引言
全球代谢性疾病,尤其是2型糖尿病和肥胖,与膳食碳水化合物摄入及餐后血糖反应密切相关。淀粉作为膳食碳水化合物的主要来源,其消化性主要受多种因素影响,包括直链淀粉与支链淀粉比率、淀粉颗粒大小、加工技术以及与其它食品成分的相互作用(Arp, Correa, & Ferrero, 2020; Khatun, Waters, & Liu, 2019; Qi, Yi, & Li, 2022; Yu et al., 2021)。在众多因素中,直链淀粉与支链淀粉的比率尤为关键,因为这种结构差异直接影响抗性淀粉(RS)的含量。抗性淀粉是指在Small肠中不可消化的淀粉部分,与直链淀粉水平呈直接正相关关系(Liu, Qiao, Kong, Wang, & Yang, 2024)。直链淀粉含量越高,淀粉消化程度通常越低。研究表明,高直链淀粉玉米淀粉的抗性淀粉含量较高,与正常玉米淀粉相比,其消化性显著降低(Zhu, Liu, Wilson, Gu, & Shi, 2011)。此外,大量研究表明,淀粉与氨基酸、蛋白质和多酚等食品成分的相互作用可以改变淀粉的理化特性,从而进一步调节淀粉的消化行为(Chen et al., 2020; Li, He, Tu, Chen, & Li, 2024; Wang et al., 2025; Yue, Wang, Xu, Liu, & Yu, 2022; Zhang et al., 2023; Zhang et al., 2024)。
氨基酸(AAs)是不可缺少的营养物质,是生物活性蛋白的组成单元,被广泛用于营养补充剂、食品产品和药品中作为添加剂。鉴于其被引入食品体系,氨基酸与淀粉之间的相互作用值得深入研究。氨基酸可以与淀粉形成非共价相互作用,从而影响淀粉的理化性质和功能特性。值得注意的是,带有不同电荷的氨基酸对淀粉行为的影响各不相同。研究表明,带电氨基酸(如谷氨酸和赖氨酸)对淀粉糊化和膨胀的抑制作用比中性氨基酸如甘氨酸更为显著(Cui, Fang, Zhou, & Yang, 2014; Xu, Zhang, & Yu, 2022)。Chen等人(2020)研究了不同电荷氨基酸对玉米淀粉长期回生的影响,发现正电荷赖氨酸表现出最强的抑制作用。其机制可能与氢键和位阻效应有关。Yue等人(2022)研究了氨基酸对淀粉消化性的影响,报道正电荷赖氨酸有效降低了快速消化淀粉的含量并减缓了消化速率,而负电荷谷氨酸则表现出相反的效果。
氨基酸的化学特性在调节淀粉的理化属性和消化性方面起着关键作用。先前的研究报告指出,正电荷氨基酸侧链结构的差异可能导致其氢键能力和强度的不同,从而影响分子间相互作用(Vinogradov, 1979; Li et al., 2015; Kim & Lee, 2022)。然而,目前对于淀粉-氨基酸复合体系中不同R基团如何影响正电荷氨基酸与淀粉相互作用强度的系统性理解尚显不足。与此同时,淀粉的直链淀粉与支链淀粉比率也可能是这些过程中的一个调节因素。基于此,本研究假设正电荷氨基酸侧链的结构变异性可能导致其与淀粉相互作用强度的差异,进而影响淀粉的消化性。为验证这一假设,本研究选取了三种具有不同R基团的正电荷氨基酸(精氨酸、组氨酸和赖氨酸),分别与具有不同直链淀粉与支链淀粉比率的淀粉(包括蜡质玉米淀粉(WCS)、正常玉米淀粉(NMS)和高直链淀粉玉米淀粉(HAMS))进行复配。从流变性能、热力学行为、结晶结构和微观结构等多个角度系统研究了所得复合物的相互作用机制及其对消化性的影响。本研究旨在阐明正电荷氨基酸影响淀粉消化性的潜在机制,并为低血糖指数淀粉基食品的开发提供初步理论支持。