《Food Bioscience》：Mechanistic study on the regulation of
in vitro digestibility of wheat starch by legume proteins from different sources via dual pathways: structural remodeling and enzyme inhibition
编辑推荐：
•豆类蛋白质的固有特性驱动淀粉结构性重组的差异化•豆类蛋白质的固有特性驱动对α-淀粉酶的差异化抑制•蚕豆蛋白最佳抑制α-淀粉酶并提升V型结晶含量•蚕豆蛋白保持淀粉短程有序性并减小层间距•短时糊化-水分处理生成未糊化淀粉-蛋白复合物且抗性淀粉含量高引言全球范围内，代谢性慢性疾病
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豆类蛋白质的固有特性驱动淀粉结构性重组的差异化
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豆类蛋白质的固有特性驱动对α-淀粉酶的差异化抑制
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蚕豆蛋白最佳抑制α-淀粉酶并提升V型结晶含量
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蚕豆蛋白保持淀粉短程有序性并减小层间距
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短时糊化-水分处理生成未糊化淀粉-蛋白复合物且抗性淀粉含量高
引言
全球范围内，代谢性慢性疾病——如高血糖、高血脂和肥胖——的发病率不断上升，已成为重大公共卫生挑战（Yang et al., 2014）。饮食干预，尤其是通过调控碳水化合物消化速率以减弱餐后血糖反应的策略，被视为管理这些疾病的关键方法（Ahmed et al., 2024）。小麦（Triticum aestivum L.）是全球最重要的主粮作物；然而，其淀粉富含快速消化淀粉（RDS），可导致餐后血糖急剧升高。长期摄入可能加剧胰岛素抵抗及相关代谢紊乱（Jenkins et al., 1981）。因此，开发能够有效降低小麦淀粉（WS）消化率的绿色、非化学修饰技术具有重要的科学价值和应用潜力。
引入外源蛋白质已被证实可有效调控淀粉的消化特性。研究表明，乳清蛋白、大豆蛋白等可通过抑制淀粉颗粒膨胀、促进回生结晶或在颗粒表面形成包埋层来增强对α-淀粉酶水解的抗性（Zhang et al., 2023a; Yang et al., 2019; Lu et al., 2016）。然而，现有策略通常依赖于糊化-冻干或糊化-回生等工艺，这不仅破坏了淀粉的天然颗粒结构，还使其凝胶态产品不适用于烘焙和挤压等干法加工场景。相比之下，热-水分处理（HMT）是一种非糊化且高效的物理改性方法，可在保持淀粉颗粒完整性的同时构建淀粉-蛋白复合物（Chen et al., 2019; Lu et al., 2023; Wu et al., 2024）。尽管HMT与蛋白质或肽段结合可增强淀粉的消化抗性，但当前研究大多聚焦于温和处理条件（如100°C、12 h），且主要强调动物源蛋白或植物蛋白水解物的应用。对于大豆以外的完整、天然构象、低致敏性豆类蛋白质在该体系中的作用机制，尚缺乏系统性探索。尤其重要的是，对不同豆类蛋白质固有性质（如氨基酸组成、二级结构和表面疏水性）如何影响其在HMT条件下与淀粉的相互作用以及淀粉多尺度结构，以及它们如何抑制α-淀粉酶活性（如竞争性或混合性抑制），从而调控其体外消化率的理解尚不完整。阐明"蛋白质特性-结构演变-消化功能"的定量关系是实现低消化率淀粉材料定制化设计的关键理论基础。
为解决上述机制空白，本研究选取了三种非大豆豆类蛋白质：豌豆蛋白（PP）、蚕豆蛋白（FBP）和绿豆蛋白（MBP）。这些蛋白质缺乏主要大豆过敏原（如Gly m 4–6），表现出低致敏潜力，在运动营养和低敏食品领域具有独特的应用前景（Ito et al., 2011; Hayashi et al., 2020; Auer et al., 2024）。采用短时HMT方案（120°C、4 h）构建未糊化WS-蛋白复合体系，旨在提高加工效率的同时探索淀粉结构调控的新前沿。本研究整合了从分子到颗粒尺度的多维表征技术——包括X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、13C核磁共振（NMR）、小角X射线散射（SAXS）、差示扫描量热法（DSC）、快速粘度高仪分析（RVA）、扫描电子显微镜（SEM）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）——结合体外消化动力学、α-淀粉酶抑制活性测定和酶抑制动力学分析。这一综合方法系统地阐明了不同蛋白来源如何差异化地调控WS的结构性重组和α-淀粉酶抑制，从而影响体外消化率。
本研究的核心创新在于超越宏观性能比较，从蛋白质固有性质的角度揭示不同豆类蛋白质抑制α-淀粉酶的独特机制，并阐明其介导淀粉多尺度结构演变（从分子有序到超分子组装）的内在原理。最终，本研究旨在建立一个将"蛋白质固有特性→淀粉结构性重组与酶抑制双途径→体外消化率"相联系的结构-功能关系框架。需要指出的是，本研究选取的三种豆类蛋白质均为特定商品制剂，其普适性仍需在更广泛的蛋白来源中进行进一步验证。本文揭示的"结构-功能"关系可为后续涉及更广泛蛋白来源的研究提供机制见解。
章节摘要
材料
PP、FBP和MBP均购自烟台东方蛋白技术有限公司，各蛋白纯度为干基85%。WS购自新乡亮润全麦食品有限公司，淀粉纯度为干基99.35%，直链淀粉含量28.94%，直链淀粉重均分子量（Mw）为3.18 × 105 g/mol，内源蛋白和脂质含量分别为0.31%和0.10%。用于测定氨基酸谱、二级结构等分析方法的详细信息
蛋白质的氨基酸组成、二级结构和表面疏水性
如图1A所示，PP、FBP和MBP的总氨基酸含量分别为78.40%、87.23%和82.85%（干基）。谷氨酸（Glu）是三种蛋白中最丰富的氨基酸，其中FBP的Glu含量（15.20%）显著高于PP（12.70%）和MBP（14.50%）。疏水性氨基酸（Ala、Val、Met、Ile、Leu、Phe、Pro、Trp）的总含量在MBP中最高（29.93%），其次是FBP（29.20%），PP最低（26.73%）。相比之下，
结论
本研究系统研究了三种豆类蛋白质（PP、FBP、MBP）在HMT条件下与WS的相互作用，揭示了蛋白质固有性质调控淀粉消化率的分子机制。我们初步建立了"蛋白质分子特性—淀粉结构调控与α-淀粉酶抑制双途径—消化功能调控"的结构-功能关系框架。结果表明，氨基酸差异
CRediT作者贡献声明
钱建亚： 监督、资源。张亮： 论文写作 – 审阅与编辑、项目管理、经费获取、概念构思。曾东平： 形式分析。陈莹： 论文写作 – 审阅与编辑。吴春森： 形式分析。李光磊： 资源。张秀男： 论文写作 – 原稿撰写、方法学、调查研究、数据整理、概念构思
未引用参考文献
Chen et al., 2017; Gutiérrez and Bello-Pérez, 2022; Sun et al., 2021.
利益声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
资助
本研究得到江苏省研究生科研与实践创新计划（编号：KYCX24_3868）及扬州大学高层次人才支持计划的资助。
张秀男 | 曾东平 | 陈莹 | 吴春森 | 李光磊 | 钱建亚 | 张亮
