了解不同浓度下糊化淀粉的消化率差异

《Food Research International》：Understanding of the digestibility differences of gelatinized starch under various concentrations

　　

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  水热处理过程中的淀粉浓度会影响其消化率。
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  低淀粉浓度会导致淀粉完全膨胀，从而提高消化率。
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  高淀粉浓度会抑制淀粉膨胀，进而降低消化率。
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  高浓度下产生的糊化淀粉，其SDS＋RS含量较高（约70%）。

引言

淀粉是一种同聚糖，因其天然丰富、成本低廉以及具备增稠、凝胶化、稳定、粘合、填充和粘附等多种物理化学性质，被广泛用作食品工业中的多功能原料（Bangar等人，2024；Chakraborty等人，2022；Jia等人，2023）。在自然状态下，淀粉以半晶态颗粒的形式存在于植物组织中，这些颗粒由两种结构不同的葡聚糖组成：直链淀粉和支链淀粉（Zhou等人，2020）。从大多数植物中提取的淀粉，其直链淀粉和支链淀粉的含量分别约为20–30%和70–80%（Zhou等人，2021）。淀粉是植物体内的主要能量来源，也是人类饮食中的重要热量来源（Liu等人，2026）。淀粉颗粒的超分子结构会受到食品加工过程的影响，比如在水存在条件下的加热和冷却处理，这些过程分别会导致淀粉的糊化与回生现象（Dona等人，2010）。淀粉分子的组装变化会显著影响其在人体胃肠道内的消化情况，进而影响餐后血糖反应（Petropoulou等人，2020）。

根据淀粉的消化特性，可将其分为快速消化淀粉、慢速消化淀粉和抗性淀粉（Englyst等人，1992）。摄入富含快速消化淀粉的食物会导致血糖和胰岛素水平出现剧烈波动，增加患糖尿病和肥胖症的风险（Edwards等人，2021；Petropoulou等人，2020）。因此，人们希望增加淀粉类食物中慢速消化淀粉和抗性淀粉的比例，以此更好地控制血糖和胰岛素水平（Petropoulou等人，2020）。含有这类淀粉的食物可根据其血糖生成指数和血糖负荷进行分类，这两者会影响餐后血糖变化及长期代谢健康状况（Butterworth等人，2022；Edwards等人，2015）。长期食用高血糖生成指数的食物会增加患代谢性疾病的风险，包括肥胖、2型糖尿病和心血管疾病（Edwards等人，2021；Li等人，2020）。相反，摄入低血糖生成指数或低血糖负荷的食物则有助于降低患病风险（Dona等人，2010；Nadia等人，2021）。

经过水热处理后，天然半晶态淀粉由于其紧密的内部结构在糊化过程中被破坏，因而更易受到淀粉酶的作用（Jia等人，2023）。为调控食品中淀粉的消化，人们提出了多种策略：（i）降低淀粉含量；（ii）减少淀粉对酶的敏感性；（iii）抑制淀粉酶的活性；（iv）阻止肠道对葡萄糖的吸收（Bangar等人，2024；Chakraborty等人，2022）。已有研究指出，影响淀粉消化率的关键因素包括直链淀粉与支链淀粉的比例、热处理条件以及食品基质的影响（Nadia等人，2021）。

许多体外模拟消化研究表明，热处理引起的淀粉物理化学性质变化会显著影响其消化率（Freitas等人，2025）。然而，不同浓度下热处理对淀粉的影响，尤其是对其淀粉酶消化动力学的影响，目前研究还比较少。有一些研究者认为，热处理过程中的淀粉浓度会影响其消化率，但相关研究结果较为有限，对背后机制的解释也不够深入。例如，Min等人（2022）制备了浓度为8%的绿豆淀粉凝胶，将其置于4℃环境下过夜，然后在37℃下检测其消化率。2小时后，该凝胶的消化率仅为30.5%，这说明用于形成凝胶的较高淀粉浓度提升了其抗消化性。这些产品中的淀粉在加工过程中很可能发生了糊化与回生等结构变化，从而影响了其消化动力学（Butterworth等人，2022）。因此，还需要进一步研究来阐明水热处理过程中淀粉浓度影响淀粉消化率的机制。

基于此，本研究采用了不同淀粉浓度（1–30%）的模型体系，探究热剪切处理过程中淀粉颗粒浓度对淀粉消化率的影响。我们从不同来源选择了三种淀粉，分别是普通玉米淀粉、豌豆淀粉和马铃薯淀粉。我们推测，由于可用于使所有淀粉颗粒糊化的水量有限，较高淀粉浓度下糊化程度会下降。这样一来，淀粉颗粒内的分子组装会变得更加紧密，从而增强其对淀粉酶消化的抵抗能力。我们对处理后的淀粉样品进行了多种分析，包括偏光显微镜观察、分子量分布分析、X射线衍射、差示扫描量热法、快速粘度分析以及体外模拟消化试验。这项研究为了解影响淀粉消化行为的加工因素提供了重要的机制性见解，同时也为增加淀粉类食物中慢速消化淀粉或抗性淀粉的含量提供了方法思路，进而有助于设计出营养价值更高的食品。

章节要点

材料

普通玉米淀粉（直链淀粉含量为27.3%）购自中国山东的诸城兴茂玉米发展有限公司。豌豆淀粉（直链淀粉含量为31.3%）由中国山东的烟台双塔食品有限公司提供。马铃薯淀粉（直链淀粉含量为29.0%）则来自中国甘肃的甘肃蓝天马铃薯产业发展有限公司。胃蛋白酶（P7000，活性值≥250 U/mg）、胰酶（P7545，符合8倍USP标准）以及α-淀粉酶（A7049，活性值≥260 U/mL）均购自Sigma-Aldrich公司。

热剪切处理对淀粉颗粒形态的影响

图1展示了经热剪切处理后不同种类和浓度淀粉样品的明场光学图像和偏光光学图像。在最低淀粉浓度（1%和3%）时，明场图像显示有独立的、膨胀的淀粉颗粒，且这些颗粒之间被水隔开，而偏光图像则表明这些颗粒没有内部结构。这些结果表明，在水分充足的情况下，淀粉颗粒已经完全糊化。

结论

淀粉类食品的消化率取决于淀粉分子的组装状态。热处理过程中的淀粉浓度会影响到这种组装，进而影响淀粉类食品的消化率。本研究表明，不同浓度下处理的淀粉样品在结构和消化率方面存在明显差异。在低淀粉浓度下，有足够的水分使淀粉颗粒充分膨胀，从而破坏其原有结构。

动物实验相关说明

本研究是按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告规范）的要求开展的。

本研究已获得海南大学动物伦理委员会的批准（批准编号为HNUAUCC-2024-00292）。

作者贡献说明

周良阳：撰写原始稿件、进行正式分析、构思研究方案。David Julian McClements：参与稿件审阅与编辑、协助构思研究方案。马荣荣：负责资源协调及项目管理工作。潘晓华：承担监督职责及项目管理工作。杨天一：负责软件应用及相关方法设计。詹金玲：参与稿件审阅与编辑、承担监督工作及实验研究。刘昌：负责监督工作、资源协调及资金申请。田耀琪：参与稿件审阅与编辑、负责项目管理工作及资金申请。

伦理声明

作者声明，本研究未涉及任何人类或动物实验对象。

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关系或个人关系。

致谢

本研究得到了江南大学食品科学与资源国家重点实验室的研究项目支持，项目编号为SKLF-ZZA-202607和SKLF-ZZB-202503。

周良阳|David Julian McClements|马荣荣|潘晓华|杨天一|詹金玲|刘昌|田耀琪