《Carbohydrate Polymers》：Mechanistic effects of starch-lipid complexes formation on oat starch digestibility during roasting process
编辑推荐：
本研究通过密封安瓿系统模拟烘烤工艺，探究初始水分含量、温度和时间对燕麦淀粉-脂质复合物（SLC）形成及淀粉可消化性的影响。结果表明，烘烤显著增加SLC含量（p<0.05），初始水分20%时形成有序I型晶体，焓变达1.45 J/g，结晶度39.2%，抗性淀粉含量88.3%。温度120℃进一步促进SLC稳定结构，但烘烤时间对可消化性影响不显著。研究揭示了调控烘烤燕麦淀粉可消化性的结构机制。
马文华|杨帆|孙炳华|钱晓杰|马森|刘冲|王晓曦
河南省郑州市河南工业大学食品科学与工程学院
摘要
烘烤会改变燕麦中的淀粉结构并抑制脂质氧化；然而，它对淀粉-脂质复合物（SLC）的形成和淀粉消化率的影响仍不清楚。本研究使用密封安瓿系统模拟烘烤过程，探讨了初始水分含量、温度和烘烤时间对燕麦淀粉-脂质混合物中SLC的形成、结构及消化率的影响。与未烘烤样品相比，烘烤显著提高了SLC的复合指数（超过35.00%，p<0.05），表明SLC的含量增加。初始水分含量为20.0%时，形成了高度有序的I型晶体，导致最高的焓变（1.45 J/g）、相对结晶度（39.2%）和抗性淀粉（RS）含量（88.3%）。烘烤温度高达120°C时，进一步促进了稳定结晶结构的形成并显著增加了RS含量（p<0.05），而烘烤时间在30-40分钟内虽然促进了SLC的形成，但对淀粉消化率没有显著影响。多元分析表明，淀粉的消化抗性主要受层状结构参数（dBragg和Dm）和混合物的长程分子有序性的影响，这两者都受到初始水分含量的显著影响。这些发现为调节烘烤后燕麦的淀粉消化率提供了结构和机制基础。
引言
燕麦因其富含β-葡聚糖（Li等人，2022年）、均衡的蛋白质（McLauchlan等人，2024年）以及富含不饱和脂肪酸的脂质（Yang等人，2023年）而被认为是营养价值高的谷物。然而，这些成分也带来了加工上的挑战：高脂酶活性会导致变质，影响储存稳定性（Palsson等人，2024年）；而β-葡聚糖的亲水性和缺乏面筋会导致面团粘稠，气体保持能力差（Cappelli等人，2020年；Wang等人，2017年）。烘烤不仅是一种关键的预处理方法，可以灭活酶并延长保质期，还能改变面团的流变性质并提高气体保持能力（Bucsella等人，2016年；Federici等人，2021年；Sun等人，2024年）。
除了这些技术改进外，新的证据表明烘烤显著改变了燕麦的营养功能。例如，最近的研究表明烘烤可以增加淀粉的体外消化抗性（Aalim等人，2021年；Oh等人，2018年），这为开发低血糖指数（GI）食品提供了潜力。重要的是，这种改善对热处理条件的依赖性并非单调的。我们在160°C下的初步数据显示，较短的烘烤时间（<40分钟）会增加燕麦淀粉的消化抗性，而较长的烘烤时间（>50分钟）则会降低其消化抗性（Gu等人，2022年）。我们将这种消化抗性的变化归因于淀粉-脂质复合物（SLC）的形成，这些复合物形成的有序结构阻碍了酶的接触。然而，控制这一现象的精确分子机制仍不清楚，主要是因为目前对SLC形成的理解主要基于在高水分、长时间水热条件下进行的研究（Chen等人，2017年；Li等人，2020年；Lu等人，2019年）。
相比之下，烘烤的特点是水分低、温度高、时间短。在这种条件下，快速脱水和强烈的热能共同作用，通过不同的动力学途径促进SLC的组装，形成具有独特结晶结构的复合物（例如V型异构体），从而提高了消化稳定性。然而，在这种实际的低水分热处理条件下，SLC的形成动力学和结构特性仍知之甚少。在燕麦基质中，蛋白质、纤维和内源性脂质之间的竞争性反应环境使得将消化率的改变简单地归因于SLC变得复杂（Shen等人，2024年；Sun等人，2018年；Tang等人，2019年）。尽管已有报道指出蛋白质在三元复合物形成中的作用（Cai等人，2021年；Niu等人，2021年），但我们认为在初始高温烘烤阶段，淀粉与内源性脂质之间的疏水相互作用更为显著（Li等人，2021年），因此主导了早期的复合过程。因此，我们假设这种特定的复合过程是提高消化抗性的关键结构决定因素。
为了验证这一假设，我们使用纯化的燕麦淀粉和脂质建立了简化模型，并采用密封安瓿方法模拟工业烘烤条件。本研究旨在定量监测SLC的形成，并在受控烘烤条件下对其结构变化进行表征，同时建立结构-消化动力学关系，以阐明这些复合物的功能影响。这项工作为燕麦的精准加工提供了分子层面的基础。
材料
燕麦颗粒（Bayou No. 1）购自内蒙古银农种业有限公司（中国内蒙古）。猪胰α-淀粉酶（10.3 U/mg）和淀粉葡糖苷酶（3260 U/mL）分别购自Sigma-Aldrich（上海，中国）和Megazyme（Wicklow，爱尔兰）。溴化钾（SP，≥99.9%）购自Kermel Chemical Reagent有限公司（天津，中国）。所有其他试剂均为分析级。
燕麦脂质和淀粉的提取
燕麦颗粒使用超细研磨机粉碎后...
烘烤对燕麦淀粉-脂质混合物碘结合能力的影响
碘分子存在于淀粉的螺旋腔内，形成具有特征颜色的淀粉-碘复合物。这些复合物可以区分直链淀粉（AM）-碘复合物（呈蓝色，最大吸收波长λmax为540–660 nm）和支链淀粉（AP）-碘复合物（呈紫色，λmax为500–540 nm）（Wang等人，2020年）。碘结合曲线的λmax在550–650 nm范围内（图1A），表明...
结论
本研究使用燕麦淀粉-脂质二元模型系统，阐明了烘烤条件（水分、温度、时间）对SLC的形成、多尺度结构和淀粉消化率的影响。结果表明，初始水分含量是控制SLC结构和消化率的最关键因素。初始水分含量为20.0%时，SLC的形成最佳，形成了发育良好的V型晶体结构，并显著增加了RS含量。
作者贡献声明
马文华：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，软件使用，数据管理。杨帆：验证，方法学研究，实验设计。孙炳华：撰写 – 审稿与编辑，资金获取，概念构思。钱晓杰：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，概念构思。马森：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化。刘冲：验证，概念构思。王晓曦：撰写 – 审稿与编辑，项目监督。
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突。
致谢
作者衷心感谢国家自然科学基金（编号32301989）的财政支持。
