作用模式、复合物体内外代谢、复合物与肠道微生物群的协同作用，以及其在缓解2型糖尿病（T2D）中的实际应用等方面的研究进展。根据结构和加工方法的差异，淀粉与多酚可形成包合和非包合复合物。复合物的形成可能增强多酚的体内生物利用度，刺激有益肠道细菌（如双歧杆菌属、乳杆菌属和普雷沃菌属）的生长，并有助于糖尿病缓解，但其潜在机制仍需进一步探索。这些见解凸显了应用淀粉-多酚复合物作为益生元改善人类健康的潜力。

1. 引言

2型糖尿病（T2D）等慢性疾病正成为全球健康危机，目前全球约12%的人口受其影响。越来越多的证据表明，这些疾病的发生与不健康饮食和久坐生活方式密切相关。作为主要的膳食碳水化合物来源，淀粉组成通过调节葡萄糖稳态和胰岛素敏感性在代谢健康中扮演关键角色。根据淀粉消化动力学，可将其分为快速消化淀粉和慢消化淀粉。频繁摄入快速消化淀粉会导致显著的餐后血糖峰值，这是T2D发生的风险因素。而慢消化淀粉有助于维持稳定的餐后血糖反应。此外，抗性淀粉（不被小肠消化并能到达人体结肠的淀粉组分）可作为益生元促进肠道健康，通过调节肠道微生物群的组成和代谢谱发挥作用。不幸的是，大多数人类主食（如米饭、面条和面包）具有快速的淀粉消化性。因此，将主食中的快速消化淀粉转化为慢消化淀粉或抗性淀粉可显著改善人类健康。

多酚是存在于许多水果、蔬菜和谷物中的次级代谢产物，可通过氢键、疏水和静电相互作用与淀粉形成包合和非包合复合物。大量体外消化研究表明，与淀粉和多酚的简单物理混合物相比，淀粉-多酚复合物表现出更慢的消化速率，这是由于晶体结构的形成以及释放的多酚对酶的抑制效应。此外，淀粉-多酚复合物的形成有可能显著提高多酚的体内生物利用度（否则通常低于5%）。然而，当前研究主要集中于包合复合物，因其可通过X射线衍射（XRD）等多种技术进行结构表征。另一方面，非包合复合物的表征被证明较为困难。因此，包合和非包合复合物对淀粉消化性和结肠发酵性的各自贡献尚不清楚。此外，关于淀粉-多酚复合物形成对淀粉消化性影响的研究大多通过模拟人体胃肠道条件的体外消化实验进行，而体内证据不足。

因此，本综述旨在综合当前关于（1）包合和非包合淀粉-多酚复合物及其抑制淀粉消化速率的机制，（2）这些复合物的体内代谢，（3）淀粉-多酚复合物与肠道微生物群的相互作用，以及（4）淀粉-多酚复合物在治疗2型糖尿病中的潜在应用的知识。总结的信息可作为未来优化淀粉-多酚复合物结构以治疗非传染性疾病的基础。

2. 多酚及其与淀粉的包合和非包合复合物

2.1. 多酚化合物的来源和分类

常见的多酚化合物包括酚酸、类黄酮、单宁和木质素，它们存在于各种植物来源中，如水果、蔬菜、谷物和豆类。茶也是多酚的丰富来源，其中儿茶素是最丰富的多酚。多酚的结构在此总结，因为它们可显著影响与淀粉的相互作用模式。酚酸主要由羧基和酚基组成，根据其碳骨架结构可进一步分为羟基苯甲酸（C6-C1）、羟基氢肉桂酸（C6-C3）、羟基肉桂酸（C6-C3）和羟基苯乙酸（C6-C3）。第二大类多酚是类黄酮，由苯基苯并吡喃（C6-C3-C6）骨架和两个芳香环（A和B） fused to a pyran heterocycle (C)组成，可分为几个亚类，包括黄酮醇、黄烷醇、黄酮、黄烷酮、花青素、查尔酮和异黄酮。单宁和木脂素是由一个或多个单体多酚化合物聚合形成的多酚，单宁进一步分为可水解单宁和缩合单宁。可水解单宁是多羟基和多酯化合物，主要由葡萄糖核心与酚酸单元（没食子酸/鞣花酸）酯化形成。缩合单宁是食品中的主要单宁，是由黄烷-3-醇结构单元形成的低聚物或聚合物。最后，木质素是一种交联生物聚合物，包含互连的苯丙烷单元，通过醚键和C-C键形成三维网络，富含醌基、芳香羟基和芳香环结构等活性基团。

