《Food Chemistry》：Hydroxyl number-dependent polyphenol interactions in purified starch and whole potato flour systems
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摘要本研究对比分析了马铃薯淀粉与全马铃薯粉中多酚的结构-活性关系差异。流变学研究表明，多酚能提高全马铃薯粉的储存模量（G′）和损耗模量（G″），但在马铃薯淀粉中则具有相反效果，其中杨梅素的作用最为显著。偏光显微镜观察显示，基质结构的差异使得杨梅素在马铃薯淀粉中以致密聚集体形式存在
摘要
本研究对比分析了马铃薯淀粉与全马铃薯粉中多酚的结构-活性关系差异。流变学研究表明，多酚能提高全马铃薯粉的储存模量（G′）和损耗模量（G″），但在马铃薯淀粉中则具有相反效果，其中杨梅素的作用最为显著。偏光显微镜观察显示，基质结构的差异使得杨梅素在马铃薯淀粉中以致密聚集体形式存在，而在全马铃薯粉中则变为分散的微晶体。傅里叶变换红外光谱、X射线衍射以及13C固态核磁共振进一步证实，多组分与多酚之间的相互作用改变了其螺旋构象比例，增加了无定形区域，减少了双螺旋结构，其中杨梅素的影响最为明显。最后，分子动力学模拟表明杨梅素与其它多酚的相互作用能最低，这证实了羟基对氢键和范德华相互作用的增强作用。这项研究有助于深入理解羟基驱动的多酚在全马铃薯粉体系中的相互作用机制。
引言
多酚广泛存在于水果和蔬菜中，因其强大的抗氧化、抗炎及其他健康益处，在功能性淀粉食品的开发中备受关注（Raza等人，2023），人们认为它们还能降低肥胖、糖尿病和心脏病等慢性疾病的风险（Rana等人，2022）。近期研究显示，植物来源的大分子如多糖可通过结构复合有效调节葡萄糖和脂质代谢（Zu-Man等人，2024）。这凸显了在营养代谢层面设计具有特定结构的食品基质的重要性。淀粉作为食物和日常饮食中的主要多糖，广泛存在于小麦、玉米、马铃薯等植物中（Ma等人，2022）。它是由直链淀粉和支链淀粉组成的葡萄糖聚合物，具有单/双螺旋构象、结晶区和无定形区等多尺度结构特征（Photenhauer等人，2024；Zheng等人，2025），而这些特征与多酚的相互作用密切相关（Wang等人，2024；Zhao等人，2025）。正是这种结构多样性使得淀粉成为功能改性的理想材料。Chen等人（2025）的研究成功合成了高性能的淀粉基聚氨酯，进一步体现了淀粉作为多功能改性基质的巨大潜力。目前，大量针对纯化淀粉-多酚体系的研究已证实，淀粉与多酚之间的相互作用主要由氢键、范德华力和疏水作用等非共价力驱动（Han等人，2020；Wang等人，2024；Wu等人，2024；Chen等人，2025），进而影响淀粉的功能特性。然而，这些研究与实际食品中包含多种成分的全面粉体系存在显著差异。全面粉保留了谷物中的所有成分，包括淀粉、蛋白质、膳食纤维、脂质以及内源性多酚。大量研究表明，全面粉具有多种健康益处，如降低心血管疾病风险、帮助控制体重、预防糖尿病和某些癌症（Guo等人，2022），因此更符合实际食品应用的功能需求。Duan等人（2026）也指出，了解原始基质成分是理解植物多糖生物活性的关键。但目前针对全面粉的研究大多集中在以面筋蛋白为主的小麦体系上（Li等人，2023）。而马铃薯的储藏蛋白则是patatin（Wu等人，2025），全马铃薯粉体系中的多组分相互作用机制可能与小麦体系有所不同。
