化学交联与酰化修饰协同调控玉米淀粉抗消化特性及体外发酵短链脂肪酸产量的机制研究

为解决抗性淀粉(RS)消化抗性与短链脂肪酸(SCFAs)产量难以协同提升的问题，青岛大学团队通过植酸钠交联与乙酸/丙酸/丁酸酐酰化双重修饰玉米淀粉，构建了RS含量达52.8%的C-CS-B样品，并发现乙酰化-交联淀粉(A-CS-C)显著促进乙酸、丙酸和丁酸产量。该研究为开发兼具低血糖响应与肠道健康功能的IV型抗性淀粉提供了新策略。

　　

随着全球肥胖和II型糖尿病发病率持续攀升，开发能调节血糖代谢和肠道健康的食品成分成为研究热点。抗性淀粉(Resistant Starch, RS)作为不被小肠消化但能被结肠微生物发酵的膳食纤维，其IV型(化学修饰型)因可通过分子设计精准调控特性而备受关注。然而，现有单一化学修饰技术难以同时实现高RS含量和特定短链脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids, SCFAs)的协同增效，这严重限制了功能淀粉的临床应用价值。

青岛大学的研究团队创新性地采用植酸钠交联与不同链长酸酐(乙酸/丙酸/丁酸)酰化的双重修饰策略，系统探究了单/双化学修饰对玉米淀粉(Corn Starch, CS)结构特性、消化抗性和SCFAs产量的影响。研究发现，经交联-丁酰化双重修饰的C-CS-B样品抗性淀粉含量高达52.8%，较天然淀粉提升34%；而乙酰化-交联淀粉(A-CS-C)在体外粪便发酵中能显著提升乙酸、丙酸和丁酸产量。该成果发表于《Current Research in Food Science》，为开发兼具血糖调控与肠道微生态调节功能的精准营养干预方案提供了理论依据。

研究采用核磁共振(¹H NMR)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证修饰基团引入，通过体外模拟消化系统评估RDS/SDS/RS含量，并利用健康志愿者粪便微生物进行24小时体外发酵，结合气相色谱(GC)定量SCFAs。

3.1 磷含量与取代度
植酸钠交联使淀粉磷含量达0.1232%(低于FDA规定的0.4%安全限)，¹H NMR证实酰化成功，其中C-CS-A的乙酰取代度(DS)最高(0.0915)。

3.2 结构特性
XRD显示所有样品保持A型结晶结构，但双修饰显著改变结晶度：A-CS-C结晶度达29.2%，而C-CS-A因交联破坏有序结构降至25.1%。FTIR在1730 cm^-1处新出现的羰基峰证实酰化成功。

3.4 热力学性质
DSC显示酰化使糊化温度降低(ΔH从13.1 J/g降至10.1 J/g)，而C-CS-B因丁酰基空间位阻效应使T_p升至69.9°C。

3.7 体外消化性
C-CS-B的RS含量(52.8%)显著高于单一修饰组(A-CS为44.2%)，RDS降低至26.6%，表明交联-酰化协同增强了酶解抗性。

3.8 SCFAs产量
A-CS-C组乙酸产量达7.8 mmol/L，较空白组提升3.2倍；C-CS-B的丁酸产量(2.4 mmol/L)显著高于FOS阳性对照，证实修饰基团可定向调控SCFAs谱。

该研究首次揭示植酸钠交联与特定酰化修饰的协同效应：交联通过分子间共价键增强骨架稳定性，而酰基侧链既提供酶解位阻又作为SCFAs前体。C-CS-B的高RS特性使其适用于糖尿病食品开发，而A-CS-C的SCFAs促进效应在炎症性肠病干预中具有潜力。未来需通过动物实验验证这些修饰淀粉的体内代谢轨迹与菌群调控机制，推动其向临床转化应用。