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天然淀粉固有特性受加工条件限制，改性对提升功能至关重要，其结构与消化性动态关系备受关注。研究人员探讨超声（ULS）对淀粉多尺度结构 - 消化性的影响，发现 ULS 可破坏双螺旋等，影响抗性淀粉（RS1–5），为淀粉类食品营养价值研究提供洞见。
淀粉作为主食中的核心碳水化合物，在食品工业中应用广泛，但其天然结构易受加工条件制约，且消化特性与餐后血糖反应密切相关。如何通过物理改性技术优化淀粉结构，揭示其多尺度结构与消化性的内在关联，成为食品科学与营养领域的关键挑战。传统淀粉改性方法如化学或酶法可能引入安全风险，而超声（Ultrasonication, ULS）作为一种非热、绿色的物理处理技术，虽已被证实能改变淀粉结构，但其对多尺度结构（从分子链到颗粒层面）与消化性的系统性影响尚未完全明晰，尤其是在抗性淀粉（Resistant Starch, RS）的形成与调控机制方面存在研究空白。
为填补这一知识缺口，江苏大学的研究人员开展了超声辅助改性淀粉的多尺度结构与消化性关联研究，相关成果发表在《International Journal of Biological Macromolecules》。该研究旨在通过先进分析技术解析超声处理对淀粉分子链构象、颗粒形貌、结晶结构的影响规律，阐明其对淀粉糊化特性、胃肠道消化速率及抗性淀粉形成的调控机制，为低 GI（血糖生成指数）淀粉类食品的开发提供理论依据。
研究采用的关键技术方法包括：小角 X 射线散射（Small-Angle X-ray Scattering, SAXS）分析淀粉颗粒的纳米级结构分布；扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）观察颗粒表面形貌变化；核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）检测分子链动态构象；体外消化模型模拟胃肠道环境下的淀粉水解过程。此外，研究针对五种抗性淀粉类型（RS1–RS5），系统评估了超声处理对其结构稳定性与抗消化性的影响。
超声处理对淀粉多尺度结构的影响
超声通过空化效应产生的局部高压和剪切力，破坏淀粉颗粒的双螺旋结构与无定形区，导致分子链断裂、链长分布改变。SAXS 结果显示，超声处理后淀粉颗粒的结晶度下降，片层结构（Lamellar Structure）间距缩小，表明其纳米级有序结构被破坏。SEM 观察发现，淀粉颗粒表面出现孔洞和裂纹，颗粒尺寸减小，暴露更多酶作用位点，从而加速糊化过程。核磁共振氢谱（1H-NMR）显示，超声促使 amylose 与 amylopectin 分子间氢键断裂，分子链柔性增加，进一步验证了结构无序化趋势。
超声处理对淀粉消化性的调控机制
体外消化实验表明，超声处理显著提高淀粉的酶敏感性，其消化速率与超声强度、处理时间呈正相关。机制上，超声诱导的双螺旋结构解离和无定形区破坏，使淀粉更易吸水膨胀，暴露更多 α- 淀粉酶结合位点，从而加速水解为葡萄糖。对于抗性淀粉，超声对不同类型 RS 的影响差异显著：RS1（物理包埋型）因超声的机械破碎作用导致抗消化性下降；RS3（回凝型）则通过超声促进分子链重排，形成更稳定的抗消化性结构。研究还发现，超声可调控淀粉链长分布，短链（DP<10）比例增加可提升消化速率，而中等链长（DP 10–25）比例增加则有利于 RS3 的形成。
超声技术在抗性淀粉改性中的应用潜力
针对 RS2（天然未糊化型）和 RS4（化学改性型），超声联合湿热处理可协同增强 RS 的形成效率。例如，对高 amylose 淀粉进行超声预处理后，再经退火处理，RS3 含量可提升 30% 以上。这种非热改性策略避免了化学试剂的使用，符合清洁标签食品的发展趋势。此外，超声处理对 RS5（酶 - 淀粉复合物型）的影响表明，其可通过增强淀粉与淀粉酶的相互作用，形成更稳定的复合物结构，进一步延长消化时间。
结论与展望
本研究系统揭示了超声处理对淀粉多尺度结构（从分子链构象到颗粒形貌）与消化性的调控机制，证实超声通过破坏结晶结构、改变链长分布和颗粒形貌，显著影响淀粉的糊化特性与胃肠道消化行为。研究结果为开发低 GI 淀粉基食品提供了新的技术路径，尤其在抗性淀粉的定向制备与功能优化方面具有重要应用价值。未来研究可进一步探索多频超声技术对复杂食品基质中淀粉结构的协同改性效应，结合肠道微生物组学分析，深入解析淀粉消化性与宿主代谢健康的关联机制，推动超声技术在功能食品领域的产业化应用。