如上所述，多酚在分子量、官能团和三维结构方面差异很大。包合复合物形成的一个流行理论是“钥匙-锁”理论，提出多酚的分子尺寸必须与直链淀粉螺旋腔的直径匹配才能形成包合复合物。因此，较小的多酚分子（如原儿茶酸和没食子酸，属于酚酸）更可能穿透直链淀粉螺旋内部，促进包合复合物的形成。另一方面，较大的多酚分子（如槲皮素或橘皮素，属于类黄酮）不太可能穿透螺旋结构，反而倾向于形成非包合复合物。此外，官能团（包括羧基和羟基）的存在和位置显著影响多酚和淀粉之间氢键的发展。具体而言，羟基数量的增加增强了复合物形成的可能性。

2.2. 淀粉品种在决定淀粉-多酚相互作用中的重要性

从谷物、块茎和豆类等植物来源可获得各种淀粉类型，由于其不同的结构特征，在加工过程中可能与多酚表现出不同的相互作用模式。例如，与玉米或豌豆淀粉相比，马铃薯淀粉表现出优异的的花青素结合效率，这可能是由于其在高静水压处理过程中保留了颗粒完整性和未改变的zeta电位。直链淀粉含量是另一个重要因素，因为直链淀粉本质上是线性葡萄糖聚合物，可以更容易地形成螺旋结构供多酚穿透并形成包合复合物。相反，直链淀粉含量较低或支链较多的淀粉不利于多酚包封，导致非包合复合物的形成，这通过羟基傅里叶变换红外（FTIR）光谱峰的显著移动得以证明。

2.3. 多酚与淀粉的相互作用

多酚与淀粉的相互作用可导致两种类型的复合物形成，包括V型包合复合物（其中多酚完全或部分嵌入淀粉的疏水螺旋内部）和非包合复合物（其中形成分子间聚集体）。非包合复合物通过四种可能的机制形成：（1）多酚吸附在淀粉颗粒表面，（2）多酚物理分散在淀粉颗粒的无定形区域，（3）多酚与支链淀粉分子结合，以及（4）多酚通过氢键和静电相互作用连接两个直链淀粉链。XRD是一种常用于检测淀粉-多酚复合物晶体结构的技术。根据先前的报告，包合复合物通常在XRD光谱中大约7°、13°和20°处显示出三个显著的峰，表明存在V型晶体结构。淀粉-碘结合测定中吸光度的降低也可能表明多酚穿透了直链淀粉螺旋腔。目前没有技术可以准确区分和量化四种不同类型的非包合复合物。分子对接模拟可能通过计算淀粉和客体分子之间的结合能、相互作用位点和空间构象，为识别包合和非包合复合物提供关键信息。然而，此类模拟尚未在现有研究中用于区分各种类型的非包合复合物，这值得进一步探索。

2.4. 制备方法对复合物形成的影响

主要地，多酚和淀粉的结构以及制备方法决定了包合或非包合复合物的形成。当前的制备方法包括高温制备法、共沉淀法和球磨处理。大多数研究采用高温制备方法，该方法应用高温和过量的水含量使淀粉完全糊化，然后在冷却后加入多酚。升高的温度不仅使淀粉糊化并暴露额外的羟基结合位点，而且还显著增强多酚化合物的溶解度。另一种常见的方法是共沉淀法，该方法进一步使用乙醇或二甲基亚砜（DMSO）来帮助分解淀粉，并已证明在促进淀粉-多酚包合复合物形成方面比传统高温方法更有效。球磨处理也已应用于制备复合物，该方法涉及将天然玉米淀粉与酚酸混合，并在-10°C至-18°C的低温下研磨它们。包合或非包合复合物的形成在球磨过程中表现出时间依赖性行为。也就是说，延长球磨时间有助于破坏淀粉的螺旋结构并暴露反应位点，允许更多的酚酸进入其疏水腔并形成淀粉-多酚包合复合物。