马铃薯是全球第三大重要主粮作物。关于全马铃薯粉的研究主要集中在其加工技术和食品应用方面（Buzera等人，2022；Buzera等人，2023），而对其多组分相互作用机制的了解仍较为有限。先前的研究显示，蛋白质等非淀粉成分由于其强亲水性会争夺结合水，从而抑制淀粉颗粒的膨胀和直链淀粉的析出，同时破坏淀粉分子间的氢键（Wu等人，2024）。此外，膳食纤维会通过物理包裹和填充分子间隙来削弱凝胶网络结构，干扰淀粉凝胶连续相的形成（Zhang等人，2022）。虽然已有研究报道过外源多酚对全面粉消化性能的影响（Wang等人，2022），但非淀粉成分对上述复杂全面粉体系中多酚与淀粉之间相互作用的潜在影响尚不明确。基于此，我们推测，当外源多酚被引入全马铃薯粉体系后，非淀粉成分可能会占据部分结合位点，从而干扰淀粉与多酚的直接相互作用，进而影响该体系的结构特性、热稳定性和流变特性。此外，多酚中羟基数量越多，其与淀粉形成氢键的能力越强。但由于非淀粉成分的干扰，全面粉体系中多酚的相互作用强度可能低于纯淀粉体系。
为此，本研究选择了三种羟基数量逐渐增加的多酚——金丝桃素、木犀草素和杨梅素。这三种多酚都具有相似的刚性三环结构（C6-C3-C6），但B环上羟基的数量和位置有所不同。金丝桃素的B环上没有取代基，而木犀草素的3′和4′位上各有一个羟基，杨梅素的B环上也有两个羟基。本研究采用了傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、13C固态核磁共振以及流变分析等多种多尺度表征技术，系统比较了纯马铃薯淀粉与全马铃薯粉体系在相互作用模式、螺旋构象转变、结晶有序度及流变特性等方面的差异。这项对比研究揭示了全马铃薯粉基质对多酚行为的调控作用，以及非淀粉成分对多酚-淀粉相互作用的影响。此外，这些研究结果还有助于理解多酚在真实食品基质中的结构-活性关系，为设计具有多酚调控功能的全谷物马铃薯食品提供理论依据。
章节节选
材料
马铃薯购自商业渠道。马铃薯淀粉（PS，纯度≥98%，直链淀粉含量为20%-30%）由上海源恩生物科技有限公司提供，而金丝桃素（纯度≥98%）、木犀草素（纯度≥97%）和杨梅素（纯度≥97%）则分别从上海麦克林生化科技有限公司或上海D&B生化科技有限公司购买。本研究中使用的其他试剂均为分析级纯度。
全马铃薯粉的制备
全马铃薯粉（WPF）是按照先前方法制备的（Hou等人，2023）。
复合物的微观结构
为探究不同多酚对淀粉复合物中颗粒结构的影响，我们使用扫描电子显微镜观察了马铃薯淀粉和全马铃薯粉的表面特征及微观结构（见图1）。观察结果显示，马铃薯淀粉颗粒呈现典型的椭圆形且表面光滑（见图1a）（Chen等人，2022）。相比之下，全马铃薯粉的微观结构较为粗糙不规则，虽然仍有大部分完整的淀粉颗粒，但也存在可能的蛋白质聚集体。
结论
总之，与以往专注于二元淀粉-多酚体系的研究不同，本研究选择了三种具有相同黄酮骨架但羟基数量逐渐增加的多酚——金丝桃素、木犀草素和杨梅素，并比较了它们在纯淀粉体系与全面粉体系中的相互作用差异。研究结果表明，羟基的数量会影响多酚与淀粉以及非淀粉成分之间的相互作用强度，而非淀粉成分的存在也会对这种相互作用产生影响。
作者贡献说明
王进：论文撰写——初稿、方法学、实验分析。马云翔：论文撰写——审阅与编辑、资金获取、概念构思。王志鹏：方法学研究。彭启月：方法学研究。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国甘肃省联合研究基金（项目编号：24JRRA846）以及中国甘肃农业大学伏羲人才计划（项目编号：Gaufx-04 J02）的资助。
Jin Wang|Yunxiang Ma|Zhipeng Wang|Qiyue Peng
