《Carbohydrate Polymers》：Advances in regulation of starch structure and properties via starch-metal interactions
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摘要淀粉与金属的相互作用能够改变淀粉的结构与性质，以满足不同的食品加工需求。淀粉-金属络合物还可用于环境保护、营养健康和药学生物学领域。淀粉与金属的相互作用涉及离子-偶极相互作用、静电屏蔽、配位作用、离子桥连和离子水化作用。这些复杂相互作用的同时存在导致金属效应与离子浓度或价
摘要
淀粉与金属的相互作用能够改变淀粉的结构与性质，以满足不同的食品加工需求。淀粉-金属络合物还可用于环境保护、营养健康和药学生物学领域。淀粉与金属的相互作用涉及离子-偶极相互作用、静电屏蔽、配位作用、离子桥连和离子水化作用。这些复杂相互作用的同时存在导致金属效应与离子浓度或价态之间呈现非线性关系。通常，低浓度的金属盐会抑制淀粉糊化并提高结晶度，而高浓度则会破坏有序结构并促进糊化。二价和三价离子通过离子交联进一步增强三维网络结构并提高凝胶强度。因此，理解淀粉-金属相互作用的机制对于利用这些反应和络合物至关重要。本综述阐述了淀粉-金属相互作用涉及的机制，并将这些相互作用与淀粉结构和功能特性的变化联系起来，最后推荐了这些变化在食品工业中的特定应用。
引言
淀粉是人类主要的碳水化合物来源，也是营养和食品工业中最基本、应用最广泛的大分子。得益于其优异的生物相容性和稳定性，淀粉已被开发为抗消化食品、易吞咽食品和药物载体。然而，天然淀粉在微观形态、结晶度、粘度、消化率等方面的有限性制约了其功能效能。利用物理、化学或生物方法改变淀粉的结构和功能特性，已成为满足食品加工和人类健康日益增长需求的关键研究方向。然而，这些改性方法往往存在显著的环境影响、化学键断裂和残留污染等问题，因而存在一定局限性。
金属盐通常在与淀粉的反应条件下相对温和（常温和常压），选择性地涉及化学键变化和淀粉-金属络合物的形成。过渡金属的空电子轨道和阴离子改性淀粉中的反应性基团是无机化学角度下淀粉-金属络合物形成的决定性因素，已有综述对此进行了讨论。在淀粉与金属相互作用过程中，结晶度、有序性、粒径和表面电荷等结构特性在多尺度水平上受到调控。这些结构特征影响淀粉的功能性，某些淀粉-金属络合物可作为微量元素载体，发挥抗癌作用或提供微量元素补充。然而，关于淀粉与金属相互作用的系统性综述在功能定制淀粉的设计与开发方面仍然缺乏。
以往研究表明，相互作用过程受到金属离子浓度、价态、离子半径、水化强度、直链淀粉含量和淀粉类型的共同影响。这些相互作用机制、结构变化、功能特性和应用已被作为独立话题分别讨论，孤立考虑其中任何一个因素可能得出截然相反的结论；例如，低浓度的金属阳离子抑制淀粉糊化，而高浓度则具有促进作用。因此，本综述按照相互作用机制涉及结构响应、性质调控和应用可行性的因果序列组织内容，而非按照金属类型、淀粉改性方法或最终材料形式组织，从而为合理设计和评估淀粉-金属系统提供条件依赖性基础。我们首先考察了淀粉-金属相互作用的机制，详细阐述了淀粉-金属反应中涉及的力（离子-偶极相互作用、静电屏蔽、配位、桥连和水化）。我们进一步总结了淀粉结构和理化性质如何受金属阳离子影响，并说明淀粉-金属相互作用在食品加工中的实际应用。
章节摘要
离子-偶极相互作用
离子-偶极相互作用是淀粉与金属阳离子之间广泛存在的弱分子间力。淀粉是一种极性聚合物，其葡萄糖单元的羟基形成永久偶极。金属阳离子通过静电相互作用吸引这些羟基偶极，从而产生离子-偶极力，作为金属离子接近淀粉分子的主要驱动力。该力通常不会引起完全的
形态
淀粉结构在盐处理之后发生了显著变化。倒置荧光显微镜分析显示，KCl促使马铃薯淀粉形成雪花状、不规则十字形和平行长线状晶体，而NaCl促使马铃薯淀粉形成树状、规则十字形和竖直长线状晶体。金属离子通常会导致淀粉蜂窝状结构的坍塌，形成扁平结构
抗消化淀粉
抗消化淀粉通过低血糖指数和改善肠道微生物群等机制对人体产生健康益处。金属离子可通过改变抗性淀粉的结晶结构、颗粒形态、表面电荷和网络密度，定向调控抗性淀粉的含量和消化速率。不同类型的金属、氧化态、浓度甚至离子
结论与未来趋势
金属通过多种机制与淀粉相互作用，包括离子-偶极相互作用、静电屏蔽、配位螯合、离子交联和离子水化效应。通过调节金属离子的价态、浓度、水化状态和相互作用条件，可进一步改性淀粉的糊化、结晶、流变特性和消化率，从而设计和制备功能性淀粉。我们的研究考虑了共存和
作者贡献声明
Lin Quan：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，形式分析。Jiang Feng：可视化，调查研究。Li Lingjin：可视化，调查研究。Hong Yan：撰写——审稿与编辑，项目管理，经费获取，概念构思。Cheng Li：可视化，形式分析。Gu Zhengbiao：可视化，概念构思。
基金资助
本研究得到以下机构资助：国家自然科学基金委员会（22276078），江西省重点研发计划（编号20261BCF320038），福建省科技创新联合基金项目（编号2023Y9053），江苏省学位与研究生教育教学改革项目（JGKT25_B035）。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本论文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
Lin Quan|Jiang Feng|Li Lingjin|Hong Yan|Cheng Li|Gu Zhengbiao