3. 淀粉-多酚复合物的体外和体内消化性及代谢

3.1. 淀粉-多酚复合物的形成减缓消化过程

包合和非包合复合物都可通过改变淀粉的结构特性来降低淀粉的消化速率。例如，V型包合复合物显著增加了直链淀粉单螺旋的庞大结构，包合复合物的直径主要取决于多酚的大小（这决定了螺旋结构每转的糖基单元数量，例如，每转可能包括6、7或8个糖基残基）。许多研究报道，V型包合复合物的这种庞大结构可以显著降低淀粉消化速率。例如，淀粉-咖啡酸包合复合物表现出比天然淀粉更高的消化抗性。此外，包合复合物的形成引起直链淀粉链折叠角度的变化，这抑制了它们与消化酶的结合。另一方面，淀粉-多酚非包合复合物的形成也可以改变淀粉消化性，尽管涉及的机制与包合复合物不同。在一项研究中，不同分子量的多酚以不同程度抑制了淀粉的消化性，并提出了两种潜在机制来解释这种非包合复合物对淀粉消化的抑制效应：I型机制表明，在非包合复合物中，多酚分子吸附在淀粉表面增加了淀粉基质的粘度，这可以进一步减慢消化酶在溶液中的扩散，从而延迟淀粉消化过程；II型机制提出，多酚可与淀粉分子建立非共价键，导致形成半晶体结构，这种结构不太可能被消化酶访问。

回生是淀粉处理过程中的常见过程，可导致3型抗性淀粉的形成。因此，抑制回生通常促进淀粉消化速率。然而，尽管多酚的羟基可以与淀粉链相互作用并通过阻断氢键重新形成来抑制回生，但在淀粉-多酚复合物中未观察到淀粉消化速率的加速。这种差异可能源于两个因素：（1）多酚和淀粉可能形成致密的网络结构，从而降低酶的可及性；（2）多酚可能通过竞争性结合其催化位点直接阻断消化酶的活性。研究表明，类黄酮的添加显著调节了淀粉-类黄酮复合物的粘弹性。酚羟基与水分子相互作用，从而减少了可用于与淀粉相互作用的水分子数量。因此，这促进了淀粉与复合物之间致密网络结构的形成。

3.2. 释放的多酚对淀粉消化酶的抑制影响

多酚可能在淀粉-多酚复合物的消化过程中释放，尤其是那些非包合复合物。多酚的释放动力学通常与淀粉消化动力学一致，其特征是快速初始释放，随后逐渐释放直至达到平台期。多酚的释放速率取决于许多因素，例如复合物的分子有序性。研究发现，具有较高分子有序性的脱支淀粉-芦丁复合物倾向于具有较慢的多酚释放速率。一旦释放，这些游离多酚表现出对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶（两种调节淀粉消化的重要酶）的抑制效应。α-淀粉酶是一种内切葡聚糖酶，可以水解淀粉中的α-1,4糖苷键，将其降解为较小的寡糖和麦芽糖。大量研究证明，多酚可以通过竞争性和非竞争性相互作用调节α-淀粉酶活性。然而，调节效率取决于许多因素，如羟基的位置和数量、疏水性以及多酚的分子尺寸。研究调查了橙皮苷、儿茶酚和槲皮素对α-淀粉酶消化活性的抑制机制，发现抑制效应随着多酚分子量的增加而增加。研究揭示，多酚中羟基的位置和数量通过氢键和π-π堆积相互作用显著影响它们与消化酶结合位点的相互作用。具体而言，单宁化合物具有高结合亲和力，与糖苷酶形成稳定复合物并抑制其活性。总的来说，这种双重酶抑制最终降低了葡萄糖释放速率，改善了餐后血糖反应。

3.3. 淀粉-多酚复合物的体内代谢

关于淀粉-多酚复合物在人体上胃肠道代谢的临床研究在文献中 largely absent，大多数体内证据来自细胞或动物研究。体外实验表明，在胃中，机械搅动和胃酸的存在可以将淀粉剪切