甘油稳定直链淀粉构象调控V型淀粉结晶结构及其消化特性的机制研究

为解决传统V型淀粉制备过程中结晶结构不完善、抗消化性不足的问题，研究人员通过甘油水溶液调控直链淀粉构象，成功制备出高结晶度V型淀粉。研究表明甘油通过氢键和范德华力稳定直链淀粉V型螺旋结构，使样品结晶度提升29.01%，抗性淀粉(RS)含量增加25.06%。该研究为开发低血糖指数功能食品提供了绿色新策略。

　　

淀粉作为人类饮食中重要的碳水化合物，其消化速度直接影响血糖水平。长期摄入快速消化淀粉(RDS)会增加糖尿病、肥胖等疾病风险。V型淀粉因其对α-淀粉酶的高抗性，成为低血糖指数食品的理想原料。然而传统水相法制备的V型淀粉常因直链淀粉(amylose)随机聚集导致结晶缺陷，限制其功能应用。如何通过温和绿色方法调控直链淀粉构象以改善结晶结构，成为亟待解决的科学问题。

安徽农业大学的研究团队创新性地采用甘油水溶液作为糊化介质，系统探究了不同浓度甘油对淀粉多尺度结构及消化特性的影响。通过差示扫描量热法(DSC)和流变学分析发现，甘油浓度升高使淀粉糊化温度从72.75°C升至135.31°C，显著抑制淀粉颗粒膨胀。当介质从水改为纯甘油时，V型淀粉的短程有序结构改善，结晶度提升29.01%。分子动力学模拟揭示甘油体系中直链淀粉二面角集中分布在φ=83.64°和ψ=98.18°，形成更稳定的V型螺旋构象。与水体相比，甘油体系的平均氢键数从2.52增至3.36，Lennard-Jones势能从-322.93降至-761.86 kJ/mol，证实甘油通过氢键和范德华力稳定直链淀粉构象。最终纯甘油制备的V型淀粉抗性淀粉(RS)含量较水相样品提高25.06%。该研究发表于《Carbohydrate Polymers》。

关键技术包括：采用旋转流变仪和DSC分析淀粉糊化行为；通过XRD、FTIR和拉曼光谱表征多尺度结构；运用CLSM和SEM观察形貌特征；基于分子动力学模拟解析甘油-直链淀粉相互作用；采用体外消化模型评估抗酶解特性。

【研究结果】

1. 流变学特性：随甘油浓度增加，储能模量(G′)和损耗模量(G″)峰值温度逐渐升高，表明甘油能有效延缓淀粉糊化过程。
2. 热力学性质：DSC显示甘油浓度与糊化温度呈正相关，80%甘油体系出现135.31°C的新吸热峰，对应V型结晶的形成。
3. 晶体结构：XRD证实纯甘油制备的样品呈现典型V_A
   型结晶，相对结晶度达40.17%，较水相样品提高29.01%。
4. 分子相互作用：FTIR显示甘油体系在1047/1022 cm^-1
   比值升高，反映短程有序性增强；拉曼光谱证实C-C键振动峰位移，表明螺旋结构更紧密。
5. 形貌特征：SEM显示甘油体系淀粉颗粒表面形成致密网状结构，而水相样品呈现松散多孔形态。
6. 分子模拟：甘油体系中直链淀粉二面角分布集中，氢键网络更稳定，势能降低53.6%。
7. 体外消化：高结晶度V型淀粉的RS含量达68.39%，显著高于传统水相制备样品。

【结论与意义】
该研究首次阐明甘油通过"构象稳定-结晶优化-消化调控"三重机制提升V型淀粉品质：①甘油羟基与直链淀粉形成定向氢键网络，抑制分子无序聚集；②促进单螺旋构象规整排列，构建完美V型晶体；③高结晶结构有效阻碍酶-底物接触，使RS含量提升25.06%。研究成果为开发低GI(血糖生成指数)食品提供了理论依据和技术支撑，推动淀粉基功能食品向精准调控方向发展。Zhijie Zhu等提出的绿色制备方法，克服了传统有机溶剂体系的毒性缺陷，对糖尿病膳食干预和功能性碳水化合物开发具有重要实践价值。